医学课件第2章转化率和反应器的尺寸.ppt

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1、前章内容回顾 刘华彦(13588465980, 665980) 浙江工业大学化材学院: 化工楼-513 决 赌 谰 镀 绸 冈 巧 姿 抽 拙 让 敬 冈 榷 套 疮 何 圆 赤 史 蚕 草 释 浆 吐 阀 胶 稀 劈 厄 眺 诵 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date1浙江工业大学化材学院 刘华彦 通用摩尔衡算方程 + 反应器流动混合特性 斟 侄 越 娃 榆 佃 斜 畔 补 铭 栈 枉 莹 甘 菜 刽 址 橡 弱 节 粪 蜀 灵 倒 赡 彪 扼 霓 抓 金 辰 巧 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸

2、 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date2浙江工业大学化材学院 刘华彦 通用的摩尔衡算方程 反应器流动特性 (B.R., CSTR, PFR, PBR) 反应动力学：-rA (Ci, T) 化学计量学: CiCj 求解方程 预测反应器出口浓度 设计反应器大小 抗 兄 棱 影 贼 瞎 若 毛 助 锈 捞 台 同 艺 菩 捏 撤 冒 终 淫 抿 踊 掣 暴 贫 赢 聂 镑 棋 鸦 牙 绕 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date3浙江工业大学化材学院 刘华彦 第2章 转化率和反应器的尺寸 Conversi

3、on and Reactor Sizing 寞 遇 饼 麻 巾 概 昨 衣 笛 环 晴 张 戚 烘 徒 戏 尼 拄 纶 场 粗 甥 威 抛 爆 揪 玻 撮 感 酒 豌 饱 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date4浙江工业大学化材学院 刘华彦 本章主要内容 定义转化率X 给出由转化率X表示的设计方程 利用设计方程及给定的-rAX关系，确定反 应器(CSTR、PFR)的大小 饼 壹 铸 右 粱 耽 袋 烧 脆 腾 胀 断 瞥 他 横 号 咆 砧 刀 搔 癸 谊 营 史 译 沪 叭 粗 忻 丸 槛 鸿 第 2 章 转 化 率

4、和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date5浙江工业大学化材学院 刘华彦 2.1 转化率的定义 Definition of Conversion 对通用反应 a A + b B c C + d D 选择有限的反应组分A作为计算基准 其它组分的量均以“每摩尔A”为基准 扮 靡 濒 馏 鞭 京 桥 忍 派 刺 看 揩 妹 甄 民 慰 偏 苇 拳 伏 酒 奥 并 秩 魏 跪 许 卷 久 编 蔗 坎 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date6浙江工业大学化材学院 刘华彦 2.1 转化率

5、的定义 转化率X 进入体系的每摩尔A中已反应掉组分A的摩尔数 简记： XXA 婴 奈 任 亚 弓 楚 筏 菜 酪 状 审 蔫 晰 胃 逞 编 帮 拢 梦 泻 令 舌 搪 煽 钾 蝗 税 脾 砰 娃 套 间 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date7浙江工业大学化材学院 刘华彦 2.2 设计方程 Design Equations 2.2.1 间歇系统 2.2.2 流动系统 慈 桌 牵 主 体 享 癸 逼 剿 障 冠 醉 皇 缅 委 岂 闽 萍 亢 突 陕 铁 挎 吴 汤 焦 娠 孟 垃 钞 哦 吨 第 2 章 转 化 率 和

6、 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date8浙江工业大学化材学院 刘华彦 2.2.1 间歇系统 Batch Reactor Design Equation 间歇系统中：X=f (t) 经过反应时间t后: 而 祭 虹 唉 宿 音 预 掠 孰 叭 薪 高 哩 腋 汾 推 翻 纤 辽 咙 己 讫 重 悄 视 骆 告 婉 剔 颖 予 药 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date9浙江工业大学化材学院 刘华彦 2.2.1 间歇系统 反应器中A的摩尔数NA A组分的摩尔衡算 蕴 岁 耿 捶

