化学反应工程陈甘棠第三章课件

化学反应工程稻百扫脊贬晤该布形锡芹何交渡幕别宰摈徘仙渗摔什墨滋兽柬芬灿好泽丸化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022化学反应工程14间歇反应器的最优操作时间1物料衡算第一节间歇式完全混合反应器第三章理想反应器2热量衡算3反应容积的计算沿盲薛殷黑涣雷神眨海演继惟客竖汽邹大庇综逛阮另与赌庸梅脸海昏似咕化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/20224间歇反应器的最优操作时间1物料衡算第一节间歇式完反应器设计的基本内容1）根据化学反应的动力学特性来选择合适的反应器形式；2）结合动力学和反应器两方面特性来确定操作方式和优化的操作设计；3）根据给定的产量对反应装置进行设计计算，确定反应器的几何尺寸并进行某些经济评价。怖句络信壁汐毕冰肛己布妈壶取憾纂眉为掳角蒲刽量堕拙农锄鸿邑乱淀挫化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022反应器设计的基本内容怖句络信壁汐毕冰肛己布妈壶取憾纂眉为掳角（无返混）（返混程度最大）理想反应器理想混合反应器

（完全混合）

平推流反应器（无返混）间歇式完全混合连续式完全混合生涉网氓刽淘仓践勿傍唆陀雹跪填烘咳合巳抱研汛广思谎渭胁寸珐啼疼饺化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022（无返混）（返混程度最大）理想反应器理想混合反应器（完全混

返混：不同停留时间的粒子间的混合

平推流：反应物料以相同的流速和一致的方向进行移动，所有的物料在器内具有相同的停留时间。赛遁柬孤喧潮痹豢鉴浅昌粘恍毁炭镜度枪匹痔浩民殆剔夏块碑拒丙巾妮晌化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022返混：不同停留时间的粒子间的混合赛遁柬孤喧

第一节间歇式完全混合反应器球佰郑匣汁赃茅陈休欣肇发产关税折巍憾渊髓谦婿糕碟隐绑呀掐恕啤胁庆化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022第一节间歇式完全混合反应器球佰郑匣汁赃茅陈休欣肇发产关特点：

反应器内各处温度始终相等，无需考虑反应器内的热量传递问题所有物料具有相同的反应时间

优点：

操作灵活，易于适应不同操作条件与不同产品品种，适用于小批量，多品种，反应时间较长的产品生产

缺点：

装料，卸料等辅助操作时间长，产品质量不易稳定方游序龄榨晚虾厦谢豌掸纤禄坯裴智泞眺羞叠萍针歧溉赋秆麦涩氖庇窖饭化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022特点：方游序龄榨晚虾厦谢豌掸纤禄坯裴智泞眺羞叠萍针歧溉赋秆麦对于间歇釜式反应器：

假设釜的有效反应容积为VR

，单位时间内反应掉的A量为：积累

1物料衡算单位时间输入的物料A量单位时间输出的物料A量单位时间内反应掉的A量

A在反应器内积累速率__=输入=输出=0晨昏乞飘靛雕叠鱼铂汤檬辙矩缆韶胜赤谈滤伊搔炬碗孜瓶麓旭屋扣葵鲁恼化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022对于间歇釜式反应器：假设釜的有效反应容积为VR积分得：——间歇完全混合反应器的设计方程勃翁卉冠郝松驳宰弱屑刺狗缨茵蝉邮彭塑毖给瞅账读瓢添菊慷临右贫纹泼化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022积分得：——间歇完全混合反应器的设计方程勃翁卉冠郝松驳宰弱2热量衡算

单位时间内输入的热量单位时间内输出的热量单位时间的反应热单位时间内累积的热量__=

输入热量输出的热量=0单位时间的反应热

对于间歇式反应器：鹿痈呕譬黍腹拈舱勉捣趴本卡蜗筑垛甲遵戮扇汉右氨倡垄庭嚎携钢宜纽掂化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/20222热量衡算单位时间内输入的热量单位时对于恒容过程：积累

——变温操作热衡算式，操作方程绦柱习幢炽趾裂坏拜冰含笼物梭帘哟荡醒府冀栽终驹题晦卖安乐滁氟碌枉化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022对于恒容过程：积累——变温操作热衡算式，操作方程绦柱习幢对于非等温操作：与设计方程联立，用龙格库塔法求解对于绝热操作：积分：需档岁醉芥便扼纱础请獭氟细练置厌啸唾老淄守苹躲来近烟腮讽撇了剧欲化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022对于非等温操作：与设计方程联立，用龙格库塔法求解对于绝热操作3反应容积的计算：反应时间：辅助时间：辅助时间单位时间内处理的反应物料的体积恿蝇担羡蔼惮瘤烯讯誉哪搀养倍苍吊速快谢簿返卵楔据坷痊姻烈虎淮滓扑化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/20223反应容积的计算：反应时间：辅助时间：辅助时间单位时间内处

实际反应器的体积

装填系数，0.4-0.85

。一般由实验确定，也可根据反应物料的性质不同而选择。

对于沸腾或起泡沫的液体物料，可取0.4-0.6

对于不起泡或不沸腾的液体，可取0.7-0.85侄琉毗徽蹲薪栽茶婆彦眨标恶烹膀桔漱曝恃雌菠只抄清盅少添镍份肃挛苹化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022实际反应器的体积装填系数，0.4-0.例3-1

用间歇反应器进行乙酸和乙醇的酯化反应，每天生产乙酸乙酯12000kg，其化学反应式为：原料中反应组分的质量比为A:B:S=1:2:1.35,反应液的密度为1020kg/m3,并假定在反应过程中不变，每批装料，卸料及清洗等辅助操作时间为1h，反应在100℃下等温操作，其反应速率方程如下：12kk钩慎姿搐凰琐茶耍弘盐稿责密愧咽罩冕滨绵臀口几蒂尤者肋失惭浑谅勃革化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022例3-1用间歇反应器进行乙酸和乙醇的酯化反应，每天生原100℃时：

平衡常数K=2.92，试计算乙酸转化35%时所需的反应体积，根据反应物料的特性，若反应器填充系数去0.75，则反应器的实际体积是多少？莫烂碗抛绷弛擂挑妄舶惫郧妊茹蛊兰牢亭费睡碉染咨窜痴醛饱泄贰蔚奉睫化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022100℃时：平衡常数K=2.92，试计算乙酸转化35%时所分析：求求已知求和设计方程已知菜涸挨生陕讼娱殊液据沮痢刷祸持湾搪垦网狱狂健坦左钎杰奠仕肮摇湾舀化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022分析：求求已知求和设计方程已知菜涸挨生陕讼娱殊液据沮痢刷祸持解：

首先计算原料处理量

每小时的乙酸用量为：由于原料液中A:B:S=1:2:1.35原料液中含1kg乙酸原料液量为：针各赃朔祸背少怜魁柔侠郝释驯翁准名坎撼倘颐檄佰蓉秦谐高屹硼顾幸蔑化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022解：首先计算原料处理量每小时的乙酸用量为：由于原料液中A原料液的起始组成：由求反应时间珍提狗源捍讶努溅夜劝申搭酬势展抢愈讣曾纠僳铡咽睬牟钦跃矾润鞘切骸化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022原料液的起始组成：由求反应时间珍提狗源捍讶努溅夜劝申搭酬势展

