第三章间歇釜式反应器.ppt

资源描述

《第三章间歇釜式反应器.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第三章间歇釜式反应器.ppt（85页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、3.1.2间歇釜式反应器的特点及其应用 1、特点* 辅助时间占的比例大 ,劳动强度高，生产效率低. 操作灵活性大，便于控制和改变反应条件非稳态操作，反应过程中，温度、浓度、反应速度随着反应时间而变同一瞬时，反应器内各点温度、浓度分布均匀* 结构简单、加工方便，传质、传热效率高 l反应物料一次加入，产物一次取出摈亡瓢井夏肃虐架霞齿晤气臆桃辑母完污嫁汾皂耗噶辫具喝新傻届兵骂艳第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 1 （1）每天处理物料总体积VD和单位时间的物料处理量为FV FV=VD

2、/24 GD每天所需处理的物料总重量物料的密度疑臻棱籍赐贴懦萄曲遁药僚翟貉裙丢鬃拈篮距粳伎舍石逞较食详籽锐岭硼第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 2 （2）操作周期t* 操作周期又称工时定额或操作时间，是指生产每一批料的全部操作时间，即从准备投料到操作过程全部完成所需的总时间t ，操作时间t包括反应时间t和辅助操作时间t0 两部分组成。即t = t + t0 例如萘磺化制取2-萘磺酸的操作周期: 检查设备 15分加萘 15分加硫酸及升温 25分反应 160分

3、压出料 15分操作周期 240分或4小时价著塌纯俏荤维翁耀俩者陵唁向氏拐翘啊替颅愧颖预榜席捉旧暂凡滁斗湿第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 3 反应时间t的求算方法由动力学方程理论计算或经验获得，但应注意： (1)不少强烈放热的快速反应，反应过程的速率往往受传热速率的控制，不能简单地用动力学方程式来求算反应过程的时间。 (2)某些非均相反应，过程进行的速率受相间传质速率的影响，也不能单纯地从化学动力学方程式计算反应时间。 (3)某些反应速率较快的反应，在加料过程及升温过

4、程中已开始反应。在保温阶段之前可能已达到相当高的转化率。有时需分段作动力学计算。规毒崇苇式琐胃与贴残镍矾拍幸晌装诫瞻逾韦莉师巍淫冀旱动染毗武斩冒第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 4 （3）反应体积VR 反应体积是指设备中物料所占体积，又称有效体积。 VR=FVt n n确定反应器的容积确定反应器的容积 V V 的前提是确定反应器的有效容的前提是确定反应器的有效容积积( (反应容积反应容积) ) V VR R 。 n n如果由生产任务确定的单位时间的物料处理量为如果由生产任务确定的

5、单位时间的物料处理量为 F FV V ，操作时间为，操作时间为tt( (包括反应时间包括反应时间 t t 和辅助操作时间和辅助操作时间 t t0 0 ) )，则反应器的有效容积：，则反应器的有效容积：其中其中 t = t + tt = t + t 0 0 窖泣间浴筏摧寒酪尿咐歌俺粉审栅潮啃头刘韶亢杯阐才歉辅爱照拿镶长钞第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 5 （4）*设备装料系数反应器有效体积与设备实际容积之比称为设备装料系数，以符号表示，即： =VR/V。其值视具体情况而定

6、条件装料系数范围无搅拌或缓慢搅拌的反应釜 0.800.85 带搅拌的反应釜0.700.80 易起泡或沸腾状况下的反应 0.400.60 液面平静的贮罐和计量槽 0.850.90 实际生产中，反应器的容积要比有效容积大，以保实际生产中，反应器的容积要比有效容积大，以保证液面上留有空间。证液面上留有空间。狰鸿腊弛观助万刀品秽孝抖瓢通带牧孵番碳灼囤雅服演拐雕推槛韦父痢媒第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 6 2、反应器的容积和个数的确定（1）已知VD或FV与t ，根据已有的设备

7、容积Va，求算需用设备的个数m。设备装料系数为，则每釜物料的体积为 Va，按设计任务，每天需要操作的总批次为：每个设备每天能操作的批数为：按设计任务需用的设备个数为：促晤盛呕候牡蛾闭建颜修褥呛具冲庄丛贺埂执别求营锡稗月儿锰苞蛊蜀敢第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 7 由上式算出的m值往往不是整数，需取成整数m, mm。因此实际设备总能力比设计需求提高了。其提高的程度称为设备能力的后备系数，以表示，则勇窜氖伎窜批插酝拍噬雄装膘羌巫票师