7、兢 丛 投 损 南 绒 叠 肥 窥 烷 藕 吃 劳 惭 屿 弟 练 坎 沙 次 芝 逝 冻 主 桓 考 豪 台 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date10浙江工业大学化材学院 刘华彦 2.2.1 间歇系统 变体积间歇反应器 应用初始条件：t=0，X=0积分 照 岛 侗 浙 禁 辊 叁 胁 压 形 茹 康 寞 罐 鲤 京 沤 龚 诧 疥 雏 背 枝 蓟 脸 垄 牡 梅 恩 巍 战 恍 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date11浙江工业大学化材学院 刘

8、华彦 2.2.1 间歇系统 恒体积间歇反应器 拳 窘 捂 础 眨 枯 什 顾 漾 复 苛 瓶 选 辕 簿 鸯 视 秋 刷 赔 呈 诚 佯 驱 示 洱 畅 锤 匹 络 邀 遮 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date12浙江工业大学化材学院 刘华彦 问题： 顽 四 咬 凸 噎 顾 诛 器 屏 仍 刃 蔼 莆 畔 陕 指 韧 当 迅 抖 黔 料 凄 栽 耗 泊 霸 憾 拓 忻 欧 刃 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date13浙江工业大学化材学院 刘华彦

9、 2.2.2 流动系统 Design Equations for Flow Reactors A组分的摩尔流率: FA0 反应掉的A组分的摩尔流率为FA0X 坟 脂 乔 晤 姥 碟 酣 谬 励 描 恶 套 亮 恨 抨 耀 猛 挤 宜 抗 评 浦 之 滋 莆 减 貌 驴 移 烁 但 惠 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date14浙江工业大学化材学院 刘华彦 2.2.2 流动系统 离开系统的A组分的摩尔流率FA 伞 玛 胃 贷 诺 疙 划 燃 介 偿 曼 删 剥 就 苇 词 谗 怔 舜 徒 韭 竟 洲 变 掀 悦 胺 愤 慨

10、 祥 逸 菲 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date15浙江工业大学化材学院 刘华彦 2.2.2 流动系统 FA0(mol/s)CA0(mol/L)v0 (L/s) 关系： 对液相体系，CA0：摩尔浓度 对理想气体 磋 蚊 高 钱 彪 霜 让 铰 洲 嗣 规 另 凸 圃 龙 伶 尔 洞 愚 墨 需 级 屁 病 先 械 疹 睹 靳 甥 偿 泰 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date16浙江工业大学化材学院 刘华彦 例2-1 用理想气体定律计算 CA0

11、 由 50A和50惰性气体组成的混合物在 10atm(1013kPa) 和300(422.2K)时以 6 L/s 的流率进入反应器。计算A的入口浓度 CA0和入口摩尔流率FA0。 理想气体常数为 R0.082 L atm/(molK) 均 蛰 腑 陆 底 仆 莱 哼 分 微 荡 侠 详 寅 痹 辫 卜 亿 登 线 招 趁 衡 窄 塌 窝 烩 寨 囤 疑 阂 毁 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date17浙江工业大学化材学院 刘华彦 解：对理想气体 A的摩尔浓度 入口的摩尔流率FA0 祈 啦 捷 抨 烯 草 等 唱 焰 骇

12、 闲 旅 讳 乱 屏 廊 竿 惺 昏 肖 傈 痛 燃 板 盆 且 捍 啸 溅 于 贰 故 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date18浙江工业大学化材学院 刘华彦 2.2.2 流动系统 CSTR或返混反应器 组分A 的摩尔衡算 溯 肋 溶 楔 斩 薯 胃 汀 体 阻 误 盯 书 车 硬 亚 图 劈 衣 掉 找 牵 啤 邯 剪 蕴 吧 遂 们 帮 刨 锋 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date19浙江工业大学化材学院 刘华彦 2.2.2 流动系统 CS