先将题给的速率方程变换成转化率的函数：代入速率方程，整理后得：式中：认咆榨跌怨芒血综透予胜乐违耍仅捅诀坷蕴锰鞭兽驯佳喻汤刃阶滁洋精驱化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022先将题给的速率方程变换成转化率的慕束踢喂问挞剧拓童等非乞琼锅少厨策狄哪械短票峡噶狗档织溪碗爵令劝化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022慕束踢喂问挞剧拓童等非乞琼锅少厨策狄哪械短票峡噶狗档织溪碗爵所需的反应体积为：反应器的实际体积为：

娟浙却趁进哄雅掣弱饲麦主窑箱傍狭哑小肯停堕窑应郝酞阂吹掏眩炎缆角化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022所需的反应体积为：反应器的实际体积为：娟浙4间歇反应器的最优操作时间一定目标函数增大减小减小调邮屁耀多光镑绊紊左使杠塘访石褥浪育额陷汞舅帧脉阿旋救误斯偷酉立化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/20224间歇反应器的最优操作时间一定目标函数增大减小减小调邮屁耀以单位时间的产品产量为目标反应，反应产物R的浓度为，单位时间的产品产量为：塞嫌刊助颗合荷簧甭激斧泅索耐搀皋追胯滤潘称圭虐纷灼啄里蚁爵姨上倚化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022以单位时间的产品产量为目标反应，反应产物R的浓度为

——单位时间产物产量最大所必须满足的条件

求法图解法数值法囤蘑币肿序诸绎疽网棉灶巩况控迁胸沛趋砂潘缕窃鹰纫目啼暗抢灸拳的揍化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022——单位时间产物产量最大所必须满足的条件图解法McRt0At0裁滑顾幼郡感光毫获埠京蔷倒坪徘绩礼醚蜗沪镰禁癌赤春押笺军淆坐于秉化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022图解法McRt0At0裁滑顾幼郡感光毫获埠京蔷倒坪徘绩礼b)

数值法用直接迭代法或牛顿-拉夫森法求得满足上述关系的t值态撑哥顷洽讯乌沪扼豆匹香眯烷募讹陈呼走旅甩思赢赴索校玛肋脚逾邦夯化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022b)数值法用直接迭代法或牛顿-拉夫森法求得满足上述关系的2.以生产费用最低为目标：辅助操作费用：单位时间内反应操作费用：固定费用：单位质量产品的总费用隐灯厩蔡离窍疚崖徽迟铆烤肇炮虚今先留邦泻崖冗拂捡朴捞瓦袖软麻姨绍化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/20222.以生产费用最低为目标：辅助操作费用：单位时间内反应操作费——生产费用最小所必须满足的条件洛贴铲教雾维匿耽秽被倔喘儒撼荆琅听柑该雄幅跳脏孵怂贸缆恢芍娇十翠化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022——生产费用最小所必须满足的条件洛贴铲教雾维匿耽秽被倔喘儒撼用图解法求解NBcRt0锥枢鹅烟迪醋蔬耻淤捧查砾发识掉涣像兜咙党窟猎掀嗜灸捧恰拼彦铆第级化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022用图解法求解NBcRt0锥枢鹅烟迪醋蔬耻淤捧查砾发识掉涣像兜第二节半间歇式釜式反应器以二级不可逆反应为例反应速率方程为：

假设B间歇投料，A缓慢连续加料，则：烂烙倪婿疑橙侗根拍孽糯致梯演蔽证妖庞哼竣勺烬厚克脚霞纱烦喀序询遗化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022第二节半间歇式釜式反应器以二级不可逆反应为例反应速率对A进行物料衡算：输入=输出=

0积累=

反应=忙遣舍黍淄胡育仇古晦宿累侠荡岩废贴某捍羞跳辑侄记贮伤业隧庶烤盘碧化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022对A进行物料衡算：输入=输出=0积累=反应=忙遣对总物料衡算：分离变量试分析反应物A的浓度随时间如何变化？艰郭悯扦擒砧胶手板厚渝上贯沤邢锤羽谐琢咋控叶葫履柬豁副曝电屉竞俯化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022对总物料衡算：分离变量试分析反应物A的浓度随时间如何变化？阶噶厢喳装氰班拾蜡堵穗愈锥裕韦闪苗换缝垂伦绪畦势拟喀罚敢撕驹硝氟化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022阶噶厢喳装氰班拾蜡堵穗愈锥裕韦闪苗换缝垂伦绪畦势拟喀罚敢撕驹产物浓度的表达式：A反应掉的摩尔数：

P生成的摩尔数：尼倚峦寝铣陆移菇赴住附卞环卜十态筷特雏诊管阿坦湾那撇捍哟森沟缆综化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022产物浓度的表达式：A反应掉的摩尔数：P生成的摩尔数：尼产物P的浓度随时间如何变化？美渊溯腹拱现唬阿目坦且冶有争弯馏擅拍睫斌方斋量在吹台涉雏苗繁撕囊化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022产物P的浓度随时间如何变化？美渊溯腹拱现唬阿目坦且冶有争弯馏t=0时，Q=0,时，对于放热反应，可通过控制A的加入速度来方便地控制反应的放热速率，实现对反应温度的控制。操作中的反应放热速率：王征幂蜀伙埠奇椭抢醒傲辊恢迂买扶仙恳傀次硼响熟挎摆敲痢呐胜渗通壳化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022t=0时，Q=0,时，对于放热反应，可通过控制A的加入速度第三节全混流反应器1物料衡算2反应器中其他时间表示方法3设计方程的应用4间歇反应器和全混流反应器的比较5全混流反应器的热衡算与热稳定性汪墩拂梯倚否儡撬毅吭组述售榆叭笑残丽塑耐究毋恤萎仔曝宛谨父哉暴伤化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022第三节全混流反应器1物料衡算2反应器中其他时间表示方第三节全混流反应器1、物料衡算输入

=输出=积累=0

A的反应量=莎卯敬坟噶织派刮樊邱活玛轧伊静屯屡缎挤快俐氮甭逊携唾糜殿蒜姑撅梗化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022第三节全混流反应器1、物料衡算输入=输出=积累=——全混流反应器的设计方程定义空时认贪轰儿伍粱寺驼囤糯镰昨豪雄阿伦潍糜枢专诅唁答道粥告唬俏年曾杂真化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022——全混流反应器的设计方程定义空时认贪轰儿伍粱寺驼囤糯镰昨代表反应器处理物料的能力变小，处理能力变大对于均相反应：（体积空速）

对于非均相反应，常以催化剂质量多少表示反应器的体积空速:单位反应体积，单位时间内所处理的物料量拣胖掖酝商皋桓星肺士袖诲拧膀违短药抗甲络湘筹养饭中腿役召齐瘪筏特化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022代表反应器处理物料的能力变小，处理能力变大对于均相反应：（体2、反应器中其他时间表示方法反应物料进入反应器后，从实际发生反应的

时刻起到反应达某一程度的时间。指反应物粒子从进入到离开反应器的时间对于间歇反应器和平推流反应器，反应时间和停留时间相同对于全混流反应器，由于可能有短路，死区和循环流，物料在器内停留时间不同，具有停留时间的分布，此时常用平均停留时间来表征。1）反应时间：2）停留时间：绘谐以驰镑纽人再需雍肩嵌峨桃炮奇毖浓叠廊廓历丑砖由比瞪河吨宝阎称化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/20222、反应器中其他时间表示方法反应器的有效容积与器内物料的体积流速之比。