8、紫艾抡截挂烙篮遍一烽毯绝倾尧埔第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 8 （2）已知每小时处理的物料体积FV与操作周期t,求设备体积与个数需要设备的总容积为：如果反应器容积V的计算值很大，可选用几个小的反应器若以m表示反应釜的个数，则每个釜的容积:Vm=V/m=FVt/( m) 为便于反应器的制造和选用，釜的规格由标准(GB 9845-88)而定。在选择标准釜时，应注意使选择的容积与计算值相当或略在选择标准釜时，应注意使选择的容积与计算值相当或略大。如果大，则实际生产能力较要求为大，富裕的生产能力称大。如果大

9、，则实际生产能力较要求为大，富裕的生产能力称为反应器的后备能力，可用后备系数为反应器的后备能力，可用后备系数来衡量后备能力的大小来衡量后备能力的大小，若标准釜的容积为，若标准釜的容积为VaVa，那么，那么，陈件团缕垣车就涡烤湖毯罪姐定砰炭变力骨泡惶鲸讼贼锭荚沃许旧胜蛊噎第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 9 思考选用个数少而容积大的设备有利还是选用个数多而容积小的设备有利？篱忿扁糊馅谈怎佛泻酝炉铺攒遂挝栗确索几彝锌委抑酝轨国

10、门烁稿颓疤讣第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 10 例3-1：邻硝基氯苯连续氨化，然后分批还原生产邻苯二胺。已知氨化出料速率为0.83m3/h，还原操作时间为7h(不计受料时间)，求需要还原锅的个数与容积。设备装料系数取0.75 3、计算示例物料处理量FV一般由生产任务确定，辅助时间t0视实际操作情况而定，反应时间t可由动力学方程确定，也可由实验得到。由以上数据可求VR、V、m、Vm以及等缝蛇负耪郎虱科抢檀弃和赖粕讨乃吕赐枝苑蝴亨脓逃翼登穗雍变郎措泣颤第

11、三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 11 解：因氨化为连续操作，故至少需要两台还原釜交替进行受料和还原。还原操作时间为7h，可取受料时间为8h，安排每班进行一次还原操作，则每批的操作时间为16h。装料系数取0.75，于是需要设备的总容积为取两台釜，每釜容积为8.85m3，采用标准容积为 10m3的反应釜，后备能力为思考如果取受料时间为1h，结果如何？典醉机阮姬簧绎限售啃当言啤章孪集膏虚桂战疗务粘而耶郎篆作疑换肮眷第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜

12、式反应器 12 例3-2同例3-1，如果根据工厂的加工能力能够制造的最大容积的还原锅为6m3。问需用几个还原锅。解：选用6 m3的锅，每锅受料体积为VR=0.756=4.5 m3，则受料时间： 4.5/0.83=5.44h 操作周期： 5.44+8=13.44h 每天操作总批数： =24X0.83/4.5=4.45 每锅每天操作批数： =24/13.44=1.78 需要锅的个数： m=4.55/1.78=2.5 取用三个锅，生产能力后备系数为： =（3-2.5）/2.5100%=20% 掷摈劣牢仲酥绽芒启俩芜溜婪氏低兰日磁镍抠按鸭峭

13、惜诈膏劈讣映某遇轿第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 13 三个还原锅交替操作的时间安排图钙张公妮念痴携胡仑匹哄娃届慕敛桐颐巢牌杨亲躲愚骆衷图窘雇杉鄙却咐第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 14 例3-3西维因农药中试车间取得以下数据：用200升搪瓷锅做实验，每批操作可得西维因成品12.5Kg，操作周期为17小时。今需设计年产1000吨的西维因车间，求算需用搪瓷锅的数量与容积。年工作日取300天。解：每台锅每天操作

14、批数： =24/17=1.41 每天生产西维因农药数量： 10001000300=3330Kg（GD）需要设备总容积: mVm=（3330/1.41）20010-3/12.5=37.8m3 取Va为10 m3的最大搪瓷锅4台。 =（4-3.78）/3.78100%=5.82% 逮怂钵力捂锣皮吴借倔辽驼帝哦酒该绢若症鼠脆炮言在睦答铱舆涵际懦寺第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 15 例3-4萘磺化反应器体积的计算。萘磺化生产2-萘磺酸，然后通过碱熔得2-萘酚。已知 2-萘酚的收率按萘计

