聚合反应工程(华东理工大学)4.1化学反应工程基础（1）ppt课件

1、第四章 聚合反应工程4.14.1化学反应工程基础化学反应工程基础1.;2021-03-284.14.1化学反应工程基础化学反应工程基础4.1.14.1.1均相反应动力学均相反应动力学4.1.24.1.2理想流动和理想反应器的设计理想流动和理想反应器的设计4.1.34.1.3连续流动反应器的停留时间分布连续流动反应器的停留时间分布4.1.44.1.4流动模型流动模型4.1.54.1.5返混对化学反应的影响返混对化学反应的影响4.1.64.1.6混合态对化学反应的影响混合态对化学反应的影响2 化学反应过程是一门研究化学反应的工程问题化学反应过程是一门研究化学反应的工程问题的科学。的科学。研究对象研

2、究对象以工业规模进行的化学反应过程；以工业规模进行的化学反应过程；研究目的研究目的实现工业反应过程的优化。实现工业反应过程的优化。化学反应工程中的优化问题包括化学反应工程中的优化问题包括设计优化设计优化操作优化操作优化绪论绪论化学反应工程3化学反应工程范围示意图化学反应工程范围示意图 工程控制工程控制传递工程传递工程化学化学化学工艺化学工艺化学反应工程化学反应工程反应过程解析反应过程解析反应技术开发反应技术开发反应器的设计反应器的设计反应器中流体流反应器中流体流动混合传热传质动混合传热传质反应热力学反应热力学反应动力学反应动力学催化催化反应反应工艺工艺反应工艺路线反应工艺路线流动与设备流动与设

3、备反应过程动态特反应过程动态特征与测量与控制征与测量与控制最佳化最佳化绪论绪论化学反应工程4化学反应工程的研究目标化学反应工程的研究目标决策变量决策变量反应器形式、结反应器形式、结构、尺寸的选择构、尺寸的选择反应器操作方式反应器操作方式的选择的选择反应工艺和操作反应工艺和操作条件的选择条件的选择技术目标技术目标转化率转化率选择率选择率能耗能耗经济目标经济目标原料费用原料费用设备费用设备费用操作费用操作费用绪论绪论化学反应工程5化学反应工程工作者的任务化学反应工程工作者的任务各类各类化学反应化学反应各类各类反应器反应器化学反应化学反应规律规律传递传递规律规律结合结合反应结果反应结果绪论绪论化学反

4、应工程6绪论绪论化学反应工程反应工程的基础定量的数学描述是反应工程的基本方法，其数学模型可包括： 动力学方程式 物料衡算（连续性方程） 热量衡算 动量衡算参数计算三传一反7化学反应的形式化学反应的形式均相均相 气相气相 管式管式(NONO2，石脑油高热裂解，石脑油高热裂解) 液相液相管式（一些聚合反应）管式（一些聚合反应）釜式（多数精细化工反应）（聚合反应）釜式（多数精细化工反应）（聚合反应）塔式（塔式（NH3、CO2尿素）尿素）8化学反应的形式化学反应的形式非非均均相相两两 相相三三 相相气气液液液液固固气气固固固定床（丁烯脱氢、氨合成）固定床（丁烯脱氢、氨合成）移动床（煤气化、矿石燃烧）移

5、动床（煤气化、矿石燃烧）流化床（石油裂解、丙烯氨氧化）流化床（石油裂解、丙烯氨氧化）气流床（煤气化）气流床（煤气化）搅拌釜（有机化工：苯氯化）搅拌釜（有机化工：苯氯化）填料塔（脱碳、硫填料塔（脱碳、硫）板式塔（脱碳、硫板式塔（脱碳、硫）湍球塔（脱硫）湍球塔（脱硫）釜式（酸介、碱介）釜式（酸介、碱介）塔式塔式塔式塔式(碳化塔碳化塔)淤浆床淤浆床(石油加氢、煤加氢石油加氢、煤加氢)涓流床涓流床(丁炔二醇加氢丁炔二醇加氢)94.1.14.1.1均相化学反应动力学均相化学反应动力学q均相化学反应动力学均相化学反应动力学 均相化学反应动力学主要研究均相系统化学反应的速均相化学反应动力学主要研究均相系统化