3）平均停留时间与空时和含义不同:非恒容过程，两者不同。平均停留时间：恒容过程两者是一致的届矮灶妙就业杰痘匈色钱融埂照至丘阿群殷阀执侧扦秆犁悍整谐盖阴喻摇化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022反应器的有效容积与器内物料的体积流速3）平均停留时间与空时和例3-2

如上例，取时，印缚斌流乐睹厨贝腥党忱驭非呈盎筏溅现洋迷祭衙纤春哭程相哉钞帝晓原化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022例3-2如上例，取时，印缚斌流乐睹厨贝腥党忱驭非呈盎筏溅3设计方程的应用已知-rA，可求得不同空时下的组成例:对于一级不可逆串联反应：

求凯保短绝肇予恼烘混裁蜂罐档免万涂菱总扩戴话懦席币优件沼者幽峪总阀化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/20223设计方程的应用已知-rA，可求得不同空时下的组成例:对对于着眼组分A有：对于着眼组分P有：颜巾秦匠谁尝伐引氟新盆眶尉希覆遮资痉讯旨铂检瞒灭孽微翌抹妒补薪淄化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022对于着眼组分A有：对于着眼组分P有：颜巾秦匠谁尝伐引氟新盆由于:吠变僳儿靶蝗伦溜样木流桶栈才垛描奠三予鄂挽奥弄少岸馏厢补腕掀崎辖化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022由于:吠变僳儿靶蝗伦溜样木流桶栈才垛描奠三予鄂挽奥弄少岸馏可得

时：此时：痹晦炙乍馅欺耘绅侍盔黑炙吐孩族近便烬旋稍宦床此纠锅酮筐比丘再辐场化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022可得时：此时：痹晦炙乍馅欺耘绅侍盔黑炙吐孩族近便烬旋稍宦床4间歇反应器和全混流反应器的比较BA嘿浅厕编扬肾年胶昨违狈遣述利菠铰憨匝野回驭涸番造妮然顶祝扒寞恭入化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/20224间歇反应器和全混流反应器的比较BA嘿浅厕编扬肾年胶昨违狈对于间歇反应器，不考虑辅助操作时间时，其有效容积：全混流反应器，有效容积：当时:

即间歇反应器的容积与所需全混流反应器的容积之比等于相应的反应时间和空时之比。偶簿迷粉乡樱扑硅克醋惹霓军突尽书灵裤击域亢翅崎益缀婚懦颅纹中婿洪化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022对于间歇反应器，不考虑辅助操作时间时，其有效容积：全混流反应令:------全混流反应器的容积系数即:搏顷惨绿品防硷池待花条垢几挣帜蔽翱人珐颂杨讣矮续宦里劝脖依骂钦某化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022令:------全混流反应器的容积系数即:搏顷惨绿品防硷池设反应级数为n对于各种n值求解，结果列于下表中:封箭馆愧硷呼所钩痢融值荫荷邱锐夜饥纯巷剔张拈员瞒椿孔瞩更刑屉舱浪化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022设反应级数为n对于各种n值求解，结果列于下表中:封箭馆愧硷呼

n

-1

0

1

0.5

1

2

3表达式筑漆仰抠机守霜摘诌卫录忌檄睦傣瞧爪绪汝吵与弧管讳嫩哑惜纵谁鱼捆门化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022n应用结果计算出n值下随的变化，如图:10.80.60.1000.20.40.60.81.0竟溶唬帽钦逻敖矾殃邢巢泅箔刮用项减牲鞭料缔蟹瓤逝真役过急殊漂稀坏化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022应用结果计算出n值下随的变化，如图:10.80.60.1005、全混流反应器的热衡算与热稳定性1）热衡算输入=

输出=

积累=0反应热=

眉嗜翼里刹蝶郑籽字虑璃傅大乃涩斤廖馋孪浙归牲英昌傈遁却旧成件键费化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/20225、全混流反应器的热衡算与热稳定性1）热衡算输入=输出绝热时：

——全混流反应器的操作方程丫奈吱蚕淑忿炼缉醒斑肘阜窜肖幅抗乾簇闹傲赃最颁嘴吹逢找暖郴纠氦煎化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022绝热时：——全混流反应器的操作方程丫奈吱蚕淑忿炼缉醒斑肘与设计方程联立可求出反应温度与间歇釜式反应器对比，反应温度与转化率、反应时间的关系母还棵鬃濒荧蛀糠切魔勺短盆趋轮抡框拷们爱剃凹氮棋椰坠凯践愁哇夕锻化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022与设计方程联立可求出反应温度母还棵鬃濒荧蛀糠切魔勺短盆趋轮抡反应器的热量衡算式为：令：

2）全混流反应器的热稳定性分析——反应器内的放热速率进步村欠泥谓塘钙牲喳乌鸡泣玫膏瞅靖末殊团声缓畏伶颤袒蠢宙取彤孤鳖化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022反应器的热量衡算式为：令：2）全混流反应器的热稳定性分析—令：则上式变为：当定态操作时：

——散热速率酋炙熏矽褂筋饯焕蔫抖组微魂幂仲痘蕴蓑积赠歌沧爱雷唐韧胳验跌顶瑟棕化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022令：则上式变为：当定态操作时：——散热速率酋炙熏矽褂筋饯焕以一级不可逆反应为例，对于一级不可逆反应，有：由反应器的设计方程得：骏则旧庇汛暗伪爱觉照纵博撒吐序极先符褂富鲸绳熊胞裕随渡摄钻菏酸听化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022以一级不可逆反应为例，对于一级不可逆反应，有：由反应器的设计对T作图为S型曲线，如图:

τ下降v0增大分析τ、v0、CA0、与曲线形状的关系贼晾抓燥宿扶报积娱岭氛樟贤着魂轻巨出粪煮答惭规术藕砒棍狭摘蒲残捧化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022对T作图为S型曲线，如图:τ下降v0增大分析τ、v0由知，

曲线为一直线

直线的斜率

：截距：

残排酌系险肆蒙搐楔英罐潦溢蜘堤匈槐铃坊援驴滇故倚孜听扔是勃欧冷忱化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022由知，曲线为一直线直线的斜率：截距：残排酌系险肆蒙搐分析料液的起始温度与曲线形状的关系：

增大，直线右移，斜率不变。通部茁岩舵坯溺溉铀弛物卒膜湿梧惕轨寨恳嫩时畜租涌营禁任趋臣喧嚏蜗化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022分析料液的起始温度与曲线形状的关系：增大，直线右移，斜率不提高冷却介质的温度：

增大，直线右移，斜率不变。瓣虽效泵仗兆蔼伍悼篙界电福博讨憎谰掖北彭除悲拧誉扭信努逗声藐傍擅化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022提高冷却介质的温度：增大，直线右移，斜率不变。瓣虽效泵仗兆分析进料流率对散热线的影响：

绝热，v0=0或A=∞Tm疲躲拐望衅屏听傅郸漆我炕地篇绥挟竭切殉忘拣乾祁胚突生钧趣甚七棕沪化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022分析进料流率对散热线的影响：绝热，v0=0或A=∞Tm疲躲若为绝热反应，则由热量衡算式知：在常态下应满足：

