第8章反應(yīng)工程原理.ppt

《第8章反應(yīng)工程原理.ppt》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、第八章化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)基本原理化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)是化學(xué)工程學(xué)科的重要組成部分。以工業(yè)反應(yīng)器為研究對象，從化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)和傳遞過程原理出發(fā)，研究反應(yīng)器內(nèi)物料的流動與混合、傳熱與傳質(zhì)等物理過程對化學(xué)反應(yīng)過程的影響，找到工業(yè)反應(yīng)器內(nèi)宏觀反應(yīng)體系的反應(yīng)規(guī)律，建立數(shù)學(xué)模型，為反應(yīng)器的放大和優(yōu)化提供可靠依據(jù)?；瘜W(xué)反應(yīng)工程導(dǎo)論“化學(xué)反應(yīng)工程”主要解決下列問題：反應(yīng)過程解析反應(yīng)技術(shù)開發(fā)反應(yīng)器設(shè)計它涉及諸多有關(guān)學(xué)科理論，是一門多科性的交叉學(xué)科?；瘜W(xué)反應(yīng)工程涉及學(xué)科：化學(xué)（化學(xué)熱力學(xué)，化學(xué)動力學(xué)）化工傳遞過程（反應(yīng)器中流體流動，混合傳熱與質(zhì)）化學(xué)工藝學(xué)（反應(yīng)工藝路線及設(shè)備）工程控制論（反應(yīng)過程動態(tài)特性，

2、反應(yīng)過程的測量與反應(yīng)過程最佳化）§1工業(yè)反應(yīng)器的基本類型一、按化學(xué)反應(yīng)的相態(tài)不同，可分為均相反應(yīng)器與非均相反應(yīng)器。均相反應(yīng)特性是，無相界面，反應(yīng)速率只與濃度或溫度有關(guān)。非均相反應(yīng)特征是，有相界面，反應(yīng)速率與相界面大小及相間擴散速率有關(guān)。反應(yīng)器類型反應(yīng)器舉例設(shè)備結(jié)構(gòu)形式均相氣相裂解管式液相中和，酯化，水解釜式非均相氣—液相氧化，氯化，加氫等釜式，塔式液—液相磺化，硝化，烷基化釜式，塔式氣—固相燃燒，還原，固相催化固定床，流化床，移動床液—固相還原，離子交換等釜式，塔式固—固相水泥制造等回轉(zhuǎn)筒式氣—液—固相加氫裂解，加氫脫氫等固定床，流化床二、按反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)型式不同，可分為反應(yīng)釜（

3、包括多釜串聯(lián)），管式反應(yīng)器，鼓泡塔，固定床，流化床，回轉(zhuǎn)筒式反應(yīng)器，噴嘴式反應(yīng)器等。三、按操作方不同，可分為間歇式，連續(xù)式，半連續(xù)式。間歇式反應(yīng)器——物料一次投入，反應(yīng)達到要求的轉(zhuǎn)化率之后，物料一次放出。連續(xù)反應(yīng)器——進料，反應(yīng)和出料都連續(xù)進行。半連續(xù)反應(yīng)器——是間歇與連續(xù)操作的組合。如青霉素的生產(chǎn)，菌種和青霉素母體是間歇加入和排出，但糖分、空氣是連續(xù)加入，廢氣是連續(xù)排出。半連續(xù)反應(yīng)器示意圖（1）全混流連續(xù)攪拌釜加料量不隨時間而變，釜內(nèi)各點濃度不但均勻一致，而且不隨時間而變；物料微團在釜內(nèi)停留時間可能由0→∞，有的在釜內(nèi)停留時間很短即被排出。（2）多級串聯(lián)連續(xù)攪拌釜鼓泡塔，固定