6、学反应的速率以及各种不同因素对化学反应速率的影响。率以及各种不同因素对化学反应速率的影响。 虽然化学反应动力学不因宏观的传递过程而发生变化，虽然化学反应动力学不因宏观的传递过程而发生变化，但研究化学反应动力学对于研究传递过程对化学反应过程但研究化学反应动力学对于研究传递过程对化学反应过程的影响具有典型意义。的影响具有典型意义。q化学反应动力学是微观化学随机变化规律的统计表述。化学反应动力学是微观化学随机变化规律的统计表述。10q 化学反应的速率化学反应的速率1 1化学反应速率的定义化学反应速率的定义反应系统中，某一物质在单位时间、单位反应区内的反应量反应系统中，某一物质在单位时间、单位反应区内

7、的反应量: Vdtdnrii 在反应物的反应速率前取负号，表示反应物的消失速率在反应物的反应速率前取负号，表示反应物的消失速率; ; 限定组分限定组分(着眼组分着眼组分)，是表示在多组分反应系统中的某一组分，是表示在多组分反应系统中的某一组分(昂贵的昂贵的组分或含量相对最少的限定组分组分或含量相对最少的限定组分)，由于它的含量相对最少，反应将因其，由于它的含量相对最少，反应将因其耗尽而中止。耗尽而中止。均相反应动力学均相反应动力学11均相反应动力学均相反应动力学特点： 反应过程中，反应物和生成物的量发生变化，反应速率是指某一瞬间的瞬时反应速率，表示方法随场所的不同而不同。采用不同基准时的表示：

8、两相流体，以相界面积S表示 流固相，单位固体表面、cat内表面S流固相，以单位固体质量W 转换关系：Wb VR S=SiVdtdnSrii1dtdnSrii1dtdnWrii1122 2化学反应动力学的表达式化学反应动力学的表达式 影响化学反应速率的最主要因素是反应物料的浓度和反应温度，可影响化学反应速率的最主要因素是反应物料的浓度和反应温度，可写成：写成： ),(TCfri 式中：式中： r i组份组份I 的反应速率；的反应速率； C反应物料的浓度向量；反应物料的浓度向量； T反应温度。反应温度。 对于多组分多反应的系统，对于多组分多反应的系统，由于化学计量关系的约束，在反应过程由于化学计量

9、关系的约束，在反应过程中只要某一组分的浓度确定，其它各组分的浓度也将随之而定中只要某一组分的浓度确定，其它各组分的浓度也将随之而定 : ),(TCfrji式中：式中：Cj某组分某组分j j的浓度。的浓度。 均相反应动力学均相反应动力学13 大量实验测定结果表明，在多数情况下上式的反应速率式可表示为：大量实验测定结果表明，在多数情况下上式的反应速率式可表示为： )()(jCTiCfTfr 温度效应温度效应浓度效应浓度效应均相反应动力学均相反应动力学14q影响化学反应速度的温度效应影响化学反应速度的温度效应温度效应项经常用一反应速率常数温度效应项经常用一反应速率常数k k表示表示, ,即：即： )

10、(jCiCkfr RTEekk/0式中式中 k反应速率常数；反应速率常数； k。频率因子；频率因子； E反应活化能；反应活化能； R气体普适常数气体普适常数 阿累尼乌斯（阿累尼乌斯（Arrhenius）公式）公式 均相反应动力学均相反应动力学iniiCRTEkCfTfCTfrexp)()(),(02115吸热反应和放热反应的能量示意图吸热反应和放热反应的能量示意图反应活化能（反应活化能（E）: 使反应物分子使反应物分子“激发，所需给予的能量。激发，所需给予的能量。 均相反应动力学均相反应动力学16以以阿累尼乌斯（阿累尼乌斯（Arrhenius）公式）公式对温度求导，整理可得：对温度求导，整理可

