理想反應(yīng)器整章教案免費(fèi)

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1、齊齊哈爾大學(xué)化學(xué)反應(yīng)工程教案第三章理想反應(yīng)器（IdealReactor）所謂反應(yīng)器的特性主要是指器內(nèi)反應(yīng)流體的流動(dòng)狀態(tài)、混合狀態(tài)以及器內(nèi)的傳熱性能等，它們又將隨反應(yīng)器的幾何結(jié)構(gòu)和幾何尺寸而異。反應(yīng)器內(nèi)不僅存在濃度和溫度分布，還存在流速分布。理想反應(yīng)器有兩類：理想混合（完全混合）反應(yīng)器和平推流（活塞流或擠出流）反應(yīng)器。完全混合反應(yīng)器是指器內(nèi)反應(yīng)流體處于完全混合狀態(tài)，在反應(yīng)器內(nèi)的混合是瞬間完成的，以致在整個(gè)反應(yīng)器內(nèi)各處物料的濃度和溫度完全相同。且等于反應(yīng)器出口處物料濃度和溫度，返混達(dá)最大限度。平推流反應(yīng)器是指器內(nèi)反應(yīng)物料以

2、相同的流速和一致的方向進(jìn)行移動(dòng)，完全不存在不同停留時(shí)間的物料的混合。不存在返混。具有良好攪拌裝置的釜式反應(yīng)器近似按完全混合反應(yīng)器處理，而管徑小，管子較長和流速大的管式反應(yīng)器按平推流反應(yīng)器處理。3.1分批式操作的完全混合反應(yīng)器所謂分批式（又稱間歇）操作，是指反應(yīng)物料一次投入反應(yīng)器內(nèi)，而在反應(yīng)過程中不再向反應(yīng)器投料，也不向外排出反應(yīng)物，待反應(yīng)達(dá)到要求的轉(zhuǎn)化率后再全部放出反應(yīng)產(chǎn)物。分批式操作的缺點(diǎn)：非生產(chǎn)性的操作時(shí)間長（即每次投料、放料、清釜和加熱的時(shí)間），產(chǎn)物的損失較大且控制費(fèi)用較大?！?00（-r）V可得A的衡算式：寫

3、成轉(zhuǎn)化率的形式x：=（-r）V-39-齊齊哈爾大學(xué)化學(xué)反應(yīng)工程教案積分得：或t==－(V恒定)t為使A反應(yīng)達(dá)到所要求轉(zhuǎn)化率x所需時(shí)間，非生產(chǎn)時(shí)間t,每批操作所需時(shí)間為t+t。對(duì)于等溫分批式操作直接將－r代入積分可得t。但大多數(shù)是非等溫操作（絕熱操作和變溫操作）。3.1－1變溫操作用夾套內(nèi)蒸汽加熱，用冷卻盤管放熱。反應(yīng)器內(nèi)熱量衡算：＋＝UA（T－T）(-H)(-r)V即UA（T－T）+(-H)(-r)V=式中：U為總括傳熱系數(shù)，A為傳熱面積，c和為反應(yīng)流體的定容比熱和密度，H反應(yīng)的焓變，T冷卻（或加熱）介質(zhì)的溫度。對(duì)于恒

4、容過程，將=-rV代入上式＝＋（T－T）式中（－H）-39-齊齊哈爾大學(xué)化學(xué)反應(yīng)工程教案上式為變溫操作熱量衡算式，要求反應(yīng)時(shí)間要將t==－聯(lián)立求解。3.1－2絕熱操作(-H)(-r)V=對(duì)于恒容過程有＝或＝（（－H））t=0,T=T,=。積分得T=T=（-）注：當(dāng)原始物料中不含產(chǎn)物則=0，如含有產(chǎn)物p（若為）,則須按計(jì)量系數(shù)換算。=式中為原始物料中A的濃度，=+表示當(dāng)原料按無產(chǎn)物基準(zhǔn)來換算的組分。利用T=T+（-）代入t==－求所需時(shí)間t。例1.一級(jí)不可逆液相反應(yīng)A=2R其中：k=9.52×10exp(h)，已知：H=

5、，A（吸熱反應(yīng)）；=反應(yīng)物料=0,R的分子量M=60，=2.30要求反應(yīng)終了A的轉(zhuǎn)化率x為0.7，裝置生產(chǎn)能力為50000kg產(chǎn)物R／天。所提供的加熱蒸汽可在所不惜110℃至180℃之間調(diào)節(jié)。根據(jù)估算t=0.75h，試求：-39-齊齊哈爾大學(xué)化學(xué)反應(yīng)工程教案1）50℃下進(jìn)行等溫操作所需的有效容積？傳熱系數(shù)為1799.2kJ/mh℃。2）溫操作所需的容積？初溫50℃，最高溫超過65℃，相應(yīng)的傳熱面積？解：1）等溫操作(i)反應(yīng)時(shí)間t的計(jì)算t===lnk=0.92t==1.13h每批操作時(shí)間為（t+t）=1.31+0.75

6、=2.06h(ii)反應(yīng)器容積確定：終了時(shí)的濃度，C=2x=3.22=V==22.2m(iii)加熱面積和蒸汽濕度控制反應(yīng)初期C最大，傳熱速率應(yīng)最大，開始采用180℃蒸汽加熱，＝0，即A＝（－r）為C＝C＝2.3kmol/m時(shí)的速率。A＝＝10.25m反應(yīng)速率漸小，蒸汽溫度也下降，最低110℃，首先確定T＝110℃，A＝10.25m的條件下仍在50℃的轉(zhuǎn)化率x,(1--39-齊齊哈爾大學(xué)化學(xué)反應(yīng)工程教案=1=0.46當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到x=0.46時(shí)，溫度降至下限，只能靠降低傳熱面積。=6.653.1-3分批式操作的優(yōu)化分析用

7、兩種目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化:1.著眼于反應(yīng)器的平均生產(chǎn)速率Y為最大的優(yōu)化上式對(duì)t求導(dǎo):也可以可用圖解法求得使反應(yīng)器平均生產(chǎn)率最大時(shí)的轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)時(shí)間。例:計(jì)算上題中等溫操作反應(yīng)器的平均生產(chǎn)速率為最大時(shí)的轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)時(shí)間。解:微分得或用試差法解滿足Y為最大的=1.066h.-39-齊齊哈爾大學(xué)化學(xué)反應(yīng)工程教案平均生產(chǎn)速率2.以生產(chǎn)經(jīng)費(fèi)最低為目標(biāo)的優(yōu)化若以a表示反應(yīng)時(shí)的操作費(fèi)用(元/小時(shí))；a為非生產(chǎn)費(fèi)用(元/小時(shí))，a固定消費(fèi)(元)，單位生產(chǎn)量的總費(fèi)用T.C.為:T.C.=用上式可求滿足生產(chǎn)費(fèi)用最小的條件。例:P48頁C解:(i)

8、反應(yīng)容積t==利用表中數(shù)據(jù)t=1.79hV===51.4m(ii)計(jì)算Y最大的反應(yīng)時(shí)間計(jì)算所得x標(biāo)繪，t=的點(diǎn)對(duì)x曲線作切線，該切點(diǎn)x和t即為和。=0.31=1.6h(iii)由橫坐標(biāo)的點(diǎn)向x-t曲線引切線，相應(yīng)的切點(diǎn)的時(shí)間即為所要求的最優(yōu)時(shí)間。=0.42=2.9h(T,C)最小=元/Rmol.R3.2半分批式操作的釜式反應(yīng)器-3