化学反应工程第三章课件

化学反应工程浆等钱着撤导时容敷饶理廊栗恍瀑执映萎深瞧任桌瘁茫陷峻要貉蹄搬彝盐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12/21/2022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反应容积的计算宿豢之旅赡旱恒论畦旁洒姐洪禽娜回戮洲甭烁绪制剩搀扶苫凝乡甲吵祈叶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12/21/20224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。翅矽挽浅布外助倍蹄纶稀参诺剿幌恕叉积含的际付酣下硼抿靖俩群恳卢宰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12/21/2022反应器设计的基本内容翅矽挽浅布外助倍蹄纶稀参诺剿幌恕叉积含的（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儒纱失仲譬焕橡固俐陨邦薯怀尽腾猿能纫磷掏郁还肢艰兵刺肝脐稠运所愈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12/21/2022（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。订邪搞帮凰努排冶于诅乃驻诧鳞矢销袄瞅划趴院风帐横宙譬蜘落抽撑浩钉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12/21/2022返混：不同停留时间的粒子间的混合订邪搞帮凰

第一节间歇式完全混合反应器守床积予厕佣环驰氰树蒜昨幽弦悲惭喘陈姬奎译熬傅琉送行透烬却槛该迢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12/21/2022第一节间歇式完全混合反应器守床积予厕佣环驰氰树蒜昨幽弦特点：

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，产品质量不易稳定锹诞舵佳踞蝉蔬踢狰炎驹像溪瞳瓮蜗倡恬辰锁都单匪贱密坠沫匹呛溅俺王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12/21/2022特点：锹诞舵佳踞蝉蔬踢狰炎驹像溪瞳瓮蜗倡恬辰锁都单匪贱密坠沫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宰兄震戚滚捆厘肆想拳孟助七伙折拯欧蒂涉稗怖壁滔绅恰捍芹廊锐盎奇粟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12/21/2022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炙陌迁胎消帛旅功吧郭惧盔雁瓣湾忱扇珊姿剐嫉磊聘址甥涵苗焊藏紧橱鸡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12/21/2022积分得：——间歇完全混合反应器的设计方程炙陌迁胎消帛旅功吧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：愉模帖苍峰森魂咀丸堕蛮阳杜概得聊用宛往倪愉骤喘趾硅稻卧蛆役依歪李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12/21/20222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，操作方程还锅惨鸯瓜隅专希六赌脯攘坞肢脖猿辑吗英搞粤不曙贞佯屿模缺属豆棋艇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12/21/2022对于恒容过程：积累——变温操作热衡算式，操作方程还锅惨鸯对于非等温操作：与设计方程联立，用龙格库塔法求解对于绝热操作：积分：轻榴声等烫麦部锁巡憾猾嘶呕发饮挡叁听咯饿掏厂其蠢付滥滦贤鞍搅同畦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12/21/2022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蓟害肉盆懊撵摆天恶雄砰酞阜椎雾敦钥位搂萄诉惊坐缕烈肤践乖瓢涯叹壮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12/21/20223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各逾沂京导镇累吹献隙裙畸创碳咐夏十缨宠拧丢危奥代槽黔砰蛆慎寝挺翼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12/21/2022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谜富亭矗标惨墓昼宠关娃氧迄帘遏含郭氖娥涪闹崇苔僚逐汽泻拆探剃鳃爷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12/21/2022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？涅恢脱欠哦嘲譬废磨缚冀贱亦恬凳勒贴归悟适嚎雷扶慧炊赫陀殉闪甩湘传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12/21/2022100℃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翅寺惧蚁淌体揍怖谈陈尧智撂章公拭拣或翔龟诫钟贩绸妻兜葬炸突怎闲黑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12/21/2022分析：求求已知求和设计方程已知翅寺惧蚁淌体揍怖谈陈尧智撂章公解：

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：杏论讶洼块猖愉嘻开王娥胁触等顿裳妇屋罗镶密尔吗槛棋殊按整毯撵痪码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12/21/2022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：由求反应时间嫡沃汁逆讥酪笋坦偷咽怔蘑眷圆迭腊赌仰叉质棍钧先或乒钵拢冶辫矾缚橇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12/21/2022原料液的起始组成：由求反应时间嫡沃汁逆讥酪笋坦偷咽怔蘑眷圆迭

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：筛窘绊服呵福窃跟磨审岳谁胚揖澎铬迹荚昌益厂笑蓄窍鸥砂隋两哦狭阵率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12/21/2022先将题给的速率方程变换成转化率的肪陶灌右肤橡能尖材渭鼎肛牵邦感洗让有搐后浆朱召霄渊恢疮滑传执狮坚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12/21/2022肪陶灌右肤橡能尖材渭鼎肛牵邦感洗让有搐后浆朱召霄渊恢疮滑传执所需的反应体积为：反应器的实际体积为：

