【正文】 ┄┄┄┄┄ ┆ ┄┄ ┆ ┆ tout/ 2 tout t CA CA0┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ t=0 ﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍ t=t out /2 CA o u t﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍ t=t out 0 空間位置 優(yōu)點 操作靈活，易于適應不同操作條件與不同產品品種，適用于小批量、多品種、反應時間較長等產品生產，特別是 精細化工 與生物化工產品的生產。 （ 4）過程為間歇操作，有輔助時間。器內還可以根據需要設置盤管或排管以增大傳熱面積。頂蓋上都開有各種工藝接管用以測量溫度、壓力和添加各種物料。反應物料按一定配料比一次加入反應器內，容器的頂部有一可拆卸的頂蓋，以供清洗和維修用。釜式反應器大都用于完全互溶的液相或呈兩相的液液相及液固相反應物系在間歇狀態(tài)下操作。第三章 釜式及均相管式反應器 間歇釜式反應器 連續(xù)流動均相管式反應器 連續(xù)流動釜式反應器 理想流動反應器的組合和比較 多重反應的選擇率 反應器選型、設計和優(yōu)化 反應器中的流動狀況影響反應結果 數(shù)學模型 流動模型 對實際過程的簡化 理想模型 非理想模型 平推流反應器 全混流反應器 連續(xù)流動反應器 間 歇 反 應 器 完全沒有返混 返混極大 返混 間歇反應器 (BSTR) 平推流反應器 (PFR) 全混流反應器 (CSTR) 投料 一次加料 (起始 ) 連續(xù)加料 (入口 ) 連續(xù)加料 (入口 ) 年齡 年齡相同 (某時 ) 年齡相同 (某處 ) 年齡不同 壽命 壽命相同 (中止 ) 壽命相同 (出口 ) 壽命不同 (出口 ) 返混 全無返混 全無返混 返混極大 間歇釜式反應器 釜式反應器的特征 釜式或槽式反應器都設置攪拌裝置，典型的攪拌蓋式反應器的結構如圖 31所示。工廠中一般稱加壓下操作的釜式反應器為反應釜，常壓下操作的為反應槽。 1) 間歇操作 工業(yè)上充分攪拌的間歇槽式反應器的性能和行為相當接近于理想間歇反應器。在容器內部設置攪拌裝置，使器內物料均勻混合。筒體外部一般都裝有夾套用來加熱或冷卻物料。 其特點為： （ 1）由于劇烈攪拌、混合，反應器內有效空間中物料達到分子尺度的均勻分布，各處濃度處處相等，可排除物質傳遞對反應過程的影響； （ 2）反應器內具有足夠強烈的傳熱條件，各處溫度相等，不需考慮反應器內熱量傳遞； （ 3）由于反應物料同時加入又同時取出，所有物料在反應器中具有相同的停留時間，器內物料年齡相同，無返混。 (5) 反應器為非穩(wěn)態(tài)，溫度、濃度隨時間改變。 缺點 裝料、卸料等輔助操作要耗費一定的時間，產品質量不易穩(wěn)定?？梢愿鶕枰脗鳠嵫b置調節(jié)反應器內物料 的溫度，連續(xù)操作的釜式反應器可以處于等溫或絕熱情況下操作。 間歇反應器性能的數(shù)學描述 在間歇反應器中，由于劇烈攪拌，槽內物料的濃度和溫度達到均一，因而可以對整個反應器進行物料衡算。 反應量 累積量 = + 0 若 V為液相反應混合物的體積，因而對反應組分 A的物料衡算式可寫成 dtdxndtdnVrdxndnxnnnnnxdtdnVrdnV d trAAAAAAAAAAAAAAAAAA00000)1(0?????????????0000A f A fxxA AAAR A An d x d xtCV r r?? ??積分 達到一定反應率所需反應時間的計算式。根據等容時轉化率與濃度關系 ??????????????????AfAAfAAfCCAACCAAAAxAAAAAAAAAAAAAAAAAAArdCtCrdCCrdxCtCdCdxdxCdCxCCCCCnnnx0000000000000)1( 間歇反應器所需的實際操作時間包括反應時間 t與輔助時間 t39。