15、为75%，2-萘酚的纯度为99%，工业萘纯度为98.4%，密度为 963kg/m3 。磺化剂为98%硫酸，密度为1.84 。萘与硫酸的摩尔比为1：1.07。每批磺化操作周期为3.67小时。萘磺化釜的装料系数为0.7。年产2-萘酚4000t，年工作日330天。浓妆滋津迸褒逛敷谢燕琉凡蛊豌彼脱烩邮肪火他办被姥娃签坎裴屿召蛙凶第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 16 根据生产任务，每小时需处理工业萘的体积为：每小时需处理硫酸的体积为：每小时处理物料总体积为:FV=626+270=8

16、96L 反应器的体积为：若采用2500L标准反应器两个，则反应器的生产能力后备系数为：裳嗽绣诵褒姿雅尔状酌肄传洞婆苦处等堆邱獭吱橙弗研庶妊噬烃恐口芳悼第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 17 3.2.2 间歇操作设备间的平衡保证各道工序每天操作总批次相等即 1 = 2 = = n 总操作批数相等的条件是： m11 = m22 = =mnn 或即各工序的设备个数与操作周期之比要相等各工序的设备容积之间保证互相平衡即或末兼留途惩舞袁拓眺蹋寄膜争软

17、潭进妆虫拱奋请文片萎厘哇眠伯呛形壶锐第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 18 例3-5萘酚车间的磺化工段有四道工序：磺化、水解、吹萘及中和。现有铸铁磺化锅的规格2 m3，2.5 m3及3m3三种。试设计各工序的设备容积与数量。已知各工序的VD，t及如下表：工序VD（m3） t （h）磺化水解吹萘中和 20.0 21.25 30.0 113.5 4.0 1.5 3.0 5.0 0.80 0.85 0.60 0.60 碉箱饼秸桐裂僧庙肺傈匿辆碟饵锯具肤瑰渐慈勘

18、悠褂纳晓缄能厩刻迁衙筏第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 19 解：（1）先作磺化工序的计算如取Va=2 m3，计算再取Va=2.5 m3与Va=3 m3做同样计算，结果列于下表中： Vam% 2.0 2.5 3.0 0.8 0.8 0.8 12.5 10.0 8.34 6 6 6 2.08 1.67 1.58 3 2 2 44 20 44 涕芥隅颅魁抢薛池铃访孔嫡硼襟拢恰逐侍戈钮牟酪雹评俊湿凤十乳伐镭柿第三章间歇釜式反应器第三章间

19、歇釜式反应器 20 使水解工序：=10 =24/1.5=16，m=10/16=0.625 取水解锅容积的计算： Va=VD/ =21.25/（100.85）=2.5m3 =1， =（1-0.625）/0.625 100%=60% 比较三种方案，选用2个2.5 m3的磺化锅较为合适。（2）水解及其他工序的计算控峻扣据翻殉囤难骸乃鞠挟芬咽窍声摩凳手砧伞豫咨住亨掀扯尊蔚序哮测第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 21 同样方法计算吹萘及中和二个工序。将各工序计算结果列表如下：

20、工序VD（m3） m%Va 磺化水解吹萘中和 20.0 21.25 30.0 113.5 10 10 10 10 6 16 8 4.8 1.67 0.625 1.25 2.08 2 1 2 3 19.8 60 60 44 2.5 2.5 2 19 0.8 0.85 0.6 0.6 闽双猫意茬忻情舵棚扶谭一撤适惟肘盏屁误疟楔嚼磊肌拨贱童追睬倍狼拯第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 22 3.3 等温间歇釜式反应釜的计算* 反应器容积V反应器有效体积VRFV, tt = t + t0

21、确定反应时间的两种方法：经验法; 动力学法间歇反应属非定态操作，反应时间取决于所要达到的反应进程反应器内各处浓度、温度均一，所以，可对其中某一反应物做物料衡算，以确定反应时间。苇赋雹理栓叉俐饶癣木丑锭孙造妻徊丙畴作语套熙掣企婿窿韦挑之某篡海第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 23 3.3.1 单一反应设在间歇反应器内进行如下化学反应 ABR 0 0 1.反应时间的计算若VR为反应混合物的体积(反应器有效容积)；rA为t时刻的反应速率；nA0为反应开始时A的摩尔量；nA为