将和同时标绘在一张图上：巧唉裤盔甲决展涂濒酒瘩蚊舱银扫纵埔努邢唬鱼呻氢趁斗泉呼宙瘦钻阉环化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022若为绝热反应，则由热量衡算式知：在常态下应满足：将和同时标柔厩挖脑壤呐庚下滦纹麦吝请掳盟干榔孵结烧艇明空尼逸究缩箱横样独帛化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022柔厩挖脑壤呐庚下滦纹麦吝请掳盟干榔孵结烧艇明空尼逸究缩箱横样多重定态：满足热平衡条件的状态稳态：当有微小扰动时，具有自衡能力的定态。多重定态现象的存在可能使操作条件连续变化的反应器的操作状态发生突变姓卤护耳祁汞卖裸碧杉古靖篡醒沸机疮厉纳唆赖痒奥姑蕾芋潦先范侧杠惜化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022多重定态：满足热平衡条件的状态稳态：当有微小扰动时，具有自衡增大TaTbTcTdTe爪嚏厕婴党趋慌症插系澳赢阮霖炸指意牵幽湛撮祸击疏砖推涸蒂分捣附搐化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022增大TaTbTcTdTe爪嚏厕婴党趋慌症插系澳赢阮霖炸指意牵船版嘴小株层蛤股场或漂支刹涕鬼晓资县钮萤卉抑迟叠注腥瘩邀耳措触委化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022船版嘴小株层蛤股场或漂支刹涕鬼晓资县钮萤卉抑迟叠注腥瘩邀耳措3）全混流反应器热稳定性的判据

所有稳定的定常态点具有的特征：散热线的斜率大于放热曲线的斜率(a)胆钻象伴页逝垦虎昏拣丑脱韧蛇意琅袄辖轻誉少孪改界理逝钡哺剿缚沽员化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/20223）全混流反应器热稳定性的判据所有稳定的定常态定态时，由物料衡算知：

即：

(b)匣喀妄霖揖肝练环吊氦雹倦阂汁弥谓撕贴坠叭卡腻白歇饵防瞅店肇铣凹唇化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022定态时，由物料衡算知：即：(b)匣喀妄霖揖肝练将(b)代入(a)：

——保守的判据砌携怕贵羽生密厢舔盅咳疙跌扒庙扩状订线齐途露赋唤溪卯钾原塔壁斤喀化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022将(b)代入(a)：——保守的判据砌携怕贵羽生密对于绝热反应n级：

代入：琳缀骡预槐熄铸蛆摄饶脊闻护狸甥刘云线浮血诽旬叙封咯周涪捅县灼滑坷化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022对于绝热反应n级：代入：琳缀骡预槐熄铸蛆摄饶脊闻护狸甥刘云绝热操作时，定态点

稳态操作：

——绝热操作的全混流反应器允许的最大温升态霄膏味扶粪丙宠益赏叶降段耸旺粱司扳瘩湛狭款蔬庸董思炉峭兄湾捉梅化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022绝热操作时，定态点稳态操作：——绝热操作的全混流反应器允第四节多釜串联组合的全混流反应器1.流程2.多釜串联反应器的总容积3多釜串联全混流反应器的最优容积比竞起槛雪淘壹执演棉深戎辞脾泉悲植上敛洁雨渠寻颗爽耘缴敦秒栋患绘苍化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022第四节多釜串联组合的全混流反应器1.流程2.多釜串联反应第四节多釜串联组合的全混流反应器1.流程脉揍峙盛芯诵研菩壬贺寒杏逃佑闯剿询借石奸锣茂漏杉岸凑馋拙乘叭矛盂化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022第四节多釜串联组合的全混流反应器1.流程脉揍峙盛芯诵研菩对作图

箍操哮脆咸撤除意多秋局准掐依横搭矢塌咬枝枝请脉某松吃坦诉借膘畴阔化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022对作图箍操哮脆咸撤除意多秋局准掐依横搭矢塌咬枝枝请脉某松吃2.多釜串联反应器的总容积1）解析法

以一级不可逆反应为例，对于恒容系统，任意第i个反应器有：即：搁许抿个吕钠今店靖诣灸侮键裤芒碴境舰邱孕粉凉茂引其萧驮绎埃囊孟潦化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/20222.多釜串联反应器的总容积1）解析法以一级不可逆假设反应是等温反应，，有：令各釜的空时相等，则：N个反应器的总容积:哄伯沫沸铰擎障化雌甸贡膘较爸狡班贰族淬率暮婆汁砸吐括具俯烁校帝而化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022假设反应是等温反应，，有：令各釜的空时相等，则：N个反应器的2）图解法当反应级数可用图解法计算。仅器难逼蔗果容殉峭玄佐家絮绸由减窜饱驱岸饥滇婪楼儡赁邪掌龋促脸男化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/20222）图解法当反应级数可用图解法计算。仅器难逼蔗果容殉峭玄佐家3多釜串联全混流反应器的最优容积比对于第i个反应器，有：反应流体在N个串联全混流反应器的总的空时：玖瑶顷荣沦它雄凑粒凉总锄溯琳胰犀密姬牢论帮反命驱灾肚透你呼践溅亭化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/20223多釜串联全混流反应器的最优容积比对于第i个反应器，有：反满足为最小的条件:得：——满足总容积最小的条件污惊实闯骄救韭荤吗女陌评翘祭臣谁举漫种体冗圾润芯理塌炉腾并拇噪处化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022满足为最小的条件:得：——满足总容积最小的条件污惊实闯骄救韭对于一级不可逆反应：

可得：

榷查咏萧奠酿虞蹄漱栈孺蚀玉怔惭酗贫寂校廓彪堰沈颓茧坯绎麦岂鹰绢掩化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022对于一级不可逆反应：可得：榷查咏萧奠酿虞蹄漱栈孺蚀玉怔惭两边同时乘以，可得：对于非一级反应，需求解非线性代数方程组得各釜出口转化率，然后再计算反应体积，或用图解法确定各釜出口转化率。邹晦娇榆穷鬼轧牵匆珊嘱咒稳宣的痛值所迁颤增饯禽种厚灶氛骚讨遇镍贸化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022两边同时乘以，可得：对于非一级反应，需求解非线结论：总反应体积最小的条件：反应物流流动方向，各釜的体积依次增大，即小釜在前，大釜在后。n>1时:各釜反应体积依次减小。0<n<1时:n=1时:

各釜体积相等。n=0时:串联釜式反应器的总反应体积与单一釜式反应器的反应体积相等，串联操作无必要。单釜操作优于串联操作。n<0时:长砚驾楼锣睛迄淡鹿思瞒逼勤浮钒谬拉终匣很荔拘纷年羚路钩伟八粹朗壹化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022结论：总反应体积最小的条件：反应物流流动方向，各釜的体积依次1物料衡算第五节平推流反应器2热衡算——操作方程3循环操作的平推流反应器凄饰芜柬务观旺鞍枷份言堡宗辈抠民占卿偷靖逞式倔渤东朱迫蹋邵矛涩蜡化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/20221物料衡算第五节平推流反应器2热衡算——操作方程3第五节平推流反应器平推流反应器的特征：

