反应工程第三章.ppt

第三章 理想流动反应器 概述 按照操作方式，可以分为间歇过程和连续过程，相应的反应器为间歇反应器和流动反应器。 1.间歇反应器 物料一次性加入，反应一定时间后把产物一次性取出，反应是分批进行的。物料在反应器内的流动状况是相同的，经历的反应时间也是相同的。 第三章 理想流动反应器 2.流动反应器 物料不断地加入反应器，又不断地离开反应器。 物料在反应器内的流动过程不同。有的物料正常的通过反应器，有的物料进入反应器的死角，有的物料短路（即近路）通过反应器，有的物料在反应器内回流。 第三章 理想流动反应器 在流动反应器中物料的流动过程不相同，造成物料浓度不均匀，经历的反应时间不相同，直接影响反应结果。 人们采用流动模型来描述物料在反应器内的流动状况。 3.流动模型的分类 第三章 理想流动反应器 流动模型分类如下： 理想流动模型 流动模型 非理想流动模型 流动模型是专指流动反应器而言的。 对于流动反应器，必须考虑物料在反应器内的流动状况。 第三章 理想流动反应器 第一节 流动模型概述 3－1 反应器中流体的流动模型 一、物料质点、年龄、寿命及其返混 1. 物料质点 物料质点是指代表物料特性的微团。物料由无数个质点组成。 第三章 理想流动反应器 第一节 流动模型概述 2. 物料质点的年龄和寿命 1）年龄是对反应器内质点而言，指从进入反应器开始到某一时刻，称为年龄。 2）寿命是对离开反应器的质点而言，指从进入反应器开始到离开反应器的时间。 3.返混 1）返混指流动反应器内不同年龄质点间的混合。在间歇反应器中，物料同时进入反应器，质点的年龄都相同，所以没有返混。在流动反应器中，存在死角、短路和回流等工程因素，不同年龄的质点混合在一起，所以有返混。 2）返混的原因 （1）机械搅拌引起物料质点的运动方向和主体流动方向相反，不同年龄的质点混合在一起； （2）反应器结构造成物料流速不均匀，例如死角、分布器等。造成返混的各种因素统称为工程因素。 在流动反应器中，不可避免的存在工程因素，而且带有随机性。 在流动反应器中都存在着返混，只是返混程度有所不同而已。 二、理想流动模型 1.平推流模型（活塞流模型、理想置换模型、理想排挤模型）平推流模型认为物料进入反应器后沿着流动方向象气缸里的活塞一样向前移动，彼此不相混合。 二、理想流动模型 1.平推流模型 1）模型特点 （1）物料参数（温度、浓度、压力等）沿流动方向连续变化； （2）垂直于流动方向的任一截面上的物料参数相同（没有边界层）； （3）沿流动方向的截面间不相混合； （4）任一截面上的质点的年龄相同；质点的寿命相同； （5）返混＝0,不同年龄的质点不相混合（参见（3））。 2）适用范围管式反应器：L/D较大，流速比较大。 平推流反应器与全混流反应器的比较 1.例题3－1 浓度分布 ------ 推动力 等温、等容、各级体积相等情况的图解计算 等温、等容、各级体积相等情况的图解计算 则可进一步简化 总体积 或 3.图解计算 对于非一级反应，采用解析法计算比较麻烦，一般采用图解法计算。 1）等温等容过程，且各级体积相同 （1）图解法基本原理 得到 将上述两个方程同时绘于 两线交点的横坐标即为CAi.。 动力学方程为 图上 由 -1/? CA1 CA0 CA rA CA2 CA3 rA=kf(CA) A1 A2 A3 CAm O M 的直线与OM线交于A1点，其横坐标即为CA1； c. 由于各级温度相同，所以各级的动力学曲线均为OM线 ; 且为等容过程，各级体积相等： （2）作图步骤 a.在 图上标出动力学曲线OM d. 过CA1作CA0 A1的平行线，与OM曲线交于A2,其横坐标即为C A2 。如此下去，当最终浓度等于或小于规定出口浓度时，所作平行线的根数就是反应器级数。 b.以初始浓度CA0为起点，过CA0作斜率为 -1/? CA1 CA0 CA rA CA2 CA3 rA=kf(CA) A1 A2 A3 CAm O M 2) 等容、各级体积相同，但温度不同 如果各级温度不同，则需作出各级的动力学曲线 OM1、OM2……。然后依次作出CA0A1、 CA1A2 、CA2A3……，依此 求出CA1 、CA2、 CA3……。 -1/? CA1 CA0 CA rA CA2 CA3 rA=kf(CA) A1 A2 A3 M1 M2 M3 O 3)等容、等温但各级体积不同 的各直线斜率