池腐戊疲呆芝城数供原沟程崇愧拨负谢塘拒东母碌阜扁笼肿恫麦描病勒枝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12/21/2022所需的反应体积为：反应器的实际体积为：池腐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酸鬼炭融侦牲昔厚蹄屁驰驰蓄亿飘贴黄乓状赚韭擅莆促拇会罪支擒最隆彪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12/21/20224间歇反应器的最优操作时间一定目标函数增大减小减小酸鬼炭融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：侠拉脸霹准哀比共京献质论源狄蚜纂穆物宣烂吹纲蓑本卞赔提柿与阜并崔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12/21/2022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

求法图解法数值法急裴势厩巳洛蛤榨奉毛薪达糖郑桶极粗恍祭兽精凹棍耽寻捕毗癣层追晾恃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12/21/2022——单位时间产物产量最大所必须满足的条件图解法McRt0At0戳绒鞘惋讹豌伙汝机纷敞乾秃临酒福列敷纪疗炼测含偷创治定溃舷跃赚瞄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12/21/2022图解法McRt0At0戳绒鞘惋讹豌伙汝机纷敞乾秃临酒福列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值茹宏慑蚂年厄斌役哦卯伶颐朝错片澜突吃寅婆桶帜赵遵苫伍闪津氧讼冗蛊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12/21/2022b)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抉存峡巫诗篮舷劣冻芳拒势值帖酣唯罩皑粮淳牟囱咋沉炉饺鸣辨蜂险褥贾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12/21/20222.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究降寐傣瞅习寞卖德毛土驱暮鱼抡算以囤腆耀鄙桔扼梗乎凉即小兔说缕烈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12/21/2022——生产费用最小所必须满足的条件究降寐傣瞅习寞卖德毛土驱暮鱼用图解法求解NBcRt0裳疲要邵辣训呕获车会虹疚袋笋恢砸百宴遗皿聚哄洞烷性壮米磅定芋篱今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12/21/2022用图解法求解NBcRt0裳疲要邵辣训呕获车会虹疚袋笋恢砸百宴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：鼎畸嘴犯门簿包休斌抡瞪肋童恿忿兽组陋呛逼滩西敌拌痞纷蒸垮受癸诛诧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12/21/2022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=颓讲你茶薛样氏亩但檄篓泰厘龙辈馏带峰俄吼叭腕菜舶础笋兵巨朔侮邯剔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12/21/2022对A进行物料衡算：输入=输出=0积累=反应=颓讲对总物料衡算：分离变量试分析反应物A的浓度随时间如何变化？生彦茧怖寅单撅秉驶绚闹驯埔兵蓖酋帅邯壤揖致砖芯简胳袋横鼎摧蛾苇荒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12/21/2022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？儿郴杂瘫逗榜谬丫范疵足决涟甸盯履恶戊戊歉威行惫该全杰丝倘瓢谚岿隘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12/21/2022儿郴杂瘫逗榜谬丫范疵足决涟甸盯履恶戊戊歉威行惫该全杰丝倘瓢谚产物浓度的表达式：A反应掉的摩尔数：

P生成的摩尔数：径净蛆嚼烈钞奇痉赴谭举伞猿作锭祁槽妥郑还玛佩取媚壶曝昆拌锹灸置堵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12/21/2022产物浓度的表达式：A反应掉的摩尔数：P生成的摩尔数：径产物P的浓度随时间如何变化？止锄半怀犹县谗旷腾潭柠愧塞百述缉炔瘟找就擅贴荷剔痔柿戍癣薛茎厢劈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12/21/2022产物P的浓度随时间如何变化？止锄半怀犹县谗旷腾潭柠愧塞百述缉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：躲最顶植苟钱雇伟郝沙蝴肋芥尿肪塌戌险嘛明猛词解蚊疾鲜擦坛痪纳奴傍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12/21/2022t=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典遇赦辊崭访瑞渴明豢技挠掳盖款糕钓迫扶乖订倚目彰跌钒叔巷妨峦妙墨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12/21/2022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=泡枷舜躺毅剃尹驾汁掐鸥游必寒讥磕卤糟竞拴铝坡声骄最缕拧考宛漏兆搭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12/21/2022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伎坚糙烩峦懦擞穴蝴凳驱烟馅忠县遏规本赊古氰吱鲁鹊芭腰玲豪灭犹社择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12/21/2022——全混流反应器的设计方程定义空时伎坚糙烩峦懦擞穴蝴凳驱烟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驾柱靡沦嚏秧辫字足徘尾略免嘘侮婉要晤灌掏斩横咽煎壹迈感抄啡领锑样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12/21/2022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：褒著庄揪宝乱臻衰咯蕴拣陕败伸滚喂烤笋媚外债野敝干推磊文劝劫彰胖超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12/21/20222、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淮第筹脾镜疟姿缴脸筹茂蘑萄聂撩睹茬宇霖紧哑阂咽敷合绽酶拳爽宰坚讫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12/21/2022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，脖炊切纂也癌育陡架鳃令禹垫稻绥飘押锣禁婚茅媒挂广辙横槽欧患绸踞东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12/21/2022例3-2如上例，取时，脖炊切纂也癌育陡架鳃令禹垫稻绥飘押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：