11、得：上式表明活化能愈大，温度对反应速率的影响就愈显著。上式表明活化能愈大，温度对反应速率的影响就愈显著。 说明：说明： （1 1）活化能）活化能E E与反应热效应无直接的关系；与反应热效应无直接的关系；（2 2）活化能）活化能E E不能独立预示反应速率的大小，它只表明反应速率对温不能独立预示反应速率的大小，它只表明反应速率对温度的敏感度。度的敏感度。 （3）对于同一反应，即当活化能）对于同一反应，即当活化能E一定时，反应速率对温度的敏感程一定时，反应速率对温度的敏感程度随着温度的升高而降低。度随着温度的升高而降低。 均相反应动力学均相反应动力学(ln )(ln )(ln ),(1/)(1/)(

12、1/)krEkETTRTT17q影响化学反应速度的浓度效应影响化学反应速度的浓度效应均相不可逆反应：均相不可逆反应： aA+bB=pP+sS 反应动力学通常表示为：反应动力学通常表示为： (-rA)=kCACB即：反应级数不等于反应分子数即：反应级数不等于反应分子数 如果上述反应确实是在如果上述反应确实是在a个个A分子人和分子人和b个个B分子同时碰撞时发生，分子同时碰撞时发生，那么根据质量作用定律，反应速率应当是：那么根据质量作用定律，反应速率应当是： (-rA)=kCAaCBb均相反应动力学均相反应动力学18 对每一个基元反应而言，其级数就等于反应的分子数，但反应总速对每一个基元反应而言，其

13、级数就等于反应的分子数，但反应总速率的级数却未必等于该简单反应的反应分子数。率的级数却未必等于该简单反应的反应分子数。 从式（从式（3 3）的基元反应可知，）的基元反应可知，B B的生成速率为：的生成速率为：例：最简单的单分子反应：例：最简单的单分子反应： 按活化络合物理论，反应实际步骤按活化络合物理论，反应实际步骤: BA （1）AAAAkk 11（2）BAk2（3）ABCkr2（4）均相反应动力学均相反应动力学19代人（代人（4 4）式：）式： 此时此时B B的生成速率与的生成速率与A A的浓度的一次方成正比，反应总速率表现的浓度的一次方成正比，反应总速率表现为一级。为一级。当反应物当反应

14、物A A的浓度较高时的浓度较高时, , 即：即：2AAACCCK（5）AAKCC （6）AABCkKCkr2（7）均相反应动力学均相反应动力学20 当反应物当反应物A的浓度很低时，的浓度很低时，A的碰撞机率大大减少，使下式的反应的碰撞机率大大减少，使下式的反应未能达到平衡，即未能达到平衡，即:： 同时考虑式（同时考虑式（2 2）和式（）和式（3 3）两个基元反应，活化态）两个基元反应，活化态A A* *的生成速率为：的生成速率为： 0dtdCA按稳态原理：按稳态原理：0221AACkCkAAAAk1（8）AAAACkCkdtdCr221（9）221AACkkC （10）代人式代人式(4)：B的

15、生成速率在的生成速率在A为低浓度时表现为二级。为低浓度时表现为二级。 22ABCkr （11）均相反应动力学均相反应动力学21AAAACCrr 上式表明反应物上式表明反应物A的级数的级数是反应速率对反应物是反应速率对反应物A浓度的相对变化浓度的相对变化率大小。即反应级数是反应速率相对于反应物浓度的敏感程度。率大小。即反应级数是反应速率相对于反应物浓度的敏感程度。说明：说明： （1）反应级数不同于反应的分子数，前者是指动力学意义上讲的，）反应级数不同于反应的分子数，前者是指动力学意义上讲的，后者是在计量化学意义上讲的。后者是在计量化学意义上讲的。 （2）反应级数只反映反应速率对浓度的敏感程度。反

16、应级数只反映反应速率对浓度的敏感程度。 以以反应动力学表达式反应动力学表达式对浓度求导，整理可得：对浓度求导，整理可得：均相反应动力学均相反应动力学22q动力学方程的建立动力学方程的建立传传递递过过程程温度温度 浓度浓度 动动力力学学方方程程 建立动力学方程的目的：建立动力学方程的目的： （1 1）确立化学反应速度与温度的关系式（温度效应）；）确立化学反应速度与温度的关系式（温度效应）；（2 2）确定化学反应速度和反应物浓度之间的关系式（浓度效应）。）确定化学反应速度和反应物浓度之间的关系式（浓度效应）。化化学学反反应应过过程程 均相反应动力学均相反应动力学23建立动力学方程的方法：建立动力学