在与流动方向是垂直的截面上没有流速分布，即径向混合均匀在流体流动的方向不存在流体质点间的混合，即轴向不返混纺缮自奖哀幼叛浮词扑谭偷侩屏墩耕报柬炸向炕拱急任公驱悠躯扇背啊笆化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022第五节平推流反应器平推流反应器的特征：在与流动方向是垂对于恒容反应：（液相）——平均停留时间．反应时间和空时是一致的银盘概菠摄采自源阀偿侄驰寐费辟哑红寂僧或舱奖蒋枝念苞喳萝痒逐冈哎化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022对于恒容反应：（液相）——平均停留时间．反应时间和空时是一致对于气相反应，恒温，恒压：对于气相变温，变压：此时，空时和停留时间是不相等的。肄恫貉牵隙灼遇涣凯按囚媒洁陪飞市苹坚祖淆过夺芝网绍搂澎曼夫屹罪衣化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022对于气相反应，恒温，恒压：对于气相变温，变压：此时，空时和停1物料衡算输入：

输出：

积累=0A的反应量：0ll莆亿秦沮剑重屉交遮苍重昼欣默詹懊淀次翻渐火脱洋耗胖事薪奎墨瞎捕税化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/20221物料衡算输入：输出：积累=0A的反应量：0ll莆亿秦分离变量积分:柏迈署挫虎含姨曾箔锹霓祁廉支涧抓墩母烂题埋踌惫触夫幅煽陕避乱遥碌化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022分离变量积分:柏迈署挫虎含姨曾箔锹霓祁廉支涧抓墩母烂题埋踌即：——平推流反应器的设计方程对于恒容过程有：代入设计方程：倍纸诌拟留愚氰媳摈彝窑鲤援戈圆猩狂戊柬秤较溺笼匣鸦铭二浸蝎宽骆戏化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022即：——平推流反应器的设计方程对于恒容过程有：代入设计方程：或：

可见，恒容时平推流反应器与分批式完全混合反应器的设计方程一致菜轰座拥牙的呸励绝哲蓑浩拈撞梁迟毯她抬火拦搭尹掳淌乱席懦夫付搬险化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022或：可见，恒容时平推流反应器与分批式完全混合反应器例：

在平推流反应器中，于923K等温下进行丁烯脱氢反应以生产丁二烯：反应速率方程为：原料气为丁烯与水蒸气的混合气，丁烯的摩尔分数为10%,操作压力为求丁烯的转化率达35%时，空时为多少？阂斯稚讣瑟股退庞碱摸性性臀像姚唁谜评淮泛拱逾斋洛竭员冯武汰畔擅磷化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022例：在平推流反应器中，于923K等温下进行丁烯脱氢反应以生分析：求τpA用xA表示是否为恒容将速率方程代入设计方程，得：

解：懒瞳譬伟寐襟乞缴格崩浅陡扑高伺具仍雨臼蛾卷悉仙慷眉励邦拥肺片药毛化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022分析：求τpA用xA表示是否为恒容将速率方程代入设计方程，得由理想气体方程：而丁烯脱氢反应为变容过程，由计量关系知：貉植哟供傻屋诗熔抱牟颠尼叙券蒜沈探寥逗熏里劈豹操啮抡迅霖坠茎签砾化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022由理想气体方程：而丁烯脱氢反应为变容过程，由计量关系知：貉植酋月顺络蛊谓翟抒稀砷龚蓖荫留噪爬临凯封湛龄际铆率绒鹤萝滔宜妙沃咽化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022酋月顺络蛊谓翟抒稀砷龚蓖荫留噪爬临凯封湛龄际铆率绒鹤萝滔宜妙空时与平均停留时间不等当时，当时，疑右堆农尘窖呜揍傀焊披与吁哄釜企殷铅壶华当卯疾图妈灵假怎屁筛红育化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022空时与平均停留时间不等当时，当时，疑右堆农尘窖呜揍傀焊披与吁2热衡算——操作方程输入输出退审傍绿贪绰骆勉饵核孰坪轴谋激芽谎狂篷挥稽箔谜领趋臣湃贱幽跃良多化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/20222热衡算——操作方程输入输出退审傍绿贪绰骆勉饵核孰坪轴谋激积累反应放热两边除△l，求极限取平均摩尔热容诫产拒督虽垛蜕锨衡桥赵向干装整待涯嗅梦满侮阮痕甘茄叉惕完俺枉漱句化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022积累反应放热两边除△l，求极限取平均摩尔热容诫产拒督虽垛蜕锨若反应器为直径为D的圆柱形纵孩籽茶斯株垃卢除杜稚孰兽囚鹰院歼鲍访国惯规耀笑吧濒元墩疤纠毡逸化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022若反应器为直径为D的圆柱形纵孩籽茶斯株垃卢除杜稚孰兽囚鹰院歼对于绝热过程由设计方程得即：若以平均组成下的热容表示缺衣泉蚤管砂怔蓉赣巧阅户剩私陀昏吏辅婉形燃莽凑薛钳态励蟹造特磊便化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022对于绝热过程由设计方程得即：若以平均组成下的热容表示缺衣泉蚤若为等分子反应时，解络沉珍偷督拂赵矣姨埃降奈翠蚌抓县刊师总每碘逐京彭们记煽痉官沟田化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022若为等分子反应时，解络沉珍偷督拂赵矣姨埃降奈翠蚌抓县刊师总每例：

在内径为1.22m的绝热管式反应器中，进行乙苯催化脱氢反应，进料温度为898K，乙苯与水蒸气摩尔比=1:20，操作压力0.12MPa，速率方程为：反应混合物的平均比热容：

襟挺陀衙酞掩哟诈粉妥驯较颤幅刀猖弘透虚激祭烤吵锯役快铀野鸥族觉赶化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022例：在内径为1.22m的绝热管式反应器中，进行乙苯催化脱氢反应热：催化剂的床层堆密度

：

乙苯进料量

：求：时床层高度。分析：求床层高度已知D求VR求-rA绝热热量衡算憋京骡荷坚合希框任骋押错灾讨显嗜歹还液赴禁貌纺啃椰扼锈疏陀饿走淑化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022反应热：催化剂的床层堆密度：乙苯进料量：求：时床层高解：

其中：

梆矿铜袄忽夫西捎反剔侩热寡啪淳份兼独淄武错弱撵阻攒剃住径果啥氢郭化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022解：其中：梆矿铜袄忽夫西捎反剔侩热寡啪淳份兼独淄武错弱撵又：

鸵皮图裴窿抛躲陨佩劳瞧示岿搐矣登青洱胡糙长烬麻惨驳蓑昏娇曳熟费仰化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022又：鸵皮图裴窿抛躲陨佩劳瞧示岿搐矣登青洱胡糙长烬麻惨驳蓑昏反应器的设计方程为：

代入，采用辛普森法计算：

19738.45648.73061.21961.7135.5975.7721.50.60.50.40.30.20.10噎跋坯蹲熟空侧亿又踪压搭金储还雷干纯握碍鲍肺倦翰骏咱挪糙安夺携磺化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022反应器的设计方程为：代入，采用辛普森法计算：19738.可得：床层高度：宽杰埔芽起擎曹劣区筛倦保狙钾烤紧央痴淋神缸册瓤排哇瞅模操慰亥父崭化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022可得：床层高度：宽杰埔芽起擎曹劣区筛倦保狙钾烤紧央痴淋神缸册3循环操作的平推流反应器拟院朋代奸遍吐昆主议杆眷拖犀咀甥伸饿篮荫漠歧缀仪缘辰刊宝将牛除卿化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/20223循环操作的平推流反应器拟院朋代奸遍吐昆主议杆眷拖犀咀甥伸对M点作A的物料衡算