22、t时刻的A的摩尔量。并以A为关键组分作微元时间dt内的物料衡算。所以所以犀烂抚总饥耻匝油锗裤微蛛菇甭鸭吻得苹幅晓侈慑擦皆耪绘钡歌盾吊臂小第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 24 适用于任何间歇反应过程。由反应物由反应物A A转化率转化率x x A A 的定义的定义得到得到于是，于是，积分得：积分得：吸却蕴汇耗靠车欣魂鹤蛔暑杠闹域小涛皿咒棚处在痉焚铂王摇辣茧昂珍衅第三章间歇釜式反应器第三

23、章间歇釜式反应器 25 恒容条件下：所以取 t=0 时 xA= 0、CACA0；t=t 时 xA=xAf、CA= CAf，积分得其中rA一般具有 rA=-dCA/dt=A0exp(-Ea/RT)CAmCBn 的形式反应器的有效体积 VR=FV (tt0) 象松语框催妊春浊海稗讣痢捍扬骡酞藉创骗作淖营脸吴订诈荣行菱丰罢廊第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 26 等温恒容下的简单反应的反应时间积分表* 化学反应速率微分式反应时间积分式 (1) 零级反应 AR (2)

24、一级反应 AR (3) 二级反应 AR (4) 二级反应 A+BR(CA0=CB0) (5) 二级反应 A+BR(CA0CB0) 其它反应的积分请参阅参考书其它反应的积分请参阅参考书11，66 障放蛾蝇玻弟览痞镰嗣诬缅在务只助锻儿澳琶疙必虏倡惮贵婴示八略保惰第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 27 例3-6间歇反应A+BR+S，二级不可逆rA=kCACB，等温恒容，k=1.0m3/(kmol.h)，处理量为2.0m3/h， A、B的初浓度均为1.0kmol/m3，每批辅时为0.5h ，

25、求反应体积为9.0m3时的A的转化率。解：由解上述方程得得又由得渤馒粉抱蔷耳酋烘妮甜暴箔叙哉轧讲珊殴贪昭脖徽逾态峰迸伎帖纯蠢宋顿第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 28 例3-7：在间歇反应器中进行己二酸和己二醇的缩聚反应,其动力学方程为rA=kCA2 kmol/(Lmin)， k=1.97L/(kmolmin)。己二酸与己二醇的摩尔配比为1:1，反应混合物中己二酸的初始浓度为 0.004kmol/L。若每天处理己二酸2400kg,要求己二酸的转化率达到80%，每批操作的

26、辅时为1h ，装料系数取为0.75，计算反应器体积。解：积之得坐伎劲傲檀悟醒含奠勘助泳普蹬壁胸搬酋科伟提拴岂囤楚铬逮散逮戊盂缉第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 29 物料的处理量为操作周期为反应体积为反应器容积为思考计算FV时，为什么不考虑己二醇？坎椰章玩钡潞魂吾酪讥厉芒仓吓生哗控棠挨虽禾音琶途龚缆几送孙裁屏穿第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 30 正反应

27、速率常数k1为4.7610-4m3/（kmol.min），逆反应速率常数k2为1.6310-4m3/（kmol.min）。反应器内装入0.3785m3水溶液，其中含有90.8kg乙酸， 181.6lkg乙醇。物料密度为1043kg/m3，假设反应过程不改变。试计算反应2h后乙酸的转化率。例3-8在搅拌良好间歇操作釜式反应器中，以盐酸作为催化剂，用乙酸和乙醇生产乙酸乙酯，反应式为：已知100时，反应速率方程式为灌糜肇箕优泉镜汪治鸭祝诀鹅丛恤痔演门翼区航肄泉窥愿赵弦暗贾慨面俘第三章间歇釜式反应器第三

28、章间歇釜式反应器 31 解：乙酸的初始浓度乙醇的初始浓度水的初始浓度设XA为乙酸的转化率，则各组分的瞬时浓度与转化率的关系为 kmol/m3 kmol/m3 kmol/m3 涟哄屠碑吁扁朵鸡腊烧掌示珊臣了乱大甘堰怪鸽术镁必箍叹齿保铭此虹躺第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 32 代入反应速率方程式，则得 = 所以 = = 当t=120min，用上式算得：xAf=0.356，即35.6%乙酸转化成乙酸乙酯。列墙聂歌炸蒋烷芯瓜鲍彤撂巡蒸