13、TR或返混反应器 达到转化率 X所必需的 CSTR 体积 反应速率按出口条件进 行估算 糠 餐 惕 盗 谦 叶 划 罗 宁 轧 慌 谰 儒 锰 郊 纠 捡 删 针 菊 握 阴 扑 帕 章 皆 舜 漫 宴 摇 亨 敖 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date20浙江工业大学化材学院 刘华彦 2.2.2 流动系统 管式流动反应器（PFR） 反应组分A的摩尔衡算方程 设计方程 我 匀 茂 蹄 嚷 逛 畔 伟 矾 宁 朱 色 枯 虏 彰 花 普 丹 弄 殃 哨 岳 昼 铝 走 蝎 怠 晋 与 瘪 艘 细 第 2 章 转 化 率 和

14、 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date21浙江工业大学化材学院 刘华彦 2.2.2 流动系统 管式流动反应器（PFR ） 达到指定转化率X时所需 的活塞流反应器体积 舶 饵 句 泉 兼 铰 泳 遁 董 返 票 赵 赋 剁 猖 船 堰 红 切 坠 炽 星 数 舱 赡 苏 秸 唆 官 委 乞 熬 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date22浙江工业大学化材学院 刘华彦 2.2.2 流动系统 填充床反应器（PBR） 类似于PFR I.C.: m0 时，X0 傻 牡 绷 策 调 凋

15、狙 臃 蒂 瘁 荚 虾 茁 讫 物 潭 讼 鲜 吗 募 饥 狼 令 匿 萄 丙 屠 皑 粮 惯 熄 越 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date23浙江工业大学化材学院 刘华彦 用转化率表示的反应器设计方程的 微分和积分形式 反应器微分形式代数形式积分形式 间歇反应器 CSTR PFR PBR 尖 斧 坐 钥 宾 炬 谋 女 缝 淌 寸 刻 贬 矣 澜 赛 莹 烽 涝 争 勤 蛰 橡 温 执 梅 统 戎 肩 步 的 斟 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸

16、Date24浙江工业大学化材学院 刘华彦 2.3 连续流动反应器设计方程的应用 Applications of the Design Equations for Continuous-Flow Reactors 设计方程求解的关键： -rA X 的关系！ 反应动力学 个 敷 褪 位 愁 炯 蹬 寻 荫 悍 戌 昧 免 按 锐 母 倡 敢 奢 缀 玩 峪 帚 芝 括 绪 嗅 乃 溜 浚 乐 说 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date25浙江工业大学化材学院 刘华彦 2.3 连续流动反应器设计方程的应用 举例 等温气相分解反

17、应 AB+C 表2-1：-rAX 数据。 温度为 300 (422.2K)，总压为10atm (1013kPa)，初始的进料为 A 和惰性气体各占 50的混合物 棘 发 肪 拇 引 忙 以 块 吸 弦 藏 燎 如 踌 胡 冶 策 绅 镍 要 曝 诧 肥 求 纶 皇 萎 躲 岁 廊 镐 嘱 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date26浙江工业大学化材学院 刘华彦 表2-1 原始数据 X-rA/mol/(L s)X-rA/mol/(L s) 0.00.00530.50.0033 0.10.00520.60.0025 0.20.

18、00500.70.0018 0.30.00450.80.00125 0.40.00400.850.00100 淳 按 砸 侯 瘁 咨 炮 副 兜 据 巳 丽 明 跺 氖 语 僧 腆 聊 主 教 建 躲 锭 品 埂 揪 光 冤 獭 居 歼 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date27浙江工业大学化材学院 刘华彦 表2-2 经过处理的数据 X0.00.10.20.30.4 -rA/mol/(ls)0.00530.0052 0.0050 0.00450.0040 1/(-rA)/ls/mol189192200222250 X0.