17、方程的方法： 第一步，保持温度不变，找出反应物浓度的变化与反应速度的关系；第一步，保持温度不变，找出反应物浓度的变化与反应速度的关系；第二步，找出反应速率随温度变化的规律。第二步，找出反应速率随温度变化的规律。 浓度的表征除了其本身外，还可以是浓度的表征除了其本身外，还可以是各种物理量，如压力、密度、折光率、各种物理量，如压力、密度、折光率、旋光度、导电度等。旋光度、导电度等。 数据处理：数据处理：1.积分法积分法 先推测一个动力学方程式的形式，经过积分和数学运算后，在某一特定座先推测一个动力学方程式的形式，经过积分和数学运算后，在某一特定座标图上标绘，如果将实验所测得的数据标绘上去能与该直线

18、满意地拟合，则表标图上标绘，如果将实验所测得的数据标绘上去能与该直线满意地拟合，则表明推测的动力学方程式是可取的，否则应该另提一动力学方程式再加以检验。明推测的动力学方程式是可取的，否则应该另提一动力学方程式再加以检验。 2.微分法微分法 先直接假设某一动力学方程的微分式，以反应速度对浓度作图，然后与实先直接假设某一动力学方程的微分式，以反应速度对浓度作图，然后与实测数据相比较的一种方法。测数据相比较的一种方法。均相反应动力学均相反应动力学24动力学方程的等温积分动力学方程的等温积分nAAAkCdtdCr0ln/ln1/(1)AAktCCx0ktAACC e 001111AAAxktCCCx0

19、01AAACCC kt00AAAktCCC x 0AACCkt254.1.2 4.1.2 理想流动和理想反应器的设计理想流动和理想反应器的设计q理想反应器设计的基本原理理想反应器设计的基本原理每一种反应器应该满足的三个基本要求：每一种反应器应该满足的三个基本要求： （1 1）提供反应物料进行反应所需要的容积，保证设备有一定的生产能）提供反应物料进行反应所需要的容积，保证设备有一定的生产能 力；力；（2 2）具有足够的传热面积，保证反应过程中热量的传递，使反应控制）具有足够的传热面积，保证反应过程中热量的传递，使反应控制 在最适宜的温度下进行；在最适宜的温度下进行；（3 3）保证参加反应物料的各

20、种混合、分散要求。）保证参加反应物料的各种混合、分散要求。26 进行化学反应时，动量、热量、与质量的传递对反应速率有直接的影响，进行化学反应时，动量、热量、与质量的传递对反应速率有直接的影响，所以在设计反应器时必须进行物料，热量及动量的衡算。所以在设计反应器时必须进行物料，热量及动量的衡算。 由于在有的反应器内，物料的浓度和温度是随着时间和空间的变化而变化由于在有的反应器内，物料的浓度和温度是随着时间和空间的变化而变化的，要准确地建立物料衡算方程式，有必要先对时间或空间进行微分，然后再积的，要准确地建立物料衡算方程式，有必要先对时间或空间进行微分，然后再积分的方法进行计算。分的方法进行计算。（

21、1 1）在一定的体积微元内）在一定的体积微元内（如管式反应器的情况下）（如管式反应器的情况下） ； （2 2）在一定的时间微元内（如釜式反应器间歇操作）在一定的时间微元内（如釜式反应器间歇操作） 。 物料衡算微分微元选取的两种方法：物料衡算微分微元选取的两种方法： 如果物料的浓度和温度在反应器内任何时间、任何空间处处相等（如混合如果物料的浓度和温度在反应器内任何时间、任何空间处处相等（如混合良好的连续搅拌釜式反应器）。可以很方便地采用一个单位容积或整个反应器良好的连续搅拌釜式反应器）。可以很方便地采用一个单位容积或整个反应器的容积作为物料衡算和热量衡算的对象而不必进行微积分。的容积作为物料衡算