包括加料、調溫、卸料、清洗等時間。單位生產時間所處理的物料量由生產任務決定，因此反應體積可按下式計算 ? ?39。最基本、最直接的方法是數(shù)值積分或圖解法。反應速率為溫度和某一組分濃度的函數(shù) A→P 反應動力學方程式以冪函數(shù)型表示 nAAr k c??? ??? AfAAf CCAAxAAA rdCrdxCt000ktCCCCktkdCkCdCrdCtAAfAAfCCACCAACCAAAfAAfAAfA??????????????000000或0000000000nAAfAfAxAAxAAAxAAACktxxCktkdxCkCdxCrdxCtAfAfAf?????????或時當ktAAfAfACCAACCAAeCCCCktkCdCrdCtAfAAfA??????? ??00ln00或ktAfAfxAAxAAAAAAAxAAAxAAAexxktxkxdxkCdxCtxCCkCdxCrdxCtAfAfAfAf????????????????????111ln)1()1()1()1(1n000000000或時當111000200???????? ??AAAfAAfCCAACCAAk t CCCCCktkCdCrdCtAfAAfA或000020022000020001,1111)1()1()1()1(2nAAAfAfAfAfAxAAAxAAAAAAAxAAAxAAAk t Ck t Cxxxxk t CxkCxdxkCdxCtxCCkCdxCrdxCtAfAfAfAf??????????????????????或時當 間歇反應器中反應速率、轉化率和殘余濃度的計算結果歸納于下表 (2)反應濃度 (1) K值 影響因素 k增大 (溫度升高） → t減少 → 反應體積減小 零級反應： t與初濃度 CA0正比 一級反應： t與初濃度 CA0無關 二級反應： t與初濃度 CA0反比 AfA xCkt 00 ?級反應： Afxkt ?? 1 1ln1 級反應：AfAfA xxk t C?? 12 0級反應：(3)殘余濃度 零級反應：殘余濃度隨 t直線下降一級反應：殘余濃度隨 t逐漸下降二級反應：殘余濃度隨 t慢慢下降 為使反應時間計算正確，重要的是保證反應后期動力學的準確、可靠，因此要密切注意反應后期的反應機理是否發(fā)生變化，即要重視反應過程末期動力學的研究。生產規(guī)模的間歇反應器的反應效果與實驗室反應器相比，總是有些差異。 可以看出，存在一最佳反應時間，使單位時間的生產量達到最大值。優(yōu)化的目標函數(shù)不同，結果不祥。定義配料比 m=CBO/CAO,于是 ,等容液相反應過程中組分 B的濃度 以反應時間 CB0kt為縱坐標，轉化率 XA為橫坐標，配料比 m為主變量繪圖。 ② 增加組分 B的回收費用，所以這也是一個需優(yōu)化的參數(shù)。 此時，該二級反應可視同為一級反應。 例如 :當 cA0= 1,CB0= ，在反應初期， A和 B濃度接近，表現(xiàn)出二級反應的特征 。 4）反應溫度 對于間歇釜式反應器，可以在反應時間的不同階段，反應物系處于不同組成時，調整反應溫度。例如間歇釜式反應器中的硝化反應，在反應前期，溫度為 40~45℃ ；反應中期，溫度為 60℃ ；而且應后期，溫度調高為 70℃ 。 思考題 1：用間歇反應器進行乙酸和乙醇的酯化反應，每天生產乙酸乙酯 12022kg，其化學反應式為 原料中反應組分的質量比為 A： B： S=1： 2： ，反應液的密度為1020kg/m3，并假定在反應過程中不變。反應在 100℃ 下等溫操作，其反應速率方程為 100℃ 時， k= 104 L/（ mol 試計算乙酸轉化 35% 時所需的反應體積。 0 31 6 . 2 3 / 3 . 9 0 8 /4 . 1 5 5 /Am o l hC m o l Lmh??0000000( 1 )A A AB B A AR R A AS S A AC C xC C C xC C C xC C