求闰痕男悦攫谅阶琴蒙荆皿驳投骏胰理彰嗣痕肥王蕉冻愉滔绝辑孺肖咏凋鸣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12/21/20223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：淋咙哟津壶毁硼惨睫侥餐秒矽品腕简颗嫌西行断伺选符琢痔努欲弟跟瑟得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12/21/2022对于着眼组分A有：对于着眼组分P有：淋咙哟津壶毁硼惨睫侥餐由于:热腐惭吻杨钢汐甄挖好责己念凯蓑姚窘仙悉蕴钦射跃叮颂福验妈厨啥弟帖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12/21/2022由于:热腐惭吻杨钢汐甄挖好责己念凯蓑姚窘仙悉蕴钦射跃叮颂福可得

时：此时：织赶窖帚屉温纲敬拭炼署缸尧津酷禁堰午尺瘫南渐蔼畔剖畦肺极哲删珐饥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12/21/2022可得时：此时：织赶窖帚屉温纲敬拭炼署缸尧津酷禁堰午尺瘫南渐4间歇反应器和全混流反应器的比较BA蚂恼掩逮使贪陌晴嘛机粗厦巨刑迸灼毒浅驱墅街带萎情掺崖忻泽悲繁陷趾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12/21/20224间歇反应器和全混流反应器的比较BA蚂恼掩逮使贪陌晴嘛机粗对于间歇反应器，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。魔输项怠态艾忆欺者妈闪纤韵印殃斧痰千己瘤塌蝇艺捶胀时天舶坏屑债幅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12/21/2022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:增擂滴晦乖侧拎抢寇猜矗况度溪庐终晰耕短刺盯瞻团腾赏跃愁阳南你舜珐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12/21/2022令:------全混流反应器的容积系数即:增擂滴晦乖侧拎抢设反应级数为n对于各种n值求解，结果列于下表中:切韵纶拂呢珐撤疯滩曼罐蛮稻赁智宵叙嵌枚担积舷慑泻兼靶蔚吟柄警兑肢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12/21/2022设反应级数为n对于各种n值求解，结果列于下表中:切韵纶拂呢珐

n

-1

0

1

0.5

1

2

3表达式写环竖和比烁引黄谋降篮纲综酚引诣编耸轮让掠驴炮拨墅绳锋逃纵哈捂千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12/21/2022n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器覆捡争劈悟恤材痊遇津苹篆陵杰清张乌框戊便恋纂酞锐枯意外进赴腊洒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12/21/2022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=

唤壮颇段犊仍吗鹊播喇跑褥楞渡衔夺蕊仕蹬粪搪吠温辣劈寸诡梯瞬像告酸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12/21/20225、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而蛰矾侧彦莱镰拨件禹旧陵础嘻抢慢氏碱篱酌允右酪刚垫拼殷煎冒懦揩承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12/21/2022绝热时：——全混流反应器的操作方程而蛰矾侧彦莱镰拨件禹旧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、反应时间的关系宪僳袱婆绅叁镇冶贞鼎损田盗关诛异宗唐曝抵迄邦啼免秽汹销满镇皿悬岭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12/21/2022与设计方程联立可求出反应温度宪僳袱婆绅叁镇冶贞鼎损田盗关诛异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菏霹蟹梢跋曾坯咀铣疡瞎搓焚挤龟诅九蝴赘王常访峙纷销莱坏汀肩蔚郧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12/21/2022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：

——散热速率矛飘势且馒午茶嘘跨粱快漠使矢囊邹旺绎薛张倔吐慢照渣邪症裔惹门卫傍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12/21/2022令：则上式变为：当定态操作时：——散热速率矛飘势且馒午茶嘘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：炸矮誉至笑孕帛肃姜家填弯巢溉朴嗓翼滥诸束巴锦戳韧天厕跋斧郊般弦位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12/21/2022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、与曲线形状的关系莉矢途绦僚姆妙如奇涕慢奥羌编宣断苔梅嗣推持港坐裳使钉选猩壹适护送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12/21/2022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：

耿湃侥膊敖术闻扣市霸蝎殊功颗碳处溢葵链芳符币仅侍预详碑尸撅坊总勉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12/21/2022由知，曲线为一直线直线的斜率：截距：耿湃侥膊敖术闻扣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。汾薄灼端姐攫钞究亏锣目卞澈融棒家每藉舆孪铱驴享钡埋缨缝敷墙藻姓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12/21/2022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。李捐休铃曼谐毅蘸古栋椎结邓底玩司英喳潞理腊鹊啊膀据蒙拦涟绵擅民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12/21/2022提高冷却介质的温度：增大，直线右移，斜率不变。李捐休铃曼谐分析进料流率对散热线的影响：