19、50.60.70.80.85 -rA/mol/(ls)0.00330.0025 0.0018 0.00125 0.0010 1/(-rA)/ls/mol3034005568001000 挟 衅 恿 挽 荷 坏 晨 完 酮 痘 敷 驴 浴 桌 竖 旗 多 孩 雨 返 盟 枉 阿 茸 进 汗 竣 馒 氏 敏 九 稻 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date28浙江工业大学化材学院 刘华彦 图2-1 经过处理的数据图 游 财 卞 欲 赠 湘 翟 剪 科 版 思 廉 噶 狡 患 耀 忌 币 值 炮 苯 缴 瑰 犀 焚 命 酒 蓉

20、谗 枫 肯 僳 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date29浙江工业大学化材学院 刘华彦 例2-2 确定CSTR反应器的尺寸 用表2-2或图2-1中的数据，计算CSTR中转 化率达到80时所需的体积。 图E2-2.1中的阴影面积乘以FA0后将给出达 到 80转化率(即X0.8)时需要的CSTR反 应器体积。 赤 菱 拈 瞻 移 膛 政 晕 诺 羔 象 枉 刑 陇 邦 挂 儒 皆 哗 惹 死 袋 朔 骚 奏 动 箕 训 昭 婴 剪 丹 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器

21、 的 尺 寸 Date30浙江工业大学化材学院 刘华彦 图 E2-2.1 荒 宜 族 娃 娱 研 墟 食 韵 瞥 信 灌 萝 逻 蜜 械 说 厩 捉 看 嘛 钧 惊 沃 瞅 寇 绣 怎 挡 桌 绩 豆 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date31浙江工业大学化材学院 刘华彦 解：入口条件为v0 6L/s， p010atm， yA00.5 ， T0422.2K 组分A的入口摩尔流率 a）CSTR设计方程 -rA为出口转化率X下的反应速率 侗 蔚 拭 匪 庆 疤 舞 棺 星 苯 狮 管 蝇 汝 缸 措 阀 醒 氯 累 赔 莆

22、琢 帘 痪 铬 扬 鲸 窄 加 纹 耿 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date32浙江工业大学化材学院 刘华彦 根据表2-2或图2-1，当X = 0.8 时，有 说 恒 浙 雌 灼 宵 喷 捎 松 敏 敬 章 随 抢 大 噎 掠 祥 虫 棺 割 匀 财 票 藐 依 月 氏 瑚 按 甸 滑 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date33浙江工业大学化材学院 刘华彦 b）CSTR反应器的体积 转化率80时，CSTR体积为555L 妻 凝 煮 六 拂 擞 家

23、 唤 菲 丫 耙 供 咏 冒 停 潦 抨 仪 又 岗 仅 迭 诗 风 摄 板 渣 矗 廊 尺 亢 赴 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date34浙江工业大学化材学院 刘华彦 例2-3 确定PFR反应器的尺寸 由表2-1和表2-2中数据描述的反应在PFR反 应器中进行。入口摩尔流率5mol/s。计算达 到80转化率时PFR反应器体积 用附录A.4给出的积分公式计算 VPFR 将图2-1阴影的面积乘以FA0后即为 VPFR 定性做出转化率X和反应速率rA沿反应器长 度（体积）变化的草图 。 梅 紫 婶 累 范 肢 扛 篱 存

24、 泞 颁 闹 损 咨 略 恭 它 纳 催 寸 黄 裴 坐 杀 翱 戚 统 惰 蜕 鸯 欲 盾 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date35浙江工业大学化材学院 刘华彦 挺 哗 碾 狼 崇 涵 煎 沛 肝 寐 郡 玄 迢 诗 捻 暖 姓 在 父 腮 蛛 重 拜 隧 燎 实 量 淬 够 口 到 踊 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date36浙江工业大学化材学院 刘华彦 釜 肩 绪 批 以 镭 捕 爪 葛 湿 毒 涛 脸 诀 摇 修 俞 决 靳 紫 意 紧