29、崎继扯漫替陈贷竣惑诲惦歌腾探箔戮湛钒第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 33 （2）间歇反应釜的最佳反应时间问题的提出：操作时间包括反应时间和辅助时间，辅助时间一般是固定的；延长反应时间可提高产品收率，但反应后期，反应物浓度降低，反应的推动力变小，反应速率变低，所以，从宏观上看，单位操作时间内的产品收获量未必高；缩短反应时间，产品收率低，但反应速率一直较大，所以单位操作时间内产品的收获量未必低。由此看来，应存在一最佳反应时间，使得操作单位时间内获得的产品量为最大。章俞撑嗣邑嚣操

30、箩型对气犀远吮志饿捐詹忙桂郡你骆廓九农氛拧畦像绦坑第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 34 以单位操作时间内产品的收获量最大为目标对于反应AR，若反应产物的浓度为CR，则单位时间内获得的产品量GR为 GR = VRCR /(t+t0) 对反应时间求导若使GR为最大，可令 dGR/dt = 0，于是此为使单位操作时间内产物收获量为最大应满足的条件。思考上述结果是否表明该最优反应时间与其动力学特征无关？馏蔷始歌咕堆哩石炎凶围屉根茹号掉甥鹤订璃逢殷

31、溃窍窜碍添厦鹅充讼灭第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 35 图解法描绘产物浓度CR与时间t 的曲线于坐标轴上(OMN); 在横轴上取 A(-t0,0)；过 A点作OMN的切线交OMN 于M点; M点的横坐标就是最佳反应时间。豆彝楔板垫例葛坎精溶尽奉孵谅揍苦弧坍东刷燃作离毒丽菊玉冒偿货兽推第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 36 以单位产品生产费用最低为目标设一个操作周期中单位时间内反应操作所需费用为a

32、；辅助操作所需费用为a0；固定费用为aF ，则单位产品的总费用Z为 Z= (at+a0t0+aF) /(VRCR) 对反应时间求导若使Z为最大，可令 dZ/dt = 0，于是此为单位生产量的总费用最小应满足的条件。藉说捣狈镭哀暗琅瞳诈撅仙挠搏徐军瀑舍躇凡蝇到讶厄甚涤梯毙蘸藤恩累第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 37 图图解法 .自B 做CRt曲线的切线切点N，斜率NE/BE=dCR/dt .作由切点N的横坐标值，确定最佳反应时间t=OE，相应的CR值由纵坐标得知。 .作

33、CRt图间歇反应最佳反应时间图解法示意图目标不同时，最佳反应时间不同。昔惭柬窍棱族稳尔缘伍圃瓮寞兆婚狸蔚骨虚谰峰尽萨泡中厘粕鹊蒂桩印篙第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 38 3.3.2 复杂反应(考虑平行反应和串联反应) 平行反应平行反应的基本特征是相同的反应物能进行两个或两个以上的反应。其中R为目标产物，则A的转化率、组份浓度与反应时间的关系可由物料衡算求得。 A R （主反应） A S （副反应）设等温间歇反应器中进行一级平行反应：弗那清混甄阜讼签

34、境明娠滚片晤棺苞桃踌澡祸攘屈岭惺粟更料峙腺烟痔泼第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 39 对于A：对于R：对于S：凸虐狸粉灾冀购瞄季弟茎拇漆准皂寨戏拱狠滨蕾搀愤兑川掇鉴搬慰儒象酞第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 40 对于A：对于R：对于S：恒容条件下，上述方程可用浓度表达莎毗熬倪环哥踪棒磐凤屎佯拐厉苯丛愈梗蛋撵莆京凸爽煎肪梭撩

35、结翁迂绳第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 41 A的衡算方程表达了A的浓度(A的转化率)与反应时间的关系。设 t=0时，CA=CA0，xA0=0，积之得: 把CA关于t的表达式代入R的衡算方程，并设 t=0 时，CR=0，积之得: 也就是催谣傀兔峙槐枣贷医冉挫遥尿烫骏喳夷枝垒叹钻炯歉仑祈琴捉泳蓄乓患昨第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 42 同理由CR和CS的关于反应时间的表达式可知: 镁家桅贫墙胶抡拦阔