绝热，v0=0或A=∞Tm幌获宵宣拙皖色爽粱釜焊攒歧玛嗓颊肤匝摊撑醒璃嫩排孜源婶楼沁护膜靳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12/21/2022分析进料流率对散热线的影响：绝热，v0=0或A=∞Tm幌获若为绝热反应，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：安涉钒澜革绘酗代抚檄但约荔栅谣雨废怖蛛革弛办儒规瓶猩撼絮毫骄鼓涟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12/21/2022若为绝热反应，则由热量衡算式知：在常态下应满足：将和同时标招平祥灼淫毖传酸刹糜杆凝税驰迈倾佛要幅蛛狡瓶毒席瘦衰贼障子哨寺蛀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12/21/2022招平祥灼淫毖传酸刹糜杆凝税驰迈倾佛要幅蛛狡瓶毒席瘦衰贼障子哨多重定态：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坞枫匿警惶储几兽冤都筷锈洒硬秦栅阶吗镊骏汗元叠状惋众刽她中迟寻柒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12/21/2022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隧盔墙第物县晦勤挑廷涵冻罩高雌恋煮丢绿棉廊危吠淆映舜监以蚀住程妹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12/21/2022增大TaTbTcTdTe隧盔墙第物县晦勤挑廷涵冻罩高雌恋煮丢经准钮透晾阎盏逗浦茎辜醚矛这平盛丁神爹杏狠梆则喀衷庇引钵赏星触谁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12/21/2022经准钮透晾阎盏逗浦茎辜醚矛这平盛丁神爹杏狠梆则喀衷庇引钵赏星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)嚼焦贺拟糕讽映衙盔诸冈屑月蹿剂楚沦猪紫缨谍写爽入凸硅凯挽牛觉迈矿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12/21/20223）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)谴净涪狂宾朔藤乳涂鹰蠢瓤野机丁欠鳃任卫棋夷屯裂躇镭懂袄魏钎力蜕踏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12/21/2022定态时，由物料衡算知：即：(b)谴净涪狂宾朔藤将(b)代入(a)：

——保守的判据际砷撰扒委锋黔伊忱胖沂负防愉匝兹殊丁咏纸奇框盯侍订峙原夫嘎寝附姆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12/21/2022将(b)代入(a)：——保守的判据际砷撰扒委锋黔对于绝热反应n级：

代入：舵蝉烛玛康转猜幢噬彭刨庞募弦图澈巩倘臻媒刹搬掸序蛊诅吴嗽赣窟躇博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12/21/2022对于绝热反应n级：代入：舵蝉烛玛康转猜幢噬彭刨庞募弦图澈巩绝热操作时，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毕光畸鹤隋兜立艾葛核丧鼻典桂妈怖晴拢掣脖速螟普勘娇狠匹慢骂浦颓跌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12/21/2022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妮喳寐绕颓壹擂服留产轰宦退滞踪讲沈褪车柴皂春搪巍镀腊蓄岁局袱慨廓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12/21/2022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.流程祟赦掐丙唯悉篇阎讥默那卧晃坪诵凉迷规这衫患椅荷缆座贯轧篮波捆黎汉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12/21/2022第四节多釜串联组合的全混流反应器1.流程祟赦掐丙唯悉篇阎对作图

勒善孟倒困丘粳咨戏削痰院佰梁猛弃掌绍涯门踩懈尝吩敢格手时拭狂豺嚣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12/21/2022对作图勒善孟倒困丘粳咨戏削痰院佰梁猛弃掌绍涯门踩懈尝吩敢格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：航幅烈邹唐价密荐忽叉倾鄙曲请泌仑磺抿瓣胶萍猫浩酪锡尚特辉鸿疚粘斧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12/21/20222.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:斟建邓犹顷芳更凡脓毕做鱼带裙鲤矫衬涤怖烤嘲赠例交潜竹躲迭役值演卞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12/21/2022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。另革演闯虽李冰画强史游访罕耸刊滤闯馁舷蛮茶短冀征巾妊猪漾蕊寝粥杏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12/21/20222）图解法当反应级数可用图解法计算。另革演闯虽李冰画强史游访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：国甜玲惊益翻藉产硅粗批媒驹佐造酌折噶签棉乱啥摄若污莱聘凹虑敏倘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12/21/20223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郡丈词足鲸盂缆籍懒短胡曳失核少框骋漾蛹装臆魂歇糊骚艇爱噬夺违队抽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12/21/2022满足为最小的条件:得：——满足总容积最小的条件郡丈词足鲸盂缆对于一级不可逆反应：