4、床，流化床，回轉(zhuǎn)筒式反應(yīng)器，噴嘴式反應(yīng)器，都可以用多釜串聯(lián)的模型來逼近。（3）活塞流管式反應(yīng)器反應(yīng)物沿管長方向流動，反應(yīng)時間是管長的函數(shù)，最快的反應(yīng)速度是管長上的某一點。（4）間歇式反應(yīng)器間歇加料和間歇出料，它可以作為間歇操作的代表類型。盡管反應(yīng)器的類型很多，可以說是五花八門，但實質(zhì)上可以歸納成上述四種基本反應(yīng)器。本章圍繞基本反應(yīng)器過程討論，掌握了基本反應(yīng)器的設(shè)計方法，其它類型反應(yīng)器就可以迎刃而解。（1）連續(xù)攪拌釜———釜中反應(yīng)物濃度不隨時間和位置而變，其數(shù)值等于CA=(CA)（2）多釜串聯(lián)———釜內(nèi)反應(yīng)物濃度不變，釜之間不混合，反應(yīng)物濃度呈階梯逐漸降低?；痉磻?yīng)器內(nèi)反應(yīng)物濃度

5、（3）管式反應(yīng)器———反應(yīng)物的濃度沿管長逐漸降低到出口濃度。CA>>(CA)出如圖的c線（4）間歇攪拌釜———釜中反應(yīng)物濃度僅是時間的函數(shù)[CA=(Ft)]而且任何時刻的反應(yīng)物濃度都大于出口濃度。CA>>(CA)出。如圖的的c線。反應(yīng)器內(nèi)濃度對時間的變化示意圖§2化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率2-1反應(yīng)速度對于一個反應(yīng)式VAA+VBB→VCC+VDD常數(shù)ζ稱為反應(yīng)進度。2-2轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率是指參加化學(xué)反應(yīng)的某一物質(zhì)消耗的百分率，其定義為：轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)進度的關(guān)系2-3收率與選擇性由于存在副反應(yīng)，必然要消耗原料，其反應(yīng)轉(zhuǎn)化率并不等于收率。收率φ選擇性轉(zhuǎn)化率x、收率φ、選擇性β三者之間的關(guān)系φ=βX

6、§3流動系統(tǒng)的反應(yīng)動力學(xué)3-1流動系統(tǒng)的反應(yīng)動力學(xué)和反應(yīng)時間設(shè)物料的總體積流量為qv，0，反應(yīng)物的起始濃度為：cA，0，當物料通過微元體積dVR時，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率由xA→xA+dxA對其物料做衡算：空間時間當物料流經(jīng)整個反應(yīng)器時，空間時間為：當反應(yīng)器內(nèi)有填料時，如果空隙率為ε，則空間時間為空間速度：表示單位時間內(nèi)通過單位反應(yīng)器的物料體積。其值為空間時間的倒數(shù)：3-2氣相反應(yīng)的膨脹因子對于氣相反應(yīng)，由于反應(yīng)前后物質(zhì)的量發(fā)生變化，物料的體積流量也發(fā)生變化。Aa+bB→rR+sS當t=0nA，0nB，000當t=tna,0(1-xA)nB，O-b/anA，0Xar/snA，0xAs/

7、anA，0xA為膨脹因子或物質(zhì)量濃度的變化率在t=t時，反應(yīng)系統(tǒng)中總物質(zhì)的量為：反應(yīng)時間為t時，反應(yīng)物A的摩爾分數(shù)為：如果是等壓過程，可以用濃度及分壓來表示注意：上述公式只適應(yīng)于氣相連續(xù)流動的反應(yīng)系統(tǒng)。3-3氣相流動系統(tǒng)的動力學(xué)方程在流動的體系中，反應(yīng)物A流經(jīng)一定反應(yīng)器后，其濃度CA可以表示為：氣相反應(yīng)的反應(yīng)速率為：（以摩爾分數(shù)表示的）§4反應(yīng)器內(nèi)物料的流動模型4-1全混流模型在連續(xù)攪拌釜內(nèi)，可視為理想混合反應(yīng)器，或稱為全混流反應(yīng)器。在這種釜內(nèi)，攪拌得很好，物料混合充分，可以認為進入反應(yīng)器的