第三章-釜式反应器(复习)

PAGEPAGE93．釜式反应器3.1釜式反应器的物料衡算式说明：（1）定态下（连续）操作（2）非定态下（间歇）操作3.2等温间歇釜式反应器的特点（1）反应器内浓度处处相等，可排除传质的影响；（2）反应器内温度处处相等，可排除传热的影响；（3）物料同时加入并同时停止反应，所有物料具有相同的反应时间。3.3等温间歇釜式反应器单一反应的计算（1）反应时间结论：反应物达到一定的转化率所需要的反应时间，只取决于过程的反应速率，也就是说取决于动力学因素，而与反应器的大小无关。（2）反应体积反应器有效体积反应器实际体积说明：①间歇釜式反应器操作时间由反应时间t和辅助时间t0组成；②f为装填系数，取0.4-0.85，根据反应物料的性质选。③反应器的大小是由反应物料的处理量决定的。（3）最优反应时间以单位时间内产品产量为目标函数以单位质量产品的生产费用为目标函数3.4连续釜式反应器的反应体积（1）定态下操作的连续釜式反应器的特点和特征等温，等浓度，等反应速率。①物料进出口体积流量相等（恒容）②反应器内温度均匀且不变化③反应器内浓度均匀且等于出口浓度（2）设计方程3.5空时说明：空时用来衡量连续反应器的生产能力，空时越小，表示该反应器的处理物料量越大，空时大则相反。若在进出口物料组成相同的条件下比较两个连续反应器，空时小者，生产能力大。对于等容均相反应过程，空时也等于物料在反应器内的平均停留时间。3.6连续釜式反应器的串联（1）正常动力学转化速率总是随着转化率的增加而降低，串联的连续釜式反应器的总体积小于单个反应器，并且串联的釜数越多，所需总的反应体积越小。在釜式反应器中进行具有正常动力学的反应时，是在间歇釜最小的反应速率下操作的。（2）反常动力学转化速率总是随着转化率的增加而升高，串联的连续釜式反应器的总体积大于单个反应器。进行具有反常动力学的反应时，则在间歇釜最大的反应速率下操作。3.7串联釜式反应器的计算（1）已知:Q0、Ci0、VRp、Tp、N求出口物料组成XAf（2）已知:Q0、Ci0、VRp、Tp、XAf，求N（3）已知:Q0、Ci0、N、Tp、XAf，求VRp（4）单一一级不可逆反应注意：指单釜的空时，总空时总体积（5）非一级或可逆反应，用数值法解微分方程或作图求解。3.8串联釜式反应器各釜的最佳反应体积比在串联釜式反应器中进行a级不可逆反应，有a<0时，单釜操作优于串联操作a=0时，反应器体积相同,无必要串联操作0<a<1时，沿物料流动方向,各釜反应体积依次减小,即大釜在前,小釜在后a=1时，各釜反应体积相等时为最佳a>1时，沿物料流动方向,各釜反应体积依次增大,即小釜在前,大釜在后说明：以上结论是在各釜反应温度相同、恒容过程条件下成立。3.9釜式反应器中复合反应的收率与选择性（1）总收率和总选择性瞬时选择性：总收率：总选择性：当瞬时选择性随转化率单调下降时，不同操作方式的釜式反应器，相同的最终转化率下最终收率的大小次序如下：（2）平行反应瞬时选择性说明：温度，浓度条件都将影响瞬时选择性。而反应器的浓度条件与反应器的型式及操作方式，所采用的原料浓度及配比以及加料方式等有关。（3）连串反应一级不可逆连串反应在等温间歇釜式反应器中产物P存在最大的收率。同样，在连续釜式反应器中也有类似的结果。说明：①无论k2/k1为何值，在相同的转化率下，间歇釜的收率总是大于连续釜的收率，而且随着k2/k1值的减小，这种差异越大。②无论间歇操作还是连续操作，釜式反应器的收率总是随k2/k1的减小而增大的。③若E1>E2，温度越高，则比值k2/k1越小，因而收率越大。④改变k2/k1比值的另一个有效办法是选择合适的催化剂。3.10变温间歇釜式反应器操作方程：反应在绝热下进行3.11变温连续釜式反应器（1）变温连续釜式反应器的操作方程操作方程：在绝热条件下（2）绝热温升称为绝热温升,指绝热条件下反应物A完全转化后物系温度升高或降低的度数。（3）连续釜式反应器定态操作（一级不可逆放热反应）操作方程：移热速率放热速率定态：qr=qg（4）多定态点（只有放热反应才可能出现多定态现象）连续釜式反应器定态操作稳定的必要条件：着火点（左侧稳定）和熄火点（右侧稳定）的判断、例题：在一绝热全混流反应器中进行硫代硫酸钠与过氧化氢水溶液的反应，反应中过氧化氢大大过量，该反应对硫代硫酸钠为二级，反应速率常数k=6.85×1014exp[-9209.4/T](cm3·mol-1·s-1)，进料温度250C，进料流量27.4cm-3·s，硫代硫酸钠的进料浓度为0.56mol·L-