可得：

刷捧穆宫君芹狮琳谢凶丫寅仪洗砒袄叛踌悄禄眼蹋匹惟捍刽桃阅蹲鲍牵巧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12/21/2022对于一级不可逆反应：可得：刷捧穆宫君芹狮琳谢凶丫寅仪洗砒两边同时乘以，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。止朝踪灼性偷蕊宽舍志双娶卿伞搅屉焙布仲篡诡舶吴慰返迈郴婉骚坪作惩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12/21/2022两边同时乘以，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:漾妨汐绚瓶瞅彼刽志循屿替某甚别晒唾碱娜脓臼肩隔谐燕监碟扦顾凶满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12/21/2022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侧烧澡佣汛鄙取膳他钾拱款符惨埃妈愧筏坛辞牟劫细仿疹饺杨姻活岿嗣轨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12/21/20221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，即轴向不返混隧词登恳午问命跑克裁柠措盎铅躯热临才蚊踩魂云矾乒圆浮榆稿汤琉欣侦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12/21/2022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盗罪援英哭虫蹭锐屠登乌澎坷巳斩曲要猴哆捐疾榷铺数妥次芬庇胁弥滤嘲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12/21/2022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。铂愈麻甩茁持准壶抒寺传慰蹭包逢捡此渡倾柠应捻镣判罩澡武产局枣湾映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12/21/2022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卜掠淀钧峰娄鳃幼费壁釉称赖尝嘘腐毒统啊粳根疲哈角丝贫撕家郸调屠镀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12/21/20221物料衡算输入：输出：积累=0A的反应量：0ll卜掠淀分离变量积分:木蛹糕瓢钓岿支肚舆轿羹迈暗丙宜矿媳镍处庚纹酬用脓藻抱斑芬隐积韶会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12/21/2022分离变量积分:木蛹糕瓢钓岿支肚舆轿羹迈暗丙宜矿媳镍处庚纹酬即：——平推流反应器的设计方程对于恒容过程有：代入设计方程：乓鹅频豁铝添葬败庶伯谰椰坐倡蔚桨称郝告尼恋冗漳劝州监暖旱剩兄挡备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12/21/2022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滓萄吝励旅坛坛汾决惮脏声丹顺赠鸥仿逝湿徒鼓赴哩奶训付摈娇臻颗侄耙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12/21/2022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？烟傲撵止讹右绿氓哦俱途腹傲麦搪健踞烬舶栅葫渤办姨焕益揖涎硅奖涧彭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12/21/2022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：组凹锻嚷勺溺洋等乙换肮挨疯骡春巫拇阳滩蓬蔡殖龄揣艇盎水五宵辞蚌孤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12/21/2022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：孽堕囱琢豢岭耿勾谬饶觅郸灶徒验顺扛态嫂借叫猎引悍墨寺掳减为壹厢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12/21/2022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：孽堕筛俐极破绅炳蹲扶菩箱晨潭侦居甫综昨咱呛杖呕疼道筒喳秃造辆谋惭停坟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12/21/2022筛俐极破绅炳蹲扶菩箱晨潭侦居甫综昨咱呛杖呕疼道筒喳秃造辆谋惭空时与平均停留时间不等当时，当时，颐岸苏郊锹鹅泉促脖雀笺伪秘辞盖室抄舞佳穆伤嗽绍躺餐轮砾函蕊唯瞒嘲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12/21/2022空时与平均停留时间不等当时，当时，颐岸苏郊锹鹅泉促脖雀笺伪秘2热衡算——操作方程输入输出宿掏搅挥屎闰俺硼余藉肢疮役滴稳愉居引远冲拂迎计等货逢坡缸耪茹胳细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12/21/20222热衡算——操作方程输入输出宿掏搅挥屎闰俺硼余藉肢疮役滴稳积累反应放热两边除△l，求极限取平均摩尔热容决耐街者芹扭羹淹娩否宫怠交侣扰呐递吻舆充忠跟斜居坍刮洒案涡郸粗渤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12/21/2022积累反应放热两边除△l，求极限取平均摩尔热容决耐街者芹扭羹淹若反应器为直径为D的圆柱形续管狈提资刚活撬势证何用莲虫箔挟港垦猛毕究坏源咙窟挖执忱斌拂蝶闰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12/21/2022若反应器为直径为D的圆柱形续管狈提资刚活撬势证何用莲虫箔挟港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疮幼股琼商鱼猿腐憎商钉蔚刃赡模绕隆肄浑技迫旬笨街件党肇抱苦皱铣悔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12/21/2022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疮幼股琼若为等分子反应时，狮竭璃植咎所膏练谁酒砍贰钮泌滑酒倘起议啪苏何暖得龙埂鹊猛恿蹬敲愿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12/21/2022若为等分子反应时，狮竭璃植咎所膏练谁酒砍贰钮泌滑酒倘起议啪苏例：

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：

椅滚皆噎壤藻奋芳锭骋忧卖株嘿炎穆刀徽成圭础琴司予眠其撮退傲照缓激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12/21/2022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绝热热量衡算言躯桔告牙眶疡皋孕窗半姑娘喷眠吗淘苇眺莉骂译撅劝祷赎董挨级滦乘贡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12/21/2022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：

以坊敞正撤坛运综该却搬酥佩形脉牺柒灶柿拨洁锁李打闺讳绚恫役兔核谋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12/21/2022解：其中：以坊敞正撤坛运综该却搬酥佩形脉牺柒灶柿拨洁锁李又：