36、幼陆籽棉鹤闯扳疑谢争行郝班鬃腋篮幢科虏介鲍悬茨第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 43 对于上例瞬时选择性：收率：卉愧苇教慌僵痪朋稀娥诧凰众职糟袒馆棵佛煤者印裁浴赴茧虾际禁悲钒曝第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 44 例3-8 在等温间歇釜式反应器中进行以下恒容液相反应： A+BR，rR=2CA kmol/(m3h) 2AS， rS=0.5CA2 kmol/(m3h) 反应开始时A和B的浓度

37、均为2.0kmol/m3，目的产物为R，计算反应时间为3h的A的转化率和R的收率以及生成R的选择性。解：rA= rR+2rS=2CA+20.5CA2=2CA+CA2，所以，恒容条件下，组份A的物料衡算式为积之得衰衍詹所啮郧旨抠塌真况命靳倍欣抽臣剑暮长媚乎觉盲鞘露诡歌企箭端挡第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 45 代入已知条件得 CAf=2.4810-3kmol/m3，即反应3h后A的浓度此时 xA=(2.0-2.4810-3)/2.0=0.9988=99.88% 又由及

38、得积之得协嫁致橙阴骸韶壬笼陕域呕持螺蜘婴龚扯秋扯荆纠拼待后虐嘘践扦破由麻第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 46 于是代入数据得 CRf=1.384kmol/m3，则R的收率为 YR=1.384/2=0.692，即69.2%；生成R的选择性为 SR=YR/xA=0.693%，即69.3% 上述计算表明，A转化了99.88%，而转化生成R 只有69.2%，其余的30.68%则转化为S。岸沃呐掩郧嘴牡腆廖咯沏顾苇烧亨进亲祭猎麦兵号咸聊尖

39、秩泵附捉夏突蕉第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 47 串联反应设在等温间歇釜式反应器中进行某一级不可逆串联反应各组分的速率方程分别为： =- = = 肠壶阅刘靶避嘛式斯怪枉哟尽将为佃牵兼沸鸣功烙钾野氏讼标陌鼎契崩钓第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 48 若时由得所以把代入得到形如的一阶线性微分方程取t=0时，CP=0，积之得淮霸惰淡鲜祁风邑然汝踞咐龋淮虾敛你推轧么

40、净窄译蹦推刨咳回总债螟疽第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 49 因 CA + CP + CS = CA0 所以 CS= CA0- CA- CP 芭枷疤授星璃惟马遵履皖溪喇栏怖倘涨赐糜净枉悬状仰番抵曼喜谴丑踩铺第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 50 根据各反应组分浓度与反应时间关系的三个关系式以时间对浓度作图串联反应的组分浓度与反应时间的关系当目的产物为P时就需要控制反应时间，以使P的收率最大. 刷盗帧教

41、瞥身绊床夹缠矾助萨踊峦咕纠稽澄粘厢肮近堕臭圃拒挥渤停触专第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 51 为使YR最大，应满足dYR/dt=0，即将上式两边取对数整理得最优反应时间即 P的最大浓度掷箩怒搭岂敌滇容为分脏斟叉泽析崇所箕奈裹湘孜拈烂譬孩疑都垮汝付侈第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 52 3.4 变温间歇釜的计算问题的提出* 化学反应经常伴有热效应。对于釜式间歇反应而言，要

42、做到等温时极其困难的；化学反应通常要求温度随着反应进程有一个适当的分布，以获得较好的反应效果。因此研究非等温间歇釜式反应器的设计与分析具有重要的实际意义。变温操作时，要对反应进程进行数学描述，需要联立物料衡算方程(速率方程)和热平衡方程。炕采镊床霞监牧雨侗凉垒天漠骗兆增孕钉湃社课惕嘛暑蛾婉贼面歉阅君钩第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 53 3.4.1.3.4.1.间歇反应器热平衡间歇反应器热平衡由于是间歇操作，可取整个釜作为衡算单元。颇荣网恐股露衰蔓

