【正文】 行，或有利于改善反應(yīng)的產(chǎn)物分布?？捎袃煞N目標(biāo)來進(jìn)行優(yōu)化：也可寫成用轉(zhuǎn)化率表示的形式，若有v 將式（3）和（4）代入（1）式得：v 分母項(xiàng)為產(chǎn)物R的質(zhì)量，上式對(duì)τ求導(dǎo)并令其等于零即得：v 攪拌良好的連續(xù)釜式反應(yīng)器可視為理想混合反應(yīng)器(CSTR)。v 特點(diǎn)：所有空間位置的物料參數(shù)都等于出口處的物料性質(zhì)，物料質(zhì)點(diǎn)在反應(yīng)器中的停留時(shí)間參差不齊，形成一個(gè)停留時(shí)間分布。反應(yīng)器內(nèi)濃度變化情況v 釜式反應(yīng)器采用單釜連續(xù)操作時(shí)，釜內(nèi)CA與出口物料的CAf相同，rA較慢，這是單釜連續(xù)操作的缺點(diǎn)。平均rA較單釜的要快，若兩者的有效容積相同，多釜串聯(lián)處理量增加；若處理量相同，則多釜串聯(lián)總有效容積可以減小多釜串聯(lián)操作反應(yīng)器內(nèi)的濃度變化v 串聯(lián)的釜數(shù)越多，各釜反應(yīng)物濃度的變化就愈接近于理想管式反應(yīng)器，當(dāng)釜數(shù)為無窮多時(shí)，各釜反應(yīng)物濃度的變化與管式反應(yīng)器內(nèi)的完全相同。v 多釜串聯(lián)連續(xù)操作時(shí)，釜數(shù)一般≯4臺(tái)。采用單釜連續(xù)操作,可使釜內(nèi)的CA始終維持在最大rA所對(duì)應(yīng)的CA值,從而可大大提高反應(yīng)器的生產(chǎn)能力或減小反應(yīng)器的容積。故計(jì)算反應(yīng)器容積時(shí),只需進(jìn)行物料衡算。v (3)物料衡算式中的積累量為零。反應(yīng)器內(nèi)平均停留時(shí)間全混流反應(yīng)器τ的圖解積分(對(duì)比右圖的BSTR圖解積分)對(duì)于零級(jí)等容反應(yīng)v 對(duì)于一級(jí)等容反應(yīng)，例62 用連續(xù)操作釜式反應(yīng)器生產(chǎn)乙酸丁酯，反應(yīng)條件和產(chǎn)量同例61，試計(jì)算所需VR。v 作如下假設(shè)： v (1)釜間不存在混合。 Vh=Vh1=Vh2= =VhN將FAi1=FA0(1xAi1)及FAi=FA0(1xAi)代入上式整理得 v 在多釜串聯(lián)連續(xù)操作中,利用上兩式,并結(jié)合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式進(jìn)行逐釜計(jì)算,即可計(jì)算出達(dá)到規(guī)定轉(zhuǎn)化率所需的反應(yīng)釜數(shù)、各釜容積和相應(yīng)的轉(zhuǎn)化率。v 對(duì)于α級(jí)反應(yīng)，為使反應(yīng)總體積最小；v 若α1，小釜在前，大釜在后；v 若α=1，各釜體積相同；v 若0α1，大釜在前，小釜在后；v 若α=0，反應(yīng)速度與反應(yīng)物濃度無關(guān)，串聯(lián)已無必要；v 若α0，單釜操作優(yōu)于多釜串聯(lián)，串聯(lián)已成多此一舉。