25、 砸 桑 豢 考 呻 掉 匡 价 欺 瞅 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date37浙江工业大学化材学院 刘华彦 解: a)PFR反应器 当X=0.80时，步长X0.2 的五点二次公式积分 磅 狼 威 仕 呻 挖 额 漆 疙 庐 渍 叫 墟 酸 薪 牙 滚 拴 频 痢 湿 谤 掠 酋 爷 迁 摹 扇 砌 恰 稽 衫 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date38浙江工业大学化材学院 刘华彦 b)上述积分为(1/-rA)X曲线下的面积 X=80时，阴影面

26、积约为 260(Ls/mol) FA0=0.867mol/s，X=80 时, V PFR=225L 掌 靖 低 础 渴 敏 桥 被 惦 修 涕 蟹 缓 倪 扇 提 逻 哀 妨 闻 敝 甩 喷 巡 医 蚁 洱 缺 片 醉 痔 奎 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date39浙江工业大学化材学院 刘华彦 (c) 作-rA和X沿反应器长度变化的简图。 当X=0.2 时，用步长为X=0.1的 Simpson法计算 相应的反应器体积 碗 流 奎 挫 比 券 茶 桃 晾 暇 频 盼 差 忙 觉 磷 蜂 芥 槛 絮 抚 骆 咎 错 浪

27、邻 师 佬 胡 艺 氓 镰 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date40浙江工业大学化材学院 刘华彦 X=0.4 依此类推，得到 表 E2-3.1 转化率分布 V/L033.471.6126225 X00.20.40.60.8 0.00530.0050.0040.00250.00125 驻 致 例 秆 鹏 次 侮 簇 锑 树 嘛 原 活 旅 卜 蜡 衫 卫 溺 可 滚 碴 争 挝 押 秧 垦 十 殿 藏 娘 陆 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date

28、41浙江工业大学化材学院 刘华彦 铭 讶 标 滁 欢 酥 苇 仿 楚 抨 蕾 维 粟 羔 穗 云 灵 箕 忱 娄 夫 谋 雪 傀 赦 难 监 芋 蜂 颓 魄 合 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date42浙江工业大学化材学院 刘华彦 例2-4 比较CSTR和PFR大小 利用图2-1中的数据去研究为达到60的转 化率，比较CSTR反应器或 PFR反应器，哪 种所需的体积较小 两种情形中进 料条件相同，入口摩尔流率为 5mol/s 己 谍 殉 烘 磐 纫 池 毁 傅 薄 黄 宠 忧 厦 趣 瞄 龋 艺 智 妒 灵 纂 裁 匈

29、 镰 仿 竟 个 访 慈 旷 迪 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date43浙江工业大学化材学院 刘华彦 解: 对CSTR反应器 达到60转化率时 纂 榨 湾 伸 操 切 拦 诵 瘸 仗 循 览 喧 控 兼 币 晌 曳 凌 毅 门 艰 虽 镊 守 谐 粥 绅 镭 龟 渐 镁 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date44浙江工业大学化材学院 刘华彦 对活塞流（管式）反应器 达到60转化率时 匹 吟 浪 拆 嫉 痔 艳 瑟 镣 凿 震 弃 癣 叙 农 克

30、 育 杠 炎 牡 柠 渔 滩 伴 窄 津 撮 裤 明 撑 啥 级 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date45浙江工业大学化材学院 刘华彦 FA0相同时，X=0.6时，VPFRVCSTR (下图) 对于反应级数大于零的等温反应，上述结 果总成立 研 起 立 候 肘 耕 诸 罐 哎 云 涡 浆 刃 调 默 羌 瘦 哟 缺 进 油 匀 粕 瓦 松 孔 槛 美 肥 郭 依 撅 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date46浙江工业大学化材学院 刘华彦 反应器型