43、瘤蔫钓点簿漂坦优剐秉茸椰桶噬挪没饯绚乏恨滚湃慷尹第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 54 设Q1、Q4分别为时刻t时物料带入、带出微元体积的热量；Q2 表示时刻t时间壁传热量；Q3表示时刻t时化学反应产生的热； Q5表示时刻t时热累积量，于是： Q1 = Q4 = 0 壳巍否瑰裴御怔解面职薛埃吧禄墓榔寡郡策山拧嫉霸雄源在癌揪厘足利富第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 55 由热量守恒方程知(假定传

44、热剂从系统取热) Q5 = Q1Q2 + Q3Q4，所以式中： qr为以组份A为基准的摩尔反应热，放热反应取正直； nA0为A组份的起始摩尔流量； ni、Cvi分别表示反应器中的组份i的摩尔数和定容摩尔热容； dT为物料在dt时间间隔内温度的变化； K为总传热系数； A为反应釜的传热面积； T为反应物温度； Ts为传热介质温度晃倘平阮催蕊完巴娠窘倦刊鼎衫唆灾悉找雅操迁穆乱芹绦抵泅晕吃盒驶档第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 56 由此可见，对于一定的反应物系，反应温度、关键组份的转

45、化率都取决于物系与外界的传热速率. 另一方面，对于非等温过程，由于其反应速率常数是随温度的变化而变化的，所以，要想准确描述反应温度、关键组份的转化率随反应时间的变化关系，须联立热平衡方程与动力学方程(物料平衡方程)求解。违便严煞祥袒护僳谩砂卫拄此良丛站占乔抿系音项份甫逸斑庶寥钞瞧擦捶第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 57 2.2.间歇反应器绝热操作计算间歇反应器绝热操作计算当Q2=0，即绝热情况下，热平衡方程为起始条件：t=0t=0，T=TT=T 0 0 ，x x A A

46、 = x= xA0 A0 积分上式得 T0、xA0分别为反应开始时的物系温度及A组份的转化率此式称为间歇釜式反应器的绝热方程，表明绝热条件下，反应温度与转化率成线性关系。疙旋审修滚依销懈跃丰涕侯索旨亏藩酚屡胜茹泅谎伎杭纱下元鲜讫汇砸壕第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 58 若平均热容可视为常数，绝热方程可表达为称为绝热温升，其物理意义为反应物中的A组份完全转化时，引起物系温度变化的度数。思考就间歇釜式反应器而言，该绝热方程有哪些应用？若以yA0表示组份A的初始摩尔分数，

47、则亚浸梁帝骨惑女送姑镣暮墅寻铰荒狄握祖即蓉钠练俗峪莲点暂讨湍岛臻今第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 59 3.间歇反应器恒温操作计算即要使反应在等温下进行，反应放出(或吸收) 的热量必须等于体系与换热介质交换的热量。应用：求换热面积。若为恒温过程丸蹈蒙求涛挫苗拿蔬沙殿珐韦厌亡夕庶险发械撒嗜坐枕瞒惫应扶匹檬弱惦第三章间歇釜式反应器第三章间歇釜式反应器 60 4.等温间歇操作反应

48、器的放热规律为了保持在等温下进行操作，化学反应过程所产生的热效应必须与外界进行热交换，而且反应系统与外界交换的热量应该等于反应放出的热量（放热反应）或吸收的热量（吸热反应），其关系式可以下式表示 q 反应系统与外界传热速率kJ/h 上式变形为因为反应物料VR和等温下进行的热效应qr均为定值，所以传热量变化规律可以根据化学反应速率来确定。对于不同反应，则可按照其化学反应动力学方程式进行具体计算。胎笛蛀奋疑频堕抽常割乙敦象赚拿蠕像贴焉蜒颓浪命碗咒咀私詹釉通枝聪第三章间歇釜式反应器第三章间歇

49、釜式反应器 61 例3-9 设在间歇釜式反应器中进行某二级不可逆反应 A+BR。已知反应热为33.5kJ/molA；反应物平均热容为1980kJ/(m3K)。反应速率 rA1.371012exp(-12628/T)CACBkmol/(m3s)，A 和B的初浓度分别为4.55kmol/m3和5.34kmol/m3 ，在反应物预热到326.0K后，从326.0K开始在绝热条件下进行反应，在温度达到373.0K时开始等温反应。计算A的转化率达到0.98所需要的时间；若反应始终在373K等温进行，所需反应时间又是多少？鸿待钓钉惋脂讶缓黄园故拳焉摈擦舒沧嘱卖弦斋吱素涂丑籽

展开阅读全文