v 解：(1) 第一臺(tái)反應(yīng)器 因?yàn)槭嵌?jí)反應(yīng)，(2) 第二臺(tái)反應(yīng)器 由式(649)得v 兩釜串聯(lián)連續(xù)操作的反應(yīng)器的總有效容積為v 夾套類型示意圖(2)內(nèi)構(gòu)件v 為強(qiáng)化某些大型釜式反應(yīng)器的傳熱，其攪拌器內(nèi)常常通入熱載體盤管和直管直管型傳熱內(nèi)件的三種變形攪拌釜式反應(yīng)器傳熱計(jì)算 上式僅適用于釜壁為傳熱面的情況，當(dāng)傳熱元件為圓管時(shí)，需考慮K是基于那個(gè)壁面。v 前式推導(dǎo)過程：2）當(dāng)熱載體在夾套進(jìn)出口溫差較大時(shí)（3）若傳遞過程中K有明顯變化v 把被攪液的整個(gè)溫度范圍分割成許多小區(qū)間，假定在各個(gè)小區(qū)間K是恒定的，然后對(duì)的小區(qū)間逐一計(jì)算。特別適用于熱效應(yīng)較大的反應(yīng)。v 管式反應(yīng)器的應(yīng)用v 管式反應(yīng)器可用于氣相、均液相、非均液相、氣液相、氣固相、固相等反應(yīng)。穩(wěn)態(tài)操作時(shí)，物料衡算具有如下特點(diǎn)v (1)物料組成、溫度和反應(yīng)速度不隨時(shí)間而變化，故可對(duì)任意時(shí)間間隔進(jìn)行物料衡算。 v (3)物料在反應(yīng)器中的積累量為零。v 解：二級(jí)反應(yīng)，由例61可知：Vh＝h1，v CA0= kmolm3，k= m3kmol1h1，xAf=。v ②確定管徑d例65 在連續(xù)管式反應(yīng)器中，用鄰硝基氯苯氨化生產(chǎn)鄰硝基苯胺v 式中A161。鄰硝基氯苯，B161。氨水。進(jìn)料量：h1,濃度35%,rB=881kgm3。,180。擬采用f32180。解：(1) 計(jì)算tC由題知：(2) 計(jì)算管長(zhǎng)L(3) 校核Re與流動(dòng)模型相關(guān)的重要概念v 年齡v 反應(yīng)物料質(zhì)點(diǎn)從進(jìn)入反應(yīng)器算起已經(jīng)停留的時(shí)間；是對(duì)仍留在反應(yīng)器中的物料質(zhì)點(diǎn)而言的。v 返混：v 又稱逆向返混，不同年齡的質(zhì)點(diǎn)之間的混合。v (2) 物料組成、溫度和反應(yīng)速度沿流動(dòng)方向而變，故應(yīng)取微元管長(zhǎng)進(jìn)行熱量衡算。 v 為簡(jiǎn)化推導(dǎo)過程，還作如下假設(shè)：v (1) 反應(yīng)過程中的物理變化熱可忽略不計(jì)。對(duì)如下微元作熱量衡算v 取0 ℃為熱量衡算的基準(zhǔn)溫度Q2的計(jì)算式為dVR內(nèi)絕熱管式反應(yīng)器容積的計(jì)算v 過程的焓變僅取決于過程的始態(tài)和終態(tài)，而與過程的途徑無關(guān)。反應(yīng)所放出的熱量全部用于物料升溫（ΔH＝0），則絕熱過程中T與x成線性關(guān)系。 v 膨脹因子——為每轉(zhuǎn)化1mol某反應(yīng)物所引起的反應(yīng)體系內(nèi)物質(zhì)摩爾量的改變量。 例66在管式反應(yīng)器中進(jìn)行2,5二氫呋喃的氣相裂解反應(yīng),反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式為 rA=kCA。已知反應(yīng)在恒溫恒壓下進(jìn)行,反應(yīng)動(dòng)力學(xué)常數(shù)k=3h1,eA=1。若要求2,5二氫呋喃的轉(zhuǎn)化率為75%,試計(jì)算所需反應(yīng)器的容積。v 簡(jiǎn)單反應(yīng)——可用一個(gè)反應(yīng)方程式和一個(gè)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式來描述的那些反應(yīng)。