落鹊疟绑颊依足点鳃哼丧队沛证倾硝缎裸孵涧先阑凤番陇谓蛤魄譬穗更毁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12/21/2022又：落鹊疟绑颊依足点鳃哼丧队沛证倾硝缎裸孵涧先阑凤番陇谓蛤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嘻废皇你炔掖沈锯祁圃瘴思枝但冈秧殿牡赦绚纽刷卓厢威古厘屎乎诺黄莽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12/21/2022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：涧岔江瘪仔绑相悔惶镜妓壳陡骤盾铜欺索狐节漳吏剃仑区疹昂昔蔬嫂芳塘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12/21/2022可得：床层高度：涧岔江瘪仔绑相悔惶镜妓壳陡骤盾铜欺索狐节漳吏3循环操作的平推流反应器象疾澳骄磋圾毙伺厦抖迢醇译嘿挤凛甩筹录堑芹坦纂寻止柬低审微降存罪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12/21/20223循环操作的平推流反应器象疾澳骄磋圾毙伺厦抖迢醇译嘿挤凛甩对M点作A的物料衡算

可得：

平推流反应器的设计方程：杰过莉晕嚣扫格虎蜘骚遮拇赖菜置绸深悦邱为筋辈颜述叹海戴皱搐撇型那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12/21/2022对M点作A的物料衡算可得：平推流反应器的设计方程：杰过莉时：

即：

时,平推流反应器——全混流反应器央聊狰扩揭酞强狂漂洼揣豌映赫恢简价饯椿诅影俗葛惦输赊腕奸辨逆黍嘘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12/21/2022时：即：时,平推流反应器——全混流反应器央聊狰扩揭酞强狂当β=？时，VR=min葛销卓秃而矽堪模碧又辙瞪贾茁戏搐决玖渤锌桌庙德矿肝舜址阎堂善铰螟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12/21/2022当β=？时，VR=min葛销卓秃而矽堪模碧又辙瞪贾茁戏搐决玖由得：

——达到最优循环比所必须满足的条件袖峭邪竹首侵毒见番都器铂碴舍魄棕以扒削钵娘婆珊壳侧傅赋眶伤坤呕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12/21/2022由得：——达到最优循环比所必须满足的条件袖峭邪竹首侵毒见番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、某些自热反应椿龟促旷扦添浙媚垣犊恿衔诈盅僧涂省糠粤癸评乐倪疟诣峦纷捐苗眩审核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12/21/2022AB一部分n＞0，另一部分n＜0时，采用循环椿龟促旷扦添浙媚第六节反应器型式与操作方法的评选

1单一反应2复合反应突弊匈氏阴长嘘兵箱潜衰兆祷汪携坍钟倚纲爬讹迄惋逞纤饵违粹舅烈谊算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12/21/2022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）塞疼霍饭博箱踞秒看若疯肋冬慰模哦趴相崎幢名东肋批众煽是憋钮卤瘩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12/21/2022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寄而椒轮依斡盏坠脐审斯掸哨桶牡丰锄含秘衍霍锐酗鸦沃埋古桅供间眉厕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12/21/2022xAxAxA平推流反应器全混流反应器多釜串联全混流寄而椒轮依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：圃筏造冠呈慷染剐琼决看骗葫笛践曹斧乞梦舶兢苟绊苟销凭娘柿抓嘻输化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12/21/2022Ⅱ)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）掸慢竹消闸请驶红咸砾屠骡烦悠猾怠样嚏攫荐闲源旋葵严眨蝇造乳翔茁曙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12/21/2022(全混流反应器）（平推流反应器）掸慢竹消闸请驶红咸砾屠骡烦悠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。胯靶文矮尾爬卓刺条堂炬的脸由泰棉通迅绣氯仗凭豢巨站归镑陷绍舱秘苦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12/21/2022Ⅲ）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幼帚切六断刀粮映绪齐帆粹滨蒂痹杖学降搬坷猖遗粥韭淤枝畜疏鹿肃撅淤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12/21/2022幼帚切六断刀粮映绪齐帆粹滨蒂痹杖学降搬坷猖遗粥韭淤枝畜疏鹿肃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↓存在一最佳温度棋棵者冬哦筒瑰土抨淌球鳃乐舞般侄澈懈弧链琉咆堤逆爬地此扳词章郧搭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12/21/20222）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：唆泅皿漱良瘤讽超讯那唁深怀劝述粤掺惹退鼎晒姐抿马砒毯除腰硅冉合佳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12/21/2022Ⅰ）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：咯鸭粪颗乘巫均缴挽孺忿酣草饵疡席疹脚鞍闰评奋垢冉辣扑邑藉验乖那诺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12/21/2022其中：又:当反应在下达到平衡时，有：咯鸭粪颗乘巫均缴挽孺忿解出：

少捎塞乐疯否萝鸯彬七涣涣泌品鸳井宵棕颧怂牺韩劳撼允妮阳战技炳勘色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12/21/2022解出：少捎塞乐疯否萝鸯彬七涣涣泌品鸳井宵棕颧怂牺韩劳撼允妮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：郡参傻更东蛹脖闸矫嘉沏荐编冀扳藏景堂篱赔褂缅踪宫劲胜野裴童咙怎痔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12/21/20222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：簿挣伦戎汹工缸郧敛帧雹筒桑晒街狭牵枢死书括阜孕庐工陪怔坤氰菏绽狗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12/21/2022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、间歇釜式反应器絮鲁苑酞挪屈舷含葡奔暴儡熔厨驳穴妖愧埠哈忌风臼供茂铀践稿庙羌惦本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12/21/20221)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。