31、式返混程度浓度水平适宜反应类型 BR PFR PBR 0高反应级数大于0 CSTR低反应级数小于0 饵 严 似 尘 杜 治 骋 鹏 讫 构 艰 骇 个 练 领 寺 镍 截 讶 因 荤 壁 顷 冻 兵 姓 奥 菲 涕 婚 振 用 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date47浙江工业大学化材学院 刘华彦 2.4 反应器串联 Reactors in Series 转化率X为进入第一个反应器的每摩尔组分 A，在达到某一位置时反应掉的组分A 的总 摩尔数 这一定义只适用于没有侧线抽出，且原料只进 入串联反应器中的第一个反应器情况 傣

32、 伎 眨 鳖 厅 幕 撒 疟 挝 恭 廷 宙 墩 北 掌 苍 川 歼 慈 瓦 勒 衣 看 秃 缨 杜 醇 畅 罩 睹 嘴 涌 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date48浙江工业大学化材学院 刘华彦 渣 堆 囚 绷 椭 时 帝 禁 需 或 膏 令 状 驮 好 收 视 寥 钡 恕 帮 梢 撒 站 钩 欧 皮 炊 爬 琶 断 趁 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date49浙江工业大学化材学院 刘华彦 第一个PFR，体积V1 中间CSTR 第三个PFR 垣

33、 内 饿 在 澈 雅 摈 抚 磺 鸡 焉 踪 恋 鱼 司 乙 秃 尚 坷 悼 圾 都 蜂 汾 堤 虫 罚 磐 呆 耳 按 砧 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date50浙江工业大学化材学院 刘华彦 例2-5 串联CSTR反应器体积比较 两个串联的CSTR反应器的总体积是多少？ （FA20.2FA0。） 谰 设 汇 戍 湖 昔 恒 龄 盎 嵌 公 句 童 垦 冻 绩 捌 殷 彩 饺 席 卤 恨 啡 了 真 摄 沤 主 杯 桨 唯 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的

34、 尺 寸 Date51浙江工业大学化材学院 刘华彦 解: FA00.867mol/s 反应器1，当X10.4时, 反应器2，当X20.8时， 蒜 芋 颜 勺 职 哩 杀 篓 蛀 层 褐 两 抑 援 莱 驰 颗 谜 尉 囚 辛 咸 禾 孰 蛮 访 肠 协 棺 昂 尚 疯 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date52浙江工业大学化材学院 刘华彦 2-CSTR串联总体积为 V1+V2364L 单个 CSTR的体积为 岔 烁 琐 驾 勘 增 淆 逼 袁 颂 板 啪 锹 疾 痪 航 叮 渴 纹 丛 捎 左 饿 焦 袍 狙 袖 屠 慌

35、 丝 乾 溅 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date53浙江工业大学化材学院 刘华彦 例2-6 串联活塞流反应器的尺寸 计算两个串联PFR的体积V1和V2。入口摩 尔流率为0.867mol/s 再 丸 琴 尚 碍 淹 挖 哆 哎 枢 宙 锰 沪 赌 完 中 辐 霸 敦 束 嘴 泥 雍 轻 埂 荚 逻 潮 椿 糜 凉 隙 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date54浙江工业大学化材学院 刘华彦 解: 使用Simpson法计算积分 1# PFR：X0=0

36、 ,X1=0.2,X2=0.4,且X0.2 房 豁 融 们 垮 双 鬼 啤 峦 典 虑 庇 杨 留 喘 娩 埠 谜 祖 驰 啮 舵 铸 占 掏 雏 处 伍 荤 祖 囤 桓 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date55浙江工业大学化材学院 刘华彦 2# PFR: 总体积为 V1+V2225L 使用一个PFR与两个PFR串联并无实质性的变化； 达到相同转化率所需的反应器总体积相同 裹 秉 舰 班 恳 刚 菇 起 赢 份 惨 取 匿 环 霞 迈 洒 摸 拯 肘 缕 曝 掖 劈 翻 樱 赁 枫 兢 纶 烷 营 第 2 章 转 化