或獲得相同的產(chǎn)物量，所需反應(yīng)器容積的比較。應(yīng)滿足下列關(guān)系例67 某一級(jí)反應(yīng)的反應(yīng)速度常數(shù)k為40h1，規(guī)定的轉(zhuǎn)化率xAf為95%，試分別按以下條件比較采用間歇釜式反應(yīng)器和單釜連續(xù)操作反應(yīng)器所需有效容積的大小。v 解:(1)由k=40h1,xAf=,t39。=1h得v 連續(xù)釜式反應(yīng)器與管式反應(yīng)器v 零級(jí)反應(yīng)一級(jí)反應(yīng)v 二級(jí)反應(yīng)圖617 連續(xù)釜式反應(yīng)器與管式反應(yīng)器的hv (1)零級(jí)反應(yīng)的h=1,且與xA無關(guān)。v (3)除零級(jí)反應(yīng)外,其它各級(jí)反應(yīng)的h1,且當(dāng)反應(yīng)級(jí)數(shù)一定時(shí),xA越高,h就越小,即(VR)C比(VR)P大得越多。但釜式反應(yīng)器存在裝料系數(shù)，故實(shí)際容積有所增大。(2) n越高或xA越高，單臺(tái)連續(xù)釜式反應(yīng)器所需VR越大，此時(shí)宜采用管式反應(yīng)器。若要控溫方便，宜采用間歇釜式反應(yīng)器或多釜串聯(lián)反應(yīng)器。因此,串聯(lián)的釜數(shù)一般≯4。(6) 對(duì)于r較快的氣相或液相反應(yīng)，宜采用管式反應(yīng)器。v 復(fù)雜反應(yīng)要用多個(gè)化學(xué)反應(yīng)方程式和多個(gè)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式來描述。在選擇反應(yīng)器型式和操作方法時(shí)，首要考慮的是反應(yīng)選擇性。 增大返混與降低濃度等效，減小返混與提高濃度等效。v 當(dāng) k2k1時(shí)，應(yīng)保持較低的單程轉(zhuǎn)化率；v 當(dāng)k1k2 時(shí)，應(yīng)保持較高的轉(zhuǎn)化率，這樣收率降低不多，但可大大減輕反應(yīng)后的分離負(fù)荷。(2)渦輪式攪拌器v 葉輪直徑為釜徑的 ～,v 轉(zhuǎn)速10～500rpm,v 葉端圓周速度可達(dá) 4～10ms1。(2)錨式和框式攪拌器v 旋轉(zhuǎn)直徑可達(dá)釜徑的 ～，v 轉(zhuǎn)速n=1～100rpmv 葉端圓周速度1～5 ms1特點(diǎn)和應(yīng)用錨式和框式攪拌器常用于中、高粘度液體的攪拌（3）螺帶式攪拌器v 目的：提高軸向混合效果v ～，v ～50rpm，v 葉端圓周速度2 ms1特點(diǎn)和應(yīng)用216。 提高了混合效果擋板安裝方式與液體粘度有關(guān)：7Pas，擋板垂直縱向裝于釜內(nèi)壁上；7～10Pas，擋板離開釜壁；10 Pas，擋板離開釜壁并與壁面傾斜。v 低粘度均相液體的混合v 推進(jìn)式的循環(huán)流量較大且動(dòng)力消耗較少，是最適用的。v μL在1～10Pas時(shí)，采用框式攪拌器。v 需冷卻的夾套釜,選用大直徑低轉(zhuǎn)速攪拌器,如錨式或框式攪拌器。分散v 非均相液體的分散過程，宜用渦輪式攪拌器，平直葉更為合適。v 推進(jìn)式當(dāng)固液密度差較大或固液比超過50%時(shí)不適用。v 推進(jìn)式用于小容量的固體溶解過程比較合理。