[工學(xué)]第八章典型反應(yīng)器-資料下載頁
2025-01-16 05:14本頁面
【正文】 ,22 2 1 1 2 21 ( 1 ) ( 1 )AAAccck t k t k t??? ? ?生產(chǎn)中往往各級(jí)反應(yīng)器的體積相等 ,反應(yīng)條件相同 ,有 12 Nk k k k? ? ? ?則有： tttt N ??????? 212. 圖解法 ? 對(duì)等溫等容過程 ， 且各反應(yīng)釜容積相等 ? 則 ? 改寫為 ? 表示第 i釜進(jìn)口轉(zhuǎn)化率 xA,i1一定時(shí) ， 出口轉(zhuǎn)化率與rA,i的關(guān)系 ， 稱為 操作線方程 。 , 0 ( , , 1,)A A i A iiAic x xtr???, 0 , 0, , , 1AAA i A i A iccr x xtt ?? ? ? ?? 在 rA— xA圖上為一直線 ， 斜率 cA,0/t， 截距為 cA,0x A,i1/t ? 出口轉(zhuǎn)化率不僅要滿足物料衡算式 ， 而且還要滿足動(dòng)力學(xué)方程式 rA=f(xA)， 將兩式繪在 rA— xA圖上 ， 兩條線交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的 xA值即為該釜的出口轉(zhuǎn)化率 。 Ax)( Ar?0 )()( AA xfr ??1Ax 2Ax 3Ax圖解步驟： （ 1） 由動(dòng)力學(xué)方程或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)作出 rA— xA曲線 ， 如圖曲線 MN。 （ 2） 按計(jì)算式作第一釜的物料衡算線 ， 如OP1線 。 以 A物質(zhì)為計(jì)算基準(zhǔn) ， 起始 xA=0，rA=0， OP1線過原點(diǎn) ， OP1線與 MN交點(diǎn)P1的 橫坐標(biāo) xA1， 即為 第一釜出口反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率 。 （ 3） 因?yàn)楦鞲娜莘e相等 ， 所以停留時(shí)間相等 ，各線 直線斜率亦相等 。 如圖作圖 ， 過 xA1作 平行 OP1的線交 MN于 P2點(diǎn) ， 依次類推 ， 直到所得的 xA值等于或大于所要求的最終轉(zhuǎn)化率 xAN為止 。 所得 斜率線之?dāng)?shù)目 即為 反應(yīng)釜數(shù) N。 最后 （ xA≥xAN） M N O P3 xA xA,1 xA,2 xA,3 P1 P2 rA 1,0,0,1,0,)()(?????????iAAiAAiAiAiAiAViRixtcxtcrrxxqVtAx)( Ar?0 )()( AA xfr ??1Ax 2Ax 3Ax用圖解法求最終轉(zhuǎn)化率是容易的。 如果各個(gè)釜的容積不等，則斜率也不等，各操作線亦不平行。 優(yōu)點(diǎn) ：既可用于已知?jiǎng)恿W(xué)方程式的反應(yīng)，也可以用于動(dòng)力學(xué)方程式形式復(fù)雜而必須直接利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖的場合。 局限性 ：只有當(dāng)反應(yīng)速率能用單一組分的濃度來表示時(shí)才能畫出 xA對(duì) rA的曲線。對(duì)于平行、聯(lián)串等復(fù)雜反應(yīng)，圖解法不適用。 小結(jié) 生產(chǎn)苯酚和丙酮 。 該反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng) ， 反應(yīng)溫度下反應(yīng)速率常數(shù)等于 ， 最終轉(zhuǎn)化率達(dá) ％ ， 試計(jì)算苯酚的產(chǎn)量 。 （ 1） 如果這個(gè)反應(yīng)器是間歇操作反應(yīng)器 ， 并設(shè)輔助操作時(shí)間為 15 min； （ 2） 如果是全混反應(yīng)器； （ 3） 試比較上述兩問的計(jì)算結(jié)果； （ 4）若過氧化氫異丙苯濃度增加一倍 ， 其他條件不變 ， 結(jié)果怎樣 ？ 6 5 3 2 3 3 6 5C H C( CH ) COO H CH COCH +C H O H?例 85：在一個(gè)體積為 300L的反應(yīng)器中 ， 86℃ 等溫下將濃度為 ： A j A j X XA 0 A 0 000 ( 1 ) t C d X / C d X / k C ( 1 x )A A A A AR? ? ???解 ： t=ln[1/(1xA)]/k== Vr= Q0(t+t0)=300L Q0=300/= 苯酚濃度 C苯酚 = CA0 xA= = mol/L 苯酚產(chǎn)量 Q0C苯酚 = = (2) 全混流反應(yīng)器 Vr= Q0 CA0xAj/k CA0(1－ xAj)= Q0 XAj/k(1－ xAj) Q0= Vrk(1xAj)/xAj= 苯酚產(chǎn)量 Q0C苯酚 = = （ 3） 說明全混釜的產(chǎn)量小于間歇釜的產(chǎn)量 ，這是由于全混釜中反應(yīng)物濃度低 ， 反應(yīng)速率慢的原因 。 （ 4） 由于該反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng) ， 由上計(jì)算可知 ， 無論是間歇釜或全混流反應(yīng)器 ， 其原料處理量不變 ， 但由于 CA,0濃度增加一倍 ， 故C苯酚 也增加一倍 ， 因而上述兩個(gè)反應(yīng)器中苯酚的產(chǎn)量均增加一倍 。 ?小結(jié)： 為完成一定生產(chǎn)任務(wù)達(dá)到一定的轉(zhuǎn)化率所需反應(yīng)器的有效容積 ， 以 平推流反應(yīng)器最小 ， 全混流反應(yīng)器為最大 ， 多釜串聯(lián)反應(yīng)器居中 ， 對(duì)于多釜串聯(lián)反應(yīng)器 ， 釜數(shù)越多 ， 所需容積越小 。 指反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)反應(yīng)本身具有催化作用 ， 能加速反應(yīng)的進(jìn)行 。 可表示為 A+P→P+P 五、自催化反應(yīng) 定義 特點(diǎn) ?速率方程： rA=kcAcP ?開始時(shí)： cA濃度很大 ， 但 cP小 ， 故 rA不大； ?后期時(shí)： cP濃度很大 ， 但 cA小 ， 故 rA也不高； ?∴ rA存在一極大值 ? 對(duì)于自催化反應(yīng) ， CSTR在反應(yīng)過程中濃度和溫度不隨時(shí)間而變化的特性可使反應(yīng)始終在最大的反應(yīng)速率下進(jìn)行 。 如達(dá)不到最終轉(zhuǎn)化率要求 ， 可在 CSTR后再串聯(lián) PFR， 從而用 最少的反應(yīng)時(shí)間或最小的反應(yīng)器容積得到最大的經(jīng)濟(jì)效益 。 第七節(jié) 反應(yīng)器類型的比較和選擇 自學(xué)
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