化学反应工程第1节.ppt

第一章 均相单一反应动力学和理想反应器 反应器流出的乙烯的摩尔流率是： 进料乙烷的摩尔流率是： 计算1100K时反应速率常数： 膨胀因子： 膨胀率： 进口体积流量： ③ 流体在平推流反应器中的真实停留时间 由平推流反应器的定义可知，流体在反应器内不存在任何返混，所有流体微元的真实停留时间都等于平均停留时间。 恒压变容反应，由于反应物系体积随转化率而变化，其真实停留时间与空间时间τ不同。如果反应物系体积膨胀，流体流速将逐渐加快，停留时间将小于空间时间；相反，如果反应物系体积缩小，停留时间将大于空间时间。 化学动力学方程 物料衡算方程 热量衡算方程 动量衡算方程 计算反应速率 计算反应体积 计算温度变化 计算压力变化 3. 基础方程 输入量=输出量+消耗量+累积量 （输入量-输出量-消耗量=累积量） 消耗 累积 输入 输出 4. 几个时间概念 (1) 反应持续时间tr ：简称为反应时间，用于间歇反应器。指反应物料进行反应达到所要求的反应程度或转化率所需时间，其中不包括装料、卸料、升温、降温等非反应的辅助时间。 (2) 停留时间t和平均停留时间：停留时间又称接触时间，用于连续流动反应器，指流体微元从反应器入口到出口经历的时间。 (3)空间时间τ：其定义为反应器有效容积VR与流体特征体积流率V0之比值。即： 空间时间是一个人为规定的参量，它表示处理在进口条件下一个反应器体积的流体所需要的时间。 (4)空间速度SV：有空速和标准空速之分。空速的一般定义为在单位时间内投入单位有效反应器容积内的物料体积。即： 标准空速定义为： 标准状态：液体为298.15K；气体为273.15K，0.1013MPa 第四节 等温条件下理想反应器的设计分析 一、间歇反应器的设计 1.间歇反应器的特点 ①由于剧烈搅拌、混合，反应器内有效空间中各位置的物料温度、浓度都相同； ②由于一次加料，一次出料，反应过程中没有加料、出料，所有物料在反应器中停留时间相同，不存在不同停留时间物料的混合，即无返混现象； ③出料组成与反应器内物料的最终组成相同； ④为间歇操作，有辅助生产时间。一个生产周期应包括反应时间、加料时间、出料时间、清洗时间、加热（或冷却）时间等。 2.间歇反应器设计方程 选择整个有效容积V’R作为衡算体系。在单位时间内，对组分A作物料衡算： 在恒容条件下，上式可简化为： 3. 设计计算过程 对于给定的生产任务，即单位时间处理的原料量FA以及原料组成CA0、达到的产品要求xAf及辅助生产时间t’、动力学方程等，均作为给定的条件，设计计算出间歇反应器的体积。 例1 某厂以己二酸与己二醇等摩尔缩聚反应生产醇酸树脂。用间歇反应器，反应温度70℃，催化剂为H2SO4。已知：cA0=4 kmol·m-3；反应动力学方程为： m3·kmol-1·min-1 若每天处理2400kg己二酸，每批操作辅助生产时间为1h，反应器装填系数为0.75，求： (1)转化率xA=0.9时，所需反应时间为多少? (2)转化率xA=0.9时，所需反应器体积为多少? 解：(1)达到要求的转化率所需反应时间为： (2)反应器体积的计算： tt=tr+t’=19.0+1=20h 每小时己二酸进料量为： 单位时间处理体积为： 反应器有效容积V’R： 实际反应器体积VR： 4. 设计计算的步骤： ①由式 计算反应时间tr； ②计算一批料所需时间tt； tt=tr+t’ ③单位时间处理物料的体积V0； ④计算反应器有效容积V’R； ⑤计算反应器总体积VR 通常有效容积占总体积分率为60％～85％，该分率称为反应器装填系数φ，由生产实际决定。 5. 校核计算过程 ⑴ 已知：VR、cA0、cAf、（-rA）、φ，核算能否满足处理量或产量的要求。步骤如下： ① 由cA0、cAf计算相应的xAf，恒容过程： ② 求tr： ③ 求一批料所需的时间tt： tt=tr+t‘ ④ 求处理量 ，看是否满足要求。 ⑵ 已知：VR、cA0、（-rA）、t’、FA、φ，核算出口组成cAf能否满足要求 。步骤如下： ① 求单位时