v 氣體吸收v 圓盤渦輪式攪拌器最為適宜。結(jié)晶v 小直徑高轉(zhuǎn)速攪拌器，如渦輪式，適用于微粒結(jié)晶，但晶體形狀不易一致；v 而大直徑低轉(zhuǎn)速攪拌器，如漿式，適用于大顆粒定形結(jié)晶，但釜內(nèi)不宜設(shè)置擋板。傳熱v 傳熱量較小的夾套釜可采用漿式攪拌器。v 傳熱量很大時(shí),釜內(nèi)可用蛇管傳熱,采用推進(jìn)式或渦輪式攪拌器,并在釜內(nèi)設(shè)置擋板。攪拌器選型攪拌器選型v v v 攪拌功率取決于釜內(nèi)物料的流型和湍動(dòng)程度，它是葉輪形狀、大小、轉(zhuǎn)速、位置以及液體性質(zhì)、反應(yīng)釜尺寸與內(nèi)部構(gòu)件的函數(shù)。Fr—弗勞德數(shù),流體慣性力與重力之比,是反映重力對(duì)攪拌功率影響的準(zhǔn)數(shù)。P—功率消耗,W。r—液體密度,kgm3。 各種攪拌器的F或NP與Re的關(guān)系，標(biāo)繪在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上，即得功率曲線。1/3，b/d=1/4；HL/D=1 s漿葉螺距,N擋板數(shù),W擋板寬度,D釜內(nèi)徑,d葉輪直徑,b漿葉寬度,HL液層深度v 從物理意義上講，全擋板條件時(shí)攪拌器的功率最大，若擋板的安裝已滿足全擋板的條件，則再增加擋板數(shù)或?qū)挾?，都不?huì)使攪拌器的功率增大。實(shí)際由于攪拌器內(nèi)除安裝擋板外，還有影響流體流動(dòng)的其他構(gòu)件，如出料管、溫度計(jì)套管等，故常常安裝4塊W=D/10 擋板即認(rèn)為是全擋板的條件。（2）還可按流動(dòng)狀況對(duì)功率曲線進(jìn)行回歸，得到計(jì)算攪拌功率的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。試計(jì)算攪拌功率。因此按功率曲線計(jì)算出攪拌功率，需加以校正,估算出實(shí)際裝置的攪拌功率。～。圖634 開啟渦輪的層間距對(duì)功率的影響 1雙層直葉。3雙層折葉 P1單層直葉的功率,P2雙層渦輪的功率 圖635 推進(jìn)式的層間距對(duì)功率的影響對(duì)于推進(jìn)式攪拌器，在層流區(qū)，雙層推進(jìn)式的功率約為單層時(shí)的2倍；而在湍流區(qū),雙層推進(jìn)式的功率隨著層間距的增大而線性增大。釜內(nèi)裝有擋板，并符合全擋板條件。試計(jì)算攪拌功率v 解：(1) 由圖633中的曲線6計(jì)算攪拌功率 (2) 校正漿葉數(shù)量的影響 由式(696)得v (3) 校正漿葉直徑的影響 由式(697)得(4) 校正漿葉寬度的影響 由式(698)得v (5) 校正液層深度的影響 由式(699)得—液相攪拌v 先計(jì)算出平均密度和平均粘度，再按均相液體計(jì)算攪拌功率。 v 對(duì)于渦輪式攪拌器,通氣攪拌功率用下式計(jì)算例610 若在例69的反應(yīng)釜中通入空氣，操作狀態(tài)下的通氣量為2m3min1，求攪拌功率。計(jì)算出平均密度和平均粘度，按均相液體計(jì)算攪拌功率。163。 1時(shí) v 非牛頓型液體不服從牛頓粘性定律。v 攪拌非牛頓型液體時(shí),漿葉附近的液體粘度最小,離漿葉愈遠(yuǎn),液體的粘度愈大，至釜壁附近處液體的粘度達(dá)到最大。v 采用錨式、框式、螺帶式等大直徑低轉(zhuǎn)速攪拌器，可以刮薄附著在釜內(nèi)壁上的物料層，減薄層流邊界層的厚度，從而使傳熱膜系