22、和热量衡算的对象而不必进行微积分。 理想流动和理想反应器的设计理想流动和理想反应器的设计27对于体积微元（对于体积微元（V V），可写出着眼组分的物斜衡算式为），可写出着眼组分的物斜衡算式为 ：0累积速度的反应物应而消失速度由于反反应物流出速度的反应物流入速度的反应物AAAA 对于问歇反应器对于问歇反应器: 流入项与流出项都为零流入项与流出项都为零; 对于稳态操作的连续流动反应器对于稳态操作的连续流动反应器:累积项为零累积项为零; 对非稳态操作的连续流动反应器和半连续反应器对非稳态操作的连续流动反应器和半连续反应器:四项均不等于零四项均不等于零 1 1物料衡算物料衡算建立物料衡算的理论基础是质

23、量守恒定律：建立物料衡算的理论基础是质量守恒定律： 输入量输出量反应量累积量输入量输出量反应量累积量 理想流动和理想反应器的设计理想流动和理想反应器的设计282 2热量衡算热量衡算 热量衡算的依据是能量守恒定律：热量衡算的依据是能量守恒定律： 0热量累积的热效应反应过程界交换的热量反应系统与外出的热量随物料流入的热量随物料流 间歇操作第一，第二项为零；间歇操作第一，第二项为零； 稳态操作的连续流动反应器第五项为零；稳态操作的连续流动反应器第五项为零； 非稳态操作的连续流动反应器及半连续操作反应器则式中所有各项均非稳态操作的连续流动反应器及半连续操作反应器则式中所有各项均 不为零。不为零。 理想

24、流动和理想反应器的设计理想流动和理想反应器的设计29化学反应器设计化学反应器设计联立求解 热量衡算热量衡算化学反应动力学方程式物料衡算物料衡算理想流动和理想反应器的设计理想流动和理想反应器的设计30q理想化学反应器理想化学反应器理想化学反应器的定义：理想化学反应器的定义： 当反应器中没有任何传递过程的影响因素存在，反应的结果唯一地当反应器中没有任何传递过程的影响因素存在，反应的结果唯一地由化学因素决定时，就称它为理想化学反应器。由化学因素决定时，就称它为理想化学反应器。 实践中性能和行为接近于这种理想化学反应器的两种反应器：实践中性能和行为接近于这种理想化学反应器的两种反应器： 搅拌充分的间歇

25、釜式反应器搅拌充分的间歇釜式反应器 连续流动的理想管式反应器连续流动的理想管式反应器 作为问题的另一方面，有时把无限偏离理想化学反应器的反应器也作为问题的另一方面，有时把无限偏离理想化学反应器的反应器也作为作为“理想理想”化学反应器，如：化学反应器，如： 搅拌充分的连续釜式反应器搅拌充分的连续釜式反应器 理想流动和理想反应器的设计理想流动和理想反应器的设计31Batch(Batch stirring Tank Reactor) PFR(Pipe Flow Reactor)CSTR(Continuous Stirred Tank Reactor)无不同年龄粒子返混无不同年龄粒子返混无返混无返混不

26、同年龄分子返混剧烈不同年龄分子返混剧烈Cf(t) C=f(l) C=Cf加料时，同时加入；加料时，同时加入；加料处，同处加入；加料处，同处加入；加料处，同处加入；加料处，同处加入；某时刻，年龄相同；某时刻，年龄相同；任截面，年龄相同；任截面，年龄相同；反应器内，返混均匀，反应器内，返混均匀，年龄不同；年龄不同；出料时，寿命一样出料时，寿命一样出料处，寿命一样出料处，寿命一样出料处，寿命不同出料处，寿命不同操作灵活操作灵活稳定敏感的反应稳定敏感的反应同一性不够同一性不够稳定性好稳定性好32是否纯化学因素控制？是否纯化学因素控制？是否存在返混是否存在返混? (? (什么是返混？什么是返混？) )当