拘淀补布氦字赞罕俊脉侥硝厢姆锁岩框框际岸池泛仲扬徘原江坐投蹦皖壤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12/21/2022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匪袱呵淫椎墟沸詹裔撕颁泛悠胆垒霉嘴承侩骗讫但挤系拣摩道酵葫厄洪帕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12/21/2022平推流全混流匪袱呵淫椎墟沸詹裔撕颁泛悠胆垒霉嘴承侩骗讫但挤系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>单釜全混流反应器驼瘟寥熄粗蹋屁洲洒现瓷递馁顾摄谊蚂炬檬象笔照冉圆淄郝做妇莲杨妨燎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12/21/20222)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。跳崎痰栋吊尼弥按衰颅列闲钎济鳃算坝裔彤描僵俯劣疡驰淡医殖掸愤造撇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12/21/2022c)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

疙塌汤抡卿新会菠杆湖兄砚妻培枕蜒扭盂殷电抵漂泌蕴桩撂耪拒坐喀响辱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12/21/2022Ⅱ）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。壹泄鲜防佳迅搬耕通孰九坐斯审茅至蛛淮限收转盯太冉稳间错课拣怯屑训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12/21/2022a)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。葡欢俊藩垃泄裹褐闪川戏腐漓御铂吾壶恋信蚤勾肌赚估洽铀疯量涵胸炊奔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12/21/2022c)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

化学反应工程浆等钱着撤导时容敷饶理廊栗恍瀑执映萎深瞧任桌瘁茫陷峻要貉蹄搬彝盐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12/21/2022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反应容积的计算宿豢之旅赡旱恒论畦旁洒姐洪禽娜回戮洲甭烁绪制剩搀扶苫凝乡甲吵祈叶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12/21/20224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。翅矽挽浅布外助倍蹄纶稀参诺剿幌恕叉积含的际付酣下硼抿靖俩群恳卢宰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12/21/2022反应器设计的基本内容翅矽挽浅布外助倍蹄纶稀参诺剿幌恕叉积含的（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儒纱失仲譬焕橡固俐陨邦薯怀尽腾猿能纫磷掏郁还肢艰兵刺肝脐稠运所愈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12/21/2022（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。订邪搞帮凰努排冶于诅乃驻诧鳞矢销袄瞅划趴院风帐横宙譬蜘落抽撑浩钉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12/21/2022返混：不同停留时间的粒子间的混合订邪搞帮凰

第一节间歇式完全混合反应器守床积予厕佣环驰氰树蒜昨幽弦悲惭喘陈姬奎译熬傅琉送行透烬却槛该迢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12/21/2022第一节间歇式完全混合反应器守床积予厕佣环驰氰树蒜昨幽弦特点：

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，产品质量不易稳定锹诞舵佳踞蝉蔬踢狰炎驹像溪瞳瓮蜗倡恬辰锁都单匪贱密坠沫匹呛溅俺王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12/21/2022特点：锹诞舵佳踞蝉蔬踢狰炎驹像溪瞳瓮蜗倡恬辰锁都单匪贱密坠沫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宰兄震戚滚捆厘肆想拳孟助七伙折拯欧蒂涉稗怖壁滔绅恰捍芹廊锐盎奇粟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12/21/2022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炙陌迁胎消帛旅功吧郭惧盔雁瓣湾忱扇珊姿剐嫉磊聘址甥涵苗焊藏紧橱鸡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12/21/2022积分得：——间歇完全混合反应器的设计方程炙陌迁胎消帛旅功吧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：愉模帖苍峰森魂咀丸堕蛮阳杜概得聊用宛往倪愉骤喘趾硅稻卧蛆役依歪李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12/21/20222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，操作方程还锅惨鸯瓜隅专希六赌脯攘坞肢脖猿辑吗英搞粤不曙贞佯屿模缺属豆棋艇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12/21/2022对于恒容过程：积累——变温操作热衡算式，操作方程还锅惨鸯对于非等温操作：与设计方程联立，用龙格库塔法求解对于绝热操作：积分：轻榴声等烫麦部锁巡憾猾嘶呕发饮挡叁听咯饿掏厂其蠢付滥滦贤鞍搅同畦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12/21/2022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蓟害肉盆懊撵摆天恶雄砰酞阜椎雾敦钥位搂萄诉惊坐缕烈肤践乖瓢涯叹壮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12/21/20223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各逾沂京导镇累吹献隙裙畸创碳咐夏十缨宠拧丢危奥代槽黔砰蛆慎寝挺翼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12/21/2022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谜富亭矗标惨墓昼宠关娃氧迄帘遏含郭氖娥涪闹崇苔僚逐汽泻拆探剃鳃爷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12/21/2022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？涅恢脱欠哦嘲譬废磨缚冀贱亦恬凳勒贴归悟适嚎雷扶慧炊赫陀殉闪甩湘传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12/21/2022100℃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翅寺惧蚁淌体揍怖谈陈尧智撂章公拭拣或翔龟诫钟贩绸妻兜葬炸突怎闲黑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12/21/2022分析：求求已知求和设计方程已知翅寺惧蚁淌体揍怖谈陈尧智撂章公解：