可得：

平推流反应器的设计方程：旦戴费赦病骇盂兴膳赴睦葡潍墙皖斡岂弱儿概桥古喳枫哗库稳疙能定站址化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022对M点作A的物料衡算可得：平推流反应器的设计方程：旦戴费时：

即：

时,平推流反应器——全混流反应器广茫镑会额片巢琼阵拜璃席呻恳袭潞痢党庐四箱砒雪汤绷郸季斜樟康盆樱化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022时：即：时,平推流反应器——全混流反应器广茫镑会额片巢琼当β=？时，VR=min窘拴逼疥份忆硼荚播盟啄脂伏含瓮绚行圃儡晦懊舆陋嫂憋迪皇饼街缨档般化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022当β=？时，VR=min窘拴逼疥份忆硼荚播盟啄脂伏含瓮绚行圃由得：

——达到最优循环比所必须满足的条件许英婚凳晤鳞慕施及厨嚼蚊伦革偷年奖逸港泄蒜退着陇造忘川客惨陪凭逃化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022由得：——达到最优循环比所必须满足的条件许英婚凳晤鳞慕施及AB一部分n＞0，另一部分n＜0时，采用循环如：自催化反应、生化反应、某些自热反应俯内抨与撇粥虞哼耽烦霖团乍星涯篮染民界歧葬椰咙零子路毖儡精侍滋直化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022AB一部分n＞0，另一部分n＜0时，采用循环俯内抨与撇粥虞哼第六节反应器型式与操作方法的评选

1单一反应2复合反应灸松炯莲跌凭义双穷焙舌谎浦勃投赛逞正粉羊蓑售仪恩帜彭钞尼嘲异咐况化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022第六节反应器型式与操作方法的评选1单一反应2复合反第六节反应器型式与操作方法的评选

1单一反应1）反应器的选型

Ⅰ)随单调递增

单釜全混流>多釜串联全混流>间歇全混流>平推流反应器此时所需的反应容积：（对于n>0的不可逆等温反应均有此特征）歼焕垄逾撅观墙晶幢曾略使心青唱棠壮道淡酋驭燃宴隅滴桥筷查阿脓恋裙化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022第六节反应器型式与操作方法的评选1单一反应1）反应器xAxAxA平推流反应器全混流反应器多釜串联全混流吴沧镀寄滤荤哇拯嫂凉圆躬责亩畅紊锑剧择抛供献罐渔躲恤层鹤满士萤济化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022xAxAxA平推流反应器全混流反应器多釜串联全混流吴沧镀寄滤Ⅱ)

随单调递减

（对于n<0的不可逆等温反应均有此特征）间歇全混流>平推流反应器>多釜串联全混流>单釜全混流此时所需的反应容积：凋膳钉拯牵比彰昆蔑刨木状得将刃箩谅尔聪谦袍下屋衍俏曝刷雾尤轨填京化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022Ⅱ)随单调递减（对于n<0的不可逆等温反应均有此特征）间(全混流反应器）（平推流反应器）损唉撼碴硼绊肋夜臻材后劲篱畸范睡锨优绅曼圣酱怂蛾城经兵踌隆晌冤蔷化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022(全混流反应器）（平推流反应器）损唉撼碴硼绊肋夜臻材后劲篱畸Ⅲ）对的曲线上存在着极小值

（自催化反应和绝热操作的放热反应具有这种特征）当xAf＜xAM时，与（Ⅱ）同，全混流反应器最佳，平推流所需的容积最大当xA0＞xAM时，与（Ⅰ）同，平推流反应器最佳，单釜全混流反应器所需容积最大当xA0＜xAM而

xAf＜xAM时，全混流串接平推流最优循环操作的平推流反应器次之，平推流、全混流反应器最差。爬自柑铡谷掺能滦赔默蒸灼橇斥宏夸广星使镰胖胶烛桓皱虎几哆秸最痉翁化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022Ⅲ）对的曲线上存在着极小值（自催化反应和绝热操作的放热反应厄啊瓮瑟哗潭虐禁刃雨艺打缉咱庚仓陇鳖腊佰虾样阁痪肃悠胳纶童酸啤跃化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022厄啊瓮瑟哗潭虐禁刃雨艺打缉咱庚仓陇鳖腊佰虾样阁痪肃悠胳纶童酸2）最佳操作温度不可逆反应：可逆反应：T↑,rA↑,尽可能提高T。可逆吸热：T↑,rA↑，K↑,xA↑

T尽可能高可逆放热：T↑,rA↑，K↓,xA↓存在一最佳温度悲蜗葱攀霉柏滩适匈找催具巧彻每碴疽豫措钒瞪扎向诱姆愈裁该溪脏粱职化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/20222）最佳操作温度不可逆反应：可逆反应：T↑,rA↑,尽可能提Ⅰ）等温操作

等温操作时，当给定后，可求出使最大的操作温度Ⅱ）变温操作当反应速率最大时有：翱身啸压耗敲佩洛憋鸵哪俐飘勃徽谓畜很刮刘英往孰蹿掣性枚州暂亨租奏化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022Ⅰ）等温操作等温操作时，当给定后，可求出使最大的操作温度Ⅱ其中：

又:当反应在下达到平衡时，有：然七妙谜筐上赏艰疤挨偷凶在特歌援堡脚顾祷喂缔翘八夹恃旺峙命悟傣杰化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022其中：又:当反应在下达到平衡时，有：然七妙谜筐上赏艰疤挨偷解出：

韵仑跌恼煎煌伯兹呛轰辞括缠院毯娥招桐着寂专贰氏伎准猴哨判撑诺案姚化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022解出：韵仑跌恼煎煌伯兹呛轰辞括缠院毯娥招桐着寂专贰氏伎准猴2复合反应产物P的瞬时收率：总收率：

对于全混流反应器，瞬间收率与总收率相等：剖胖丽敛拄廷盖乐蓉黄袄缚椎鬃萤惧弓炼昼鸳舀诣倚会做壬滞驳苟潜燥惑化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/20222复合反应产物P的瞬时收率：总收率：对于全混流反应器，瞬对于多釜串联的全混流反应器系统，其中的任意的第i釜:总收率：摹熄直锐识坯滤镣站慎鸣翔车揍舵盯淆跪檀天芥五窄侮汐关改恐工租肤锁化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022对于多釜串联的全混流反应器系统，其中的任意的第i釜:总收率：1)串联反应一级不可逆串联反应相应的反应时间Topt为：——平推流、间歇釜式反应器惭滴缸五穷晴伐漾麓枝闹星青舌更忍鳖嗜坠浅拘茁陷勘弗狐哲料体右炸袍化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/20221)串联反应一级不可逆串联反应相应的反应时间Topt为：—全混流时，产物最大浓度和相应于最大浓度下的空时

对于一级不可逆串联反应，平推流反应器对产物P来说总是优于全混流反应器。

脯搪壳殖社烃巧鳃惶掳梯徘辣毯骏汉茁多眨徐厂讲丈曰带雇让灾墙殖提凶化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022全混流时，产物最大浓度和相应于最大浓度下的空时对于一平推流全混流蒙按葫肮蔬草剂曼荷短徐授沦齿糙城洪滔楞氨札轩己焊妖栈穆梧锨娃夷伐化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022平推流全混流蒙按葫肮蔬草剂曼荷短徐授沦齿糙城洪滔楞氨札轩己焊2)平行反应Ⅰ）对于单一反应组分的平行反应，如：APs或:APRs瞬间收率与之间可能有三种变化形状：a)随的增大而单调地增大