27、反应器中没有任何传递过程的影响因素当反应器中没有任何传递过程的影响因素存在，反应结果唯一地由化学因素决定时，存在，反应结果唯一地由化学因素决定时，就称为理想化学反应器就称为理想化学反应器33q间歇搅拌釜式反应器间歇搅拌釜式反应器(BSTR)(BSTR) 反应物料按一定配比一次加到反应器内，开动搅拌，使整个釜内物反应物料按一定配比一次加到反应器内，开动搅拌，使整个釜内物料的浓度和温度保持均匀，经过一定时间，反应达到规定转化率后，将料的浓度和温度保持均匀，经过一定时间，反应达到规定转化率后，将物料排出反应器。物料排出反应器。 特点：特点： （1 1）由于剧烈的搅拌，反应器内已达到分子尺度上的均匀，

28、且反应器内浓度处）由于剧烈的搅拌，反应器内已达到分子尺度上的均匀，且反应器内浓度处处相等，因而排除了物质传递的问题。处相等，因而排除了物质传递的问题。（2 2）由于反应器内具有足够强大的传热条件，反应器内各处温度始终相等，因而）由于反应器内具有足够强大的传热条件，反应器内各处温度始终相等，因而无需考虑反应器内的热量传递问题。无需考虑反应器内的热量传递问题。（3）反应结果将唯一地由化学动力学所确定。反应器内物料的组成随反应时间不）反应结果将唯一地由化学动力学所确定。反应器内物料的组成随反应时间不断改变，属非稳态操作。断改变，属非稳态操作。理想流动和理想反应器的设计理想流动和理想反应器的设计341

29、 1反应时间的确定反应时间的确定对间歇反应器对间歇反应器物料衡算物料衡算 反应累积量的物料反应消失量的物料AA其中，物料其中，物料A的消失量：的消失量：rAV 物料物料A的累积量：的累积量：VrAdtdxnAA0故故： 恒容时：恒容时： VnrAA0dtdxA= 0ACdtdxAdtdxndtxnddtdnAAAAA001理想流动和理想反应器的设计理想流动和理想反应器的设计35积分之得：积分之得： AxAAArdxCt0000AAAACCCx代入上式：得代入上式：得AACCAArdCt0理想流动和理想反应器的设计理想流动和理想反应器的设计36间歇搅拌釜式反应器达到期望转化率（残余浓度）反应时间

30、图解表达：间歇搅拌釜式反应器达到期望转化率（残余浓度）反应时间图解表达：对于非整数级反应或大于二级的整数级反应，可以用图解积分求解： 恒容时间隙反应器的图解计算恒容时间隙反应器的图解计算理想流动和理想反应器的设计理想流动和理想反应器的设计37对于单一反应物的二级反应对于单一反应物的二级反应 2AAkCrktCxxAAA01代入积分之得：代入积分之得： 对于一级反应对于一级反应 AAkCrktxA11lnktCCAA0ln或：或：ktAAeCC0如用转化率如用转化率x表示：表示： ktCCAA011或：或：ktCCCAAA001如用转化率如用转化率x表示：表示： 理想流动和理想反应器的设计理想流

31、动和理想反应器的设计38零级反应零级反应: :反应速率不受反应物浓度影响的一类特殊的反应反应速率不受反应物浓度影响的一类特殊的反应。 动力学方程式：动力学方程式： （rA）=k 当当CA0时时 （rA）=0 当当CA0时时 当初始条件当初始条件t=0t=0时，时，0AACC AACCkt0 当当CA0时时 0AACktx当当xA1时时 代入式代入式 ，积分：，积分：AACCAArdCt0理想流动和理想反应器的设计理想流动和理想反应器的设计39间歇间歇不同反应级数的反应结果不同反应级数的反应结果：n=2n=1n=0AfAAfAxCCCkt00ktCCAAf00AACktx AfAfAxCCkt1

32、1lnln0ktAAfeCC0ktAex1)1 (1100AAAAAxCxCCktktCCCAAAf001ktCktCxAAA00140q从以上整数级化学反应在间歇反应器中的基本设计方程式可以看到：从以上整数级化学反应在间歇反应器中的基本设计方程式可以看到： （1 1）一级反应）一级反应kt组成无因次项，二级反应组成无因次项，二级反应CA0kt组成无因次项；组成无因次项；（2 2）一级反应反应时间和）一级反应反应时间和C CA0A0无关，二级反应当无关，二级反应当C CA AC CA0A0时，时，C CA0A0对反应时间的影对反应时间的影响可以忽略；响可以忽略；（3 3）一级反应和二级反应的反