37、率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date56浙江工业大学化材学院 刘华彦 其它的排布方式： CSTR与PFR串联 每个反应器的尺寸确定，CSTR在前 或PFR在前的最终转化率 X2 不同 中间及出口转化率指定，反应器体积 及其加和值对不同的排列顺序也不同 尘 挚 兄 增 段 忿 症 导 方 策 可 满 完 弱 穆 粥 奶 脑 捍 囤 羹 淫 掠 吐 颖 潦 痰 梯 瑶 牵 症 理 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date57浙江工业大学化材学院 刘华彦 例2-7 比较反应

38、器的排布顺序 当X1=50,FA00.867 mol/s时，计算图中 单个反应器的体积以及反应器的总体积 叛 敌 馁 秉 邓 燎 且 贸 焙 拙 招 纸 悟 坦 犬 蚀 扦 历 栏 鸭 邓 脊 辖 簿 钠 纵 哀 樱 棚 洼 雨 浸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date58浙江工业大学化材学院 刘华彦 解： 图A PFR反应器 CSTR反应器 VtotalV1+V2305L X1=0.5 戏 性 丛 详 零 肺 枫 乃 吓 味 迭 费 赌 乐 某 柯 纯 掠 靡 符 却 壕 悠 扬 技 研 爆 秧 簿 挎 档 欢 第

39、2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date59浙江工业大学化材学院 刘华彦 图B CSTR反应器 PFR反应器 VtotalV1+V2 262L 拣 倔 过 坠 冯 腮 万 社 普 捍 紧 烬 幂 冒 邓 信 寓 挨 柄 强 甲 级 孽 巢 受 纷 吱 尤 呐 口 渺 垫 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date60浙江工业大学化材学院 刘华彦 椎 般 屹 藤 柱 娱 签 米 平 眯 憾 琉 底 妮 讫 研 林 汉 遗 姬 载 取 帆 焉 皂 渤 架 苗 斜

40、 萍 敞 饼 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date61浙江工业大学化材学院 刘华彦 2.5 更多的定义 相对反应速率 对反应 磁 肌 训 贪 灼 青 热 剩 桐 湾 哲 讽 承 骡 校 钻 袍 与 巷 氢 呆 隔 膘 的 挠 拧 揪 参 沸 岳 廷 禁 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date62浙江工业大学化材学院 刘华彦 2.5 更多的定义 空时 (space time) 反应器体积除以反应器的入口体积流率 基于入口条件处理整个反应器体积的流体

41、所必 需的时间 也称为保持时间或平均停留时间 凌 叠 朋 滚 盲 趣 辆 渭 京 坊 命 枚 魄 腔 愿 摘 欧 良 虱 演 卉 木 耍 掺 挖 洲 薛 猛 祸 镰 蝴 追 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date63浙江工业大学化材学院 刘华彦 Typical Space Time for Industrial Reactors Reactor Type Mean Residence Time Range Production Capacity Batch15min to 20h Few kg/day to 100,00

42、0 tons/year CSTR10min to 4h 10 to 3,000,000 tons/year Tubular0.5s to 1h 50 to 5,000,000 tons/year 舟 沿 抗 岗 绰 忘 奔 悸 阴 芹 贡 历 继 混 剑 耘 施 租 话 讽 书 奶 佐 茵 臆 闷 迷 彪 蛤 击 着 哗 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date64浙江工业大学化材学院 刘华彦 Sample Industrial Space Time ReactionReactorT P atm Space Time C2

43、H6C2H4+H2PFR86021s CH3CH2OH+CH3COOH CH3CH2COOCH3+H2O CSTR100 12h Catalytic crackingPBR490201s 400s C6H5CH2CH3C6H5CH=CH2+H2PBR60010.2s CO+H2O CO2+H2PBR300264.5s C6H6+HNO3C6H5NO2+H2OCSTR50120min 亮 鉴 蛔 斥 涕 痔 戍 置 巧 这 判 蝇 渤 徘 夜 逊 蒙 稗 声 偶 脐 虽 侵 岛 憎 皆 米 霹 敛 要 边 阉 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应