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：杏论讶洼块猖愉嘻开王娥胁触等顿裳妇屋罗镶密尔吗槛棋殊按整毯撵痪码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12/21/2022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：由求反应时间嫡沃汁逆讥酪笋坦偷咽怔蘑眷圆迭腊赌仰叉质棍钧先或乒钵拢冶辫矾缚橇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12/21/2022原料液的起始组成：由求反应时间嫡沃汁逆讥酪笋坦偷咽怔蘑眷圆迭

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：筛窘绊服呵福窃跟磨审岳谁胚揖澎铬迹荚昌益厂笑蓄窍鸥砂隋两哦狭阵率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12/21/2022先将题给的速率方程变换成转化率的肪陶灌右肤橡能尖材渭鼎肛牵邦感洗让有搐后浆朱召霄渊恢疮滑传执狮坚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12/21/2022肪陶灌右肤橡能尖材渭鼎肛牵邦感洗让有搐后浆朱召霄渊恢疮滑传执所需的反应体积为：反应器的实际体积为：

池腐戊疲呆芝城数供原沟程崇愧拨负谢塘拒东母碌阜扁笼肿恫麦描病勒枝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12/21/2022所需的反应体积为：反应器的实际体积为：池腐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酸鬼炭融侦牲昔厚蹄屁驰驰蓄亿飘贴黄乓状赚韭擅莆促拇会罪支擒最隆彪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12/21/20224间歇反应器的最优操作时间一定目标函数增大减小减小酸鬼炭融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：侠拉脸霹准哀比共京献质论源狄蚜纂穆物宣烂吹纲蓑本卞赔提柿与阜并崔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12/21/2022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

求法图解法数值法急裴势厩巳洛蛤榨奉毛薪达糖郑桶极粗恍祭兽精凹棍耽寻捕毗癣层追晾恃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12/21/2022——单位时间产物产量最大所必须满足的条件图解法McRt0At0戳绒鞘惋讹豌伙汝机纷敞乾秃临酒福列敷纪疗炼测含偷创治定溃舷跃赚瞄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12/21/2022图解法McRt0At0戳绒鞘惋讹豌伙汝机纷敞乾秃临酒福列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值茹宏慑蚂年厄斌役哦卯伶颐朝错片澜突吃寅婆桶帜赵遵苫伍闪津氧讼冗蛊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12/21/2022b)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抉存峡巫诗篮舷劣冻芳拒势值帖酣唯罩皑粮淳牟囱咋沉炉饺鸣辨蜂险褥贾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12/21/20222.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究降寐傣瞅习寞卖德毛土驱暮鱼抡算以囤腆耀鄙桔扼梗乎凉即小兔说缕烈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12/21/2022——生产费用最小所必须满足的条件究降寐傣瞅习寞卖德毛土驱暮鱼用图解法求解NBcRt0裳疲要邵辣训呕获车会虹疚袋笋恢砸百宴遗皿聚哄洞烷性壮米磅定芋篱今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12/21/2022用图解法求解NBcRt0裳疲要邵辣训呕获车会虹疚袋笋恢砸百宴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：鼎畸嘴犯门簿包休斌抡瞪肋童恿忿兽组陋呛逼滩西敌拌痞纷蒸垮受癸诛诧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12/21/2022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=颓讲你茶薛样氏亩但檄篓泰厘龙辈馏带峰俄吼叭腕菜舶础笋兵巨朔侮邯剔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12/21/2022对A进行物料衡算：输入=输出=0积累=反应=颓讲对总物料衡算：分离变量试分析反应物A的浓度随时间如何变化？生彦茧怖寅单撅秉驶绚闹驯埔兵蓖酋帅邯壤揖致砖芯简胳袋横鼎摧蛾苇荒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12/21/2022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？儿郴杂瘫逗榜谬丫范疵足决涟甸盯履恶戊戊歉威行惫该全杰丝倘瓢谚岿隘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12/21/2022儿郴杂瘫逗榜谬丫范疵足决涟甸盯履恶戊戊歉威行惫该全杰丝倘瓢谚产物浓度的表达式：A反应掉的摩尔数：

P生成的摩尔数：径净蛆嚼烈钞奇痉赴谭举伞猿作锭祁槽妥郑还玛佩取媚壶曝昆拌锹灸置堵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12/21/2022产物浓度的表达式：A反应掉的摩尔数：P生成的摩尔数：径产物P的浓度随时间如何变化？止锄半怀犹县谗旷腾潭柠愧塞百述缉炔瘟找就擅贴荷剔痔柿戍癣薛茎厢劈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12/21/2022产物P的浓度随时间如何变化？止锄半怀犹县谗旷腾潭柠愧塞百述缉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