33、应时间主要消耗在反应末期，相当而言，二级反）一级反应和二级反应的反应时间主要消耗在反应末期，相当而言，二级反应比一级反应更甚。应比一级反应更甚。理想流动和理想反应器的设计理想流动和理想反应器的设计41 例：例：对某液相反应，由实验求得的反应速度式为对某液相反应，由实验求得的反应速度式为r=kc(kmol/hm3),将此反应在搅拌釜内进行等温间歇操作，将此反应在搅拌釜内进行等温间歇操作，已知反应速率常数已知反应速率常数k=1.8(h-1),A组份组份(分子量分子量=40)的初浓度的初浓度CA0=2(kmol/m3),求反应转化率达求反应转化率达70%时所需反应时间。时所需反应时间。如辅助操作时间

34、为如辅助操作时间为30分钟，问平均每小时要处理分钟，问平均每小时要处理100(kg)的的A组份需要多大的反应器容积组份需要多大的反应器容积(如反应器的装料系数为如反应器的装料系数为0.8)？理想流动和理想反应器的设计理想流动和理想反应器的设计42答：答：（1）达到转化率）达到转化率70%时所需反应时间：时所需反应时间： 反应周期：反应周期： （2）反应器容积）反应器容积 每小时处理物料体积流量：每小时处理物料体积流量： 有效体积：有效体积： 实际体积：实际体积： 故平均每小时要处理故平均每小时要处理100(kg)的的A组份需要组份需要1.83立方米反应器容积。立方米反应器容积。hxktA67.

35、 07 . 011ln8 . 1111ln1hT17. 15 . 067. 0hmCMFAA/25. 124010030003046. 117. 125. 1mTV有效383. 18 . 046. 1mVV有效实际理想流动和理想反应器的设计理想流动和理想反应器的设计43q平推流反应器（理想管式反应器平推流反应器（理想管式反应器,PFR,PFR）在反应器内径向具有严格均匀的速度分布且轴向没有任何混和。在反应器内径向具有严格均匀的速度分布且轴向没有任何混和。 实际反应器中的流动状况，只能是不同程度上接近于该种理想流实际反应器中的流动状况，只能是不同程度上接近于该种理想流动，管式反应器当其管长远大于

36、管径时，较接近这种理想流动，故常动，管式反应器当其管长远大于管径时，较接近这种理想流动，故常习惯称为理想管式反应器。习惯称为理想管式反应器。 平推流反应器平推流反应器的特点：的特点： （1 1）在正常情况下，它是连续定态操作，故在反应器的各个截面上，物料浓度）在正常情况下，它是连续定态操作，故在反应器的各个截面上，物料浓度不随时间而变化；不随时间而变化； （2 2）反应器内各处的浓度彼此未必相等，故反应速率随空间位置而变化；）反应器内各处的浓度彼此未必相等，故反应速率随空间位置而变化； （3 3）由于反应器径向不存在浓度分布，反应速率随空间位置的变化将只限于轴向。）由于反应器径向不存在浓度分布

37、，反应速率随空间位置的变化将只限于轴向。 理想流动和理想反应器的设计理想流动和理想反应器的设计44平推流反应器物料衡算示意图平推流反应器物料衡算示意图反应的消失速度由于反应物流出速度的反应物流入速度的反应物AAA FA FAdF，rAdV dVrdxFdxFxFddFAAAAAAAA0001即：即：设：设：反应物反应物A A进入进入dVdV的摩尔流量为的摩尔流量为FA FA ，反应物反应物A A流出流出dVdV的摩尔流量为的摩尔流量为FAFAdFdF，由于反应而消失的由于反应而消失的A A量为量为rAdVrAdV。理想流动和理想反应器的设计理想流动和理想反应器的设计45上式积分可得：上式积分可得：AxAAVArdxFdV000AxAAArdxFV00AxAAArdxCvV0000000,vCvF