44、 器 的 尺 寸 Date65浙江工业大学化材学院 刘华彦 2.5 更多的定义 空时 PFR设计方程 CSTR设计方程 骋 貌 椅 啥 褂 纂 掳 乓 戒 啪 患 何 吸 拌 虽 纠 矢 拱 膨 肮 租 阑 草 转 况 险 类 蛛 湖 刘 买 乓 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date66浙江工业大学化材学院 刘华彦 2.5 更多的定义 PFR设计方程改写成CA的形式 贸 健 隐 蚀 兔 盂 珠 瑞 妮 肢 返 商 荤 烁 堰 铺 汉 砂 出 孔 输 勋 尹 利 仟 阻 明 亢 企 态 计 喀 第 2 章 转 化 率 和

45、 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date67浙江工业大学化材学院 刘华彦 2.5 更多的定义 CSTR设计方程改写成CA的形式 特 之 幅 伯 绰 滓 梯 律 胃 沸 赚 井 网 姚 旦 陨 疫 轧 孝 蔼 舆 凛 枯 栓 获 般 拭 孔 诡 拦 猖 埃 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date68浙江工业大学化材学院 刘华彦 2.5 更多的定义 恒定体积等温反应 星 踞 堤 污 耗 镣 恳 染 姐 叔 碎 桌 颐 鹊 泛 汉 疥 妓 儒 熏 铰 偏 明 樱 呵 馅 洼 兢 痢

46、 虚 乙 笼 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date69浙江工业大学化材学院 刘华彦 2.5 更多的定义 空速（SV） (space velocity) 定义为 空时和空速这两个量的定义上是有差别的 空时用的是在入口条件下测量的体积流率 空速常常用到其他条件下测定的体积流率 LHSV液体小时空速， h-1 GHSV气体小时空速， h-1 (在标准标况下) 掇 返 彰 姿 袒 加 育 阔 遵 侩 枕 渣 簧 杂 莲 犀 阁 慈 麻 盯 越 噎 旧 院 强 灾 面 敲 痛 招 了 必 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器

47、的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date70浙江工业大学化材学院 刘华彦 小 结 1.本章有三方面的内容： 定义了转化率X，给出了用X表示的摩尔衡算方程 将rA表示成转化率的函数，可以确定反应器尺 寸，或者在给定反应器尺寸时，计算转化率 利用化学计量方程，关联了反应物和产物的相对 反应速率 幢 蒂 腐 粟 佑 靠 蛤 寅 秘 株 幂 赔 阑 摆 鸳 喉 罩 准 霞 鞋 滩 痛 氦 兄 雕 还 寝 耐 墒 幅 旦 隧 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date71浙江工业大学化材学院 刘华彦 小

48、 结 2.对于反应 相对反应速率可以表示为 褐 枯 艺 恫 巷 布 钥 撩 率 娄 稀 够 惨 事 瞅 棕 明 蔗 杀 套 酞 苗 谴 瓶 邦 冕 溶 惫 浆 橇 屿 橱 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date72浙江工业大学化材学院 刘华彦 小 结 3.转化率X是进料中每摩尔组分A被反应掉 的摩尔数 间歇系统 连续系统 阉 旋 跨 图 汪 距 畔 笋 掷 竞 考 榜 俞 狙 锹 缩 爸 迎 雷 崭 巢 珍 幻 宛 龄 空 骂 旁 六 粹 看 伺 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 第 2 章 转 化 率 和 反 应 器 的 尺 寸 Date73浙江工业大学化材学院 刘华彦 小 结 4.对于无中间抽出或多股进料的连串反应器 ，设计方程的计算可以通过用转化率代表 达到串联反应器中某一特殊位置时被反应 掉的总摩尔数而进行简化 杆 墅 侵 屡 开 反 净 茄 中 丑 撰 敛 绷 怂 赂 音 谜 念 碎 柜 湖 堵 煽 赴 咀 汪 搭 扩 拔 愿 印 原 第 2 章 转 化 率