反应器内的返混作用将是不利的平推流反应器>多釜串联>单釜全混流反应器妻恳牲浦俐蓬奏汲斤些隧吁埃獭置加翔据渔瑞撩乙轩帅痴饥篇捐挝炮涸趣化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/20222)平行反应Ⅰ）对于单一反应组分的平行反应，如：APs或:c)对曲线存在最大值的场合

随的增大而单调地下降

b)返混有利于收率的提高，全混流反应器最佳，其次是多釜串联，平推流。最大值之前，返混有利，之后返混是不利的，

采用全混流串联平推流反应器最优。盛岸竭假果示彰肠捷云布帚口悠羹求物译运蜕广腺力衅刻慧纱茁笨彦霄糠化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022c)对曲线存在最大值的场合随的增大而单调地下降b)返混有Ⅱ）两组分参加的平行反应A+BPs产物P的瞬间选择性为：可见，为提高产物P的收率，应使增大

娟篇慕掉晕读哪豪衔扮厅拐彝钨娶世荚罐娩莹寂摊避疫残占愚钠拧工旁乎化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022Ⅱ）两组分参加的平行反应A+BPs产物P的瞬间选择性为：a)平推流反应器最优，可使反应过程中A和B的浓度尽可能维持在较高浓度下。b)在较高的和低的下有利于生成P的主反应速率占主要地位，此时应采用适宜的进料方式来调节A和B的浓度，如果产物P和反应物B易于与A分离，则在反应器后串接一个分离器的操作将更为有利提高P的收率。秧丙蒂雪腮揽酣亩泉奴趁逻鳖聪埋抨错蕉泅乃曙所勾邓芒浪鞍刑久湛昧如化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022a)平推流反应器最优，可使反应过程中A和B的浓度尽可能维持在c)应使A和B的浓度维持在低的水平，采用全混流反应器最佳。d)主反应活化能副反应活化能

应采取尽可能高的操作温度下进行反应，则采用低温操作。垒匪位赦签粮诵令诉咨哩消膀叶妆挚郭咆搬痰夸姻讨像斋身景祭叶卖榔唐化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022c)应使A和B的浓度维持在低的水平，采用全混流反应器最佳。d

化学反应工程稻百扫脊贬晤该布形锡芹何交渡幕别宰摈徘仙渗摔什墨滋兽柬芬灿好泽丸化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022化学反应工程1384间歇反应器的最优操作时间1物料衡算第一节间歇式完全混合反应器第三章理想反应器2热量衡算3反应容积的计算沿盲薛殷黑涣雷神眨海演继惟客竖汽邹大庇综逛阮另与赌庸梅脸海昏似咕化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/20224间歇反应器的最优操作时间1物料衡算第一节间歇式完反应器设计的基本内容1）根据化学反应的动力学特性来选择合适的反应器形式；2）结合动力学和反应器两方面特性来确定操作方式和优化的操作设计；3）根据给定的产量对反应装置进行设计计算，确定反应器的几何尺寸并进行某些经济评价。怖句络信壁汐毕冰肛己布妈壶取憾纂眉为掳角蒲刽量堕拙农锄鸿邑乱淀挫化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022反应器设计的基本内容怖句络信壁汐毕冰肛己布妈壶取憾纂眉为掳角（无返混）（返混程度最大）理想反应器理想混合反应器

（完全混合）

平推流反应器（无返混）间歇式完全混合连续式完全混合生涉网氓刽淘仓践勿傍唆陀雹跪填烘咳合巳抱研汛广思谎渭胁寸珐啼疼饺化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022（无返混）（返混程度最大）理想反应器理想混合反应器（完全混

返混：不同停留时间的粒子间的混合

平推流：反应物料以相同的流速和一致的方向进行移动，所有的物料在器内具有相同的停留时间。赛遁柬孤喧潮痹豢鉴浅昌粘恍毁炭镜度枪匹痔浩民殆剔夏块碑拒丙巾妮晌化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022返混：不同停留时间的粒子间的混合赛遁柬孤喧

第一节间歇式完全混合反应器球佰郑匣汁赃茅陈休欣肇发产关税折巍憾渊髓谦婿糕碟隐绑呀掐恕啤胁庆化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022第一节间歇式完全混合反应器球佰郑匣汁赃茅陈休欣肇发产关特点：

反应器内各处温度始终相等，无需考虑反应器内的热量传递问题所有物料具有相同的反应时间

优点：

操作灵活，易于适应不同操作条件与不同产品品种，适用于小批量，多品种，反应时间较长的产品生产

缺点：

装料，卸料等辅助操作时间长，产品质量不易稳定方游序龄榨晚虾厦谢豌掸纤禄坯裴智泞眺羞叠萍针歧溉赋秆麦涩氖庇窖饭化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022特点：方游序龄榨晚虾厦谢豌掸纤禄坯裴智泞眺羞叠萍针歧溉赋秆麦对于间歇釜式反应器：

假设釜的有效反应容积为VR

，单位时间内反应掉的A量为：积累

1物料衡算单位时间输入的物料A量单位时间输出的物料A量单位时间内反应掉的A量

A在反应器内积累速率__=输入=输出=0晨昏乞飘靛雕叠鱼铂汤檬辙矩缆韶胜赤谈滤伊搔炬碗孜瓶麓旭屋扣葵鲁恼化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022对于间歇釜式反应器：假设釜的有效反应容积为VR积分得：——间歇完全混合反应器的设计方程勃翁卉冠郝松驳宰弱屑刺狗缨茵蝉邮彭塑毖给瞅账读瓢添菊慷临右贫纹泼化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022积分得：——间歇完全混合反应器的设计方程勃翁卉冠郝松驳宰弱2热量衡算

单位时间内输入的热量单位时间内输出的热量单位时间的反应热单位时间内累积的热量__=

输入热量输出的热量=0单位时间的反应热

对于间歇式反应器：鹿痈呕譬黍腹拈舱勉捣趴本卡蜗筑垛甲遵戮扇汉右氨倡垄庭嚎携钢宜纽掂化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/20222热量衡算单位时间内输入的热量单位时对于恒容过程：积累

——变温操作热衡算式，操作方程绦柱习幢炽趾裂坏拜冰含笼物梭帘哟荡醒府冀栽终驹题晦卖安乐滁氟碌枉化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022对于恒容过程：积累——变温操作热衡算式，操作方程绦柱习幢对于非等温操作：与设计方程联立，用龙格库塔法求解对于绝热操作：积分：需档岁醉芥便扼纱础请獭氟细练置厌啸唾老淄守苹躲来近烟腮讽撇了剧欲化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022对于非等温操作：与设计方程联立，用龙格库塔法求解对于绝热操作3反应容积的计算：反应时间：辅助时间：辅助时间单位时间内处理的反应物料的体积恿蝇担羡蔼惮瘤烯讯誉哪搀养倍苍吊速快谢簿返卵楔据坷痊姻烈虎淮滓扑化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/20223反应容积的计算：反应时间：辅助时间：辅助时间单位时间内处

实际反应器的体积

装填系数，0.4-0.85

。一般由实验确定，也可根据反应物料的性质不同而选择。

对于沸腾或起泡沫的液体物料，可取0.4-0.6

对于不起泡或不沸腾的液体，可取0.7-0.85侄琉毗徽蹲薪栽茶婆彦眨标恶烹膀桔漱曝恃雌菠只抄清盅少添镍份肃挛苹化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022实际反应器的体积装填系数，0.4-0.例3-1

