化学反应工程课件第二章资料讲解.pptVIP

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 多级全混流反应器的串联 全混流反应器的反应速率始终处于出口反应物浓度的低速率状态，采用多级全混流反应器串联后，可以降低返混影响的程度，提高反应速率或减少反应器体积。 多级全混流反应器串联级数越多，过程就越接近平推流反应器，那么，是不是级数越多越好呢？ 稳态，定容 多级全混流反应器串联的计算(解析法) 一级反应， m级反应器串联 由于 故 多级全混流反应器串联的计算 各级反应器体积相同时： 或 反应总体积 可见，已知 和最终转化率 ，可求出每级反应釜体积。 多级全混流反应器串联的计算（图解法） 对非一级反应，图解计算更方便 以 为纵坐标，CA为横坐标作图，每一级 均为直线关 系，直线斜率为 ，并经过点 。 又该级的出口浓度 亦满足动力学方程式，若各级反应釜动力 学方程相同，反映到 图上就是同一曲线，由此曲线和上述直线即可确定出口浓度。 CA3 CA2 CA1 CA0 A3 A2 A1 各级反应体积相等时，即 相同，各级直线平行。 若各级反应釜内温度不相同，则需作出不同温度下的动力学曲线。 若各级体积不同，各条直线的斜率不同，但仍可求出各釜的出口浓度。 多级全混流反应器串联--- 图示 各级反应体积不同 多级全混流反应器串联的优化 反应器的设计中常碰到类似这样的问 题，物料处理量V0，进料组成CA0及最终转化 率 XAm 均提前确定。反应器级数因受生产条 件限制亦确定。如何分配各级反应器的转化 率才合理呢？通常以总体积为目标函数来求 解此类问题即使反应总体积为最小来确定各 级反应釜的转化率。 多级全混流反应器串联的优化 优化 总反应体积最小 一级不可逆反应 i=1,2,…,m-1 多级全混流反应器串联的优化 可见，对一级不可逆反应，采用多级全混流反应器串联时，若各釜反应条件相同（等温、等容），则要使总的反应体积最小，必需的条件是各釜的反应体积相等。 理想流动反应器的组合与反应体积比较 为了说明反应器组合的情况，下面以一级 不可逆反应为例，探讨平推流反应器与全混 流反应器按不同方式进行组合的情形。 两反应器温度相同，进料流量V0，反应物 浓度CA0，且各反应器体积VR 均相同。 理想流动反应器的组合与反应体积比较 平推流 全混流 (a) (b) 反应器体积相同，一级不可逆反应 理想流动反应器的组合与反应体积比较 (c) (d) (e) (g) (f) 可见（c）与（d）等效， （e）与（f）等效。 反应物出口浓度， (f)=(e)(d)=(c)(b)(a) 转化率大小顺序相反。 理想流动反应器的组合与反应体积比较 理想流动反应器的组合 工业生产中的应用 某个真实反应器的模型 相同的反应， 相同进料流量和浓度 相同温度和最终反应率 一个全混流反应器与一个平推流反应器的比较 一个全混流反应器与一个平推流反应器的比较 相同条件下全混流 （平推流）， 前者存在返混造成 。 1 转化率越小，两者体积差别越小，采用低 转化率操作，可减少返混带来的影响。但原 料得不到充分利用，可采用循环流程。 2 反应级数越高，返混对反应的影响越严重。 级数高的反应在生产中应注意减少返混。 3 采用多级全混流及反应器串联操作可以减 少返混，提高反应推动力，使的差别减少。 多个全混流反应器串联与一个平推流反应器的比较 一级不可逆反应 二级不可逆反应 多个全混流反应器串联与一个平推流反应器的比较 若以 为纵坐标，以 为横坐标，将上式作成曲线： 1 在串联级数m一定时， 越大， 之比也越大。 2 在最终转化率 一定时，m 越大， 之比越小，接近平推流。当 时，再增加级数所能减少的反应体积也很有限，但会增加设备投资，故应在经济上权衡。 3 一定时，m不同，所得到的最终转化率 也不同。 ， 对二级不可逆反应 或 ，可得到类似的情况。 理想流动反应器中多重反应的选择率 平行反应 --- 一个反应物 主副反应速率之比为 称为对比速率 瞬时选择率