化学反应过程与设备——反应器选择设计和操作（ 第二版） 教学课件 作者 陈炳和许宁 主编 项目二 任务一.pptVIP

尚辅网 尚辅网 项目二　反应器设计和优化  任务1　间歇操作釜式反应器设计 　　根据化工产品的生产条件和工艺要求进行间歇操作釜反应器的工艺设计。 一、反应器流动模型 　　　流动模型：是对反应器中流体流动与返混状态的描述，是针对连续过程而言的。研究反应器中的流体流动模型是反应器选型、计算和优化的基础。 　　　一般将流动模型分为两大类型，即理想流动模型和非理想流动模型。非理想流动模型是关于实际工业反应器中流体流动状况对理想流动偏离的描述。 （一）理想置换流动模型 　　1.含义：理想置换流动模型也称作平推流模型或活塞流模型。与流动方向相垂直的同一截面上各点流速、流向完全相同，即物料是齐头并肩向前运动的。 　　 　　 　　 　　2.特点：在定态情况下，所有分子的停留时间相同，浓度等参数只沿管长发生变化，与时间无关。所有物料质点在反应器中都具有相同的停留时间。 　　3.长径比较大和流速较高的连续操作管式反应器中的流体流动可视为理想置换流动。 （二）理想混合流动模型 　　1.含义：理想混合流动模型也称为全混流模型。反应物料以稳定的流量进入反应器，刚进入反应器的新鲜物料与存留在其中的物料瞬间达到完全混合。反应器内物料质点返混程度为无穷大。 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　　2.特点：所有空间位置物料的各种参数完全均匀一致，而且出口处物料性质与反应器内完全相同。 　　3.搅拌十分强烈的连续操作搅拌釜式反应器中的流体流动可视为理想混合流动。 （三）返混及其对反应过程的影响 1.返混含义 专指不同时刻进入反应器的物料之间的混合，是逆向的混合，或者说是不同年龄质点之间的混合。 间歇反应器中不存在返混; 理想置换反应器不存在返混; 理想混合反应器返混达到极限状态; 非理想流动反应器存在不同程度的返混. 2.返混对反应过程的影响 （1）最大影响是使反应器进口处反应物高浓度区的消失或减低，即使反应物浓度下降，产物浓度上升。 （2）这种浓度分布的改变对反应的利弊取决于反应过程的浓度效应。 （3）返混是连续反应器中的一个重要工程因素，任何过程在连续化时，必须充分考虑这个因素的影响. 3.降低返混程度的措施 降低返混程度的主要措施是分割，通常有横向分割和纵向分割两种，其中重要的是横向分割。（1）连续操作的搅拌釜式反应器 为减少返混，工业上常采用多釜串联的操作。当串联釜数足够多时，连续多釜串联的操作性能就很接近理想置换反应器的性能。 （2）流化床 对高径比较大的，常在其内部装置横向挡板以减少返混； 对高径比较小的流化床反应器，则可设置垂直管作为内部构件 （3）气液鼓泡反应器 由于气泡搅动所造成的液体反向流动，形成很大的液相循环流量。因此，其液相流动十分接近于理想混合。 ①放置填料 ②设置多孔多层横向挡板，把床层分成若干级 ③设置垂直管 2.化学反应动力学方程：定量描述反应速率与影响反应速率因素之间的关系式。 对于绝大多数的反应，影响的最主要因素是反应物的浓度和反应温度。 化学动力学方程一般都可以写成： 多数情况下，化学动力学方程可写成： 温度效应项经常用反应速率常数k表示： （二） 均相反应速率及反应动力学 1.均相反应速率的表达式 Kmol/m3.h 对于多组分单一反应系统，各个组分的反应速率受化学计量关系的约束，存在一定比例关系。例如 各组分的反应速率满足下列关系： 均相反应速率其他形式的表达式 （1）流动系统的反应： Kmol/m3.h （2）恒容下进行的反应： Kmol/m3.h （3）气相反应： atm/h或 Pa/h 2.均相反应动力学方程式 在均相反应系统中只进行如下不可逆化学反应： 其动力学方程一般都可表示成： 　　对于气相反应，由于分压与浓度成正比，也常常使用分压来表示： 其中： kA单位： κp单位：kmol/m3.h.Pan 　　一般说来，可以用任一与浓