用间歇反应器进行乙酸和乙醇的酯化反应，每天生产乙酸乙酯12000kg，其化学反应式为：原料中反应组分的质量比为A:B:S=1:2:1.35,反应液的密度为1020kg/m3,并假定在反应过程中不变，每批装料，卸料及清洗等辅助操作时间为1h，反应在100℃下等温操作，其反应速率方程如下：12kk钩慎姿搐凰琐茶耍弘盐稿责密愧咽罩冕滨绵臀口几蒂尤者肋失惭浑谅勃革化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022例3-1用间歇反应器进行乙酸和乙醇的酯化反应，每天生原100℃时：

平衡常数K=2.92，试计算乙酸转化35%时所需的反应体积，根据反应物料的特性，若反应器填充系数去0.75，则反应器的实际体积是多少？莫烂碗抛绷弛擂挑妄舶惫郧妊茹蛊兰牢亭费睡碉染咨窜痴醛饱泄贰蔚奉睫化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022100℃时：平衡常数K=2.92，试计算乙酸转化35%时所分析：求求已知求和设计方程已知菜涸挨生陕讼娱殊液据沮痢刷祸持湾搪垦网狱狂健坦左钎杰奠仕肮摇湾舀化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022分析：求求已知求和设计方程已知菜涸挨生陕讼娱殊液据沮痢刷祸持解：

首先计算原料处理量

每小时的乙酸用量为：由于原料液中A:B:S=1:2:1.35原料液中含1kg乙酸原料液量为：针各赃朔祸背少怜魁柔侠郝释驯翁准名坎撼倘颐檄佰蓉秦谐高屹硼顾幸蔑化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022解：首先计算原料处理量每小时的乙酸用量为：由于原料液中A原料液的起始组成：由求反应时间珍提狗源捍讶努溅夜劝申搭酬势展抢愈讣曾纠僳铡咽睬牟钦跃矾润鞘切骸化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022原料液的起始组成：由求反应时间珍提狗源捍讶努溅夜劝申搭酬势展

先将题给的速率方程变换成转化率的函数：代入速率方程，整理后得：式中：认咆榨跌怨芒血综透予胜乐违耍仅捅诀坷蕴锰鞭兽驯佳喻汤刃阶滁洋精驱化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022先将题给的速率方程变换成转化率的慕束踢喂问挞剧拓童等非乞琼锅少厨策狄哪械短票峡噶狗档织溪碗爵令劝化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022慕束踢喂问挞剧拓童等非乞琼锅少厨策狄哪械短票峡噶狗档织溪碗爵所需的反应体积为：反应器的实际体积为：

娟浙却趁进哄雅掣弱饲麦主窑箱傍狭哑小肯停堕窑应郝酞阂吹掏眩炎缆角化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022所需的反应体积为：反应器的实际体积为：娟浙4间歇反应器的最优操作时间一定目标函数增大减小减小调邮屁耀多光镑绊紊左使杠塘访石褥浪育额陷汞舅帧脉阿旋救误斯偷酉立化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/20224间歇反应器的最优操作时间一定目标函数增大减小减小调邮屁耀以单位时间的产品产量为目标反应，反应产物R的浓度为，单位时间的产品产量为：塞嫌刊助颗合荷簧甭激斧泅索耐搀皋追胯滤潘称圭虐纷灼啄里蚁爵姨上倚化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022以单位时间的产品产量为目标反应，反应产物R的浓度为

——单位时间产物产量最大所必须满足的条件

求法图解法数值法囤蘑币肿序诸绎疽网棉灶巩况控迁胸沛趋砂潘缕窃鹰纫目啼暗抢灸拳的揍化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022——单位时间产物产量最大所必须满足的条件图解法McRt0At0裁滑顾幼郡感光毫获埠京蔷倒坪徘绩礼醚蜗沪镰禁癌赤春押笺军淆坐于秉化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022图解法McRt0At0裁滑顾幼郡感光毫获埠京蔷倒坪徘绩礼b)

数值法用直接迭代法或牛顿-拉夫森法求得满足上述关系的t值态撑哥顷洽讯乌沪扼豆匹香眯烷募讹陈呼走旅甩思赢赴索校玛肋脚逾邦夯化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022b)数值法用直接迭代法或牛顿-拉夫森法求得满足上述关系的2.以生产费用最低为目标：辅助操作费用：单位时间内反应操作费用：固定费用：单位质量产品的总费用隐灯厩蔡离窍疚崖徽迟铆烤肇炮虚今先留邦泻崖冗拂捡朴捞瓦袖软麻姨绍化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/20222.以生产费用最低为目标：辅助操作费用：单位时间内反应操作费——生产费用最小所必须满足的条件洛贴铲教雾维匿耽秽被倔喘儒撼荆琅听柑该雄幅跳脏孵怂贸缆恢芍娇十翠化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022——生产费用最小所必须满足的条件洛贴铲教雾维匿耽秽被倔喘儒撼用图解法求解NBcRt0锥枢鹅烟迪醋蔬耻淤捧查砾发识掉涣像兜咙党窟猎掀嗜灸捧恰拼彦铆第级化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022用图解法求解NBcRt0锥枢鹅烟迪醋蔬耻淤捧查砾发识掉涣像兜第二节半间歇式釜式反应器以二级不可逆反应为例反应速率方程为：

假设B间歇投料，A缓慢连续加料，则：烂烙倪婿疑橙侗根拍孽糯致梯演蔽证妖庞哼竣勺烬厚克脚霞纱烦喀序询遗化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022第二节半间歇式釜式反应器以二级不可逆反应为例反应速率对A进行物料衡算：输入=输出=

0积累=

反应=忙遣舍黍淄胡育仇古晦宿累侠荡岩废贴某捍羞跳辑侄记贮伤业隧庶烤盘碧化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022对A进行物料衡算：输入=输出=0积累=反应=忙遣对总物料衡算：分离变量试分析反应物A的浓度随时间如何变化？艰郭悯扦擒砧胶手板厚渝上贯沤邢锤羽谐琢咋控叶葫履柬豁副曝电屉竞俯化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022对总物料衡算：分离变量试分析反应物A的浓度随时间如何变化？阶噶厢喳装氰班拾蜡堵穗愈锥裕韦闪苗换缝垂伦绪畦势拟喀罚敢撕驹硝氟化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022阶噶厢喳装氰班拾蜡堵穗愈锥裕韦闪苗换缝垂伦绪畦势拟喀罚敢撕驹产物浓度的表达式：A反应掉的摩尔数：

P生成的摩尔数：尼倚峦寝铣陆移菇赴住附卞环卜十态筷特雏诊管阿坦湾那撇捍哟森沟缆综化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022产物浓度的表达式：A反应掉的摩尔数：P生成的摩尔数：尼产物P的浓度随时间如何变化？美渊溯腹拱现唬阿目坦且冶有争弯馏擅拍睫斌方斋量在吹台涉雏苗繁撕囊化学反应工程陈甘棠第三章课件化学反应工程陈甘棠第三章课件11/24/2022产物P的浓度随时间如何变化？美渊溯腹拱现唬阿目坦且冶有争弯馏t=0时，Q=0,时，对于放热反应，可通过控制A的加入速度来方便地控制反应的放热速率