反應過程與技術第一章均相反應技術課件

1、第一章 均相反應技術知識目標 了解均相反應器的結構、特點和應用 掌握釜式反應器、管式反應器的計算 掌握反應器形式和操作方式的選擇方法 掌握均相反應動力學方程式能力目標 能解釋理想反應器串、并聯(lián)操作的特點與應用 能分析非等溫反應器操作的影響因素 能操作釜式反應器（開車、停車、異常事故的處理等） 能靈活運用動力學方程式第一章 均相反應技術知識目標第一節(jié) 均相反應器的特點及結構一、釜式反應器第一節(jié) 均相反應器的特點及結構一、釜式反應器（一）釜式反應器的殼體結構（一）釜式反應器的殼體結構幾種反應釜底的形式幾種反應釜底的形式（二）攪拌器（a）漿式攪拌器；（b）框式攪拌器；（c）錨式攪拌器； （d）旋槳式

2、攪拌器；（e）渦輪式攪拌器；（f）螺帶式攪拌器（二）攪拌器（a）漿式攪拌器；釜式攪拌混合器釜式攪拌混合器漿式攪拌器漿式攪拌器框式攪拌器框式攪拌器錨式攪拌器錨式攪拌器渦輪式攪拌器渦輪式攪拌器旋槳式攪拌器旋槳式攪拌器螺帶式攪拌器螺帶式攪拌器攪拌狀態(tài)攪拌狀態(tài)攪拌狀態(tài)攪拌狀態(tài)攪拌狀態(tài)攪拌狀態(tài)攪拌狀態(tài)攪拌狀態(tài)（三）傳動裝置及密封（三）傳動裝置及密封反應過程與技術第一章均相反應技術課件（四）換熱裝置（四）換熱裝置（a）直管反應器；（b）盤管反應器；（c）多管反應器二、管式反應器（a）直管反應器；（b）盤管反應器；（c）多管反應器二、管式管式反應器結構管式反應器結構第二節(jié) 均相反應器的生產原理 一、均相反應

3、技術基礎 （一）動力學方程定義（二）均相簡單反應動力學方程(等溫恒容過程) 1. 基元反應和非基元反應 2. 反應級數 3. 反應速度常數 4. 反應轉化率與反應程度 5. 不可逆反應 6. 可逆反應： 第二節(jié) 均相反應器的生產原理 一、均相反應技術基礎 （三）復合反應動力學及選擇率1. 平行反應（一級）2. 連串反應 3. 復合反應的收率與選擇性（三）復合反應動力學及選擇率1. 平行反應（一級）收率 Y 恒容過程 Y=選擇率 恒容過程 注： 付產物為零。收率與選擇率之間的關系：Yx 收率和選擇率收率 收率和選擇率（四）等溫變容過程影響因素1. 膨脹因子 2. 膨脹率變容過程濃度與轉化率的關系

4、查一查 膨脹因子與膨脹率在應用中的異同點。 （四）等溫變容過程影響因素二、釜式反應器的生產原理（一）間歇操作1. 特點 2. 基礎方程式 3. 反應器體積的計算 二、釜式反應器的生產原理（一）間歇操作特 點全混流（理想混合）；反應器內、（r）處出均勻一致且隨t逐漸變化不穩(wěn)定過程，t；進、出料項為零。存在非生產時間。特 點全混流（理想混合）；基礎方程式 ace equation物料衡算：微元時間內：（轉化掉反應物量）（反應物的積累量基礎方程式 ace equation物料衡算：微元時間內反應器體積的計算 Calculation of reactor volume有效體積實際體積反應器體積的計算

5、Calculation of reac（二）連續(xù)操作1. 特點2. 基礎方程式 3. 反應器體積的計算 （二）連續(xù)操作1. 特點特 點 construction and features連續(xù)操作，屬于穩(wěn)定流動。物料的積累項為零。定常態(tài)，T、CA、(rA)處處均一，不隨時間而變，且與出口相同。物料粒子在反應器內的停留時間不同。特 點 construction and fe基礎方程式 Bedding equation 物料衡算進入反應器反應物量離開反應器反應物量反應器內轉化掉反應物量0FAO-FAO(1-xA)-(-rA)V=0基礎方程式 Bedding equation 物料衡算 反應器體積的計

6、算 Calculation of reactor volume 反應器體積的計算 Calculation o三、管式反應器的生產(a)操作過程(b)反應器內的濃度變化1. 特點 2. 基礎方程式 3. 反應器體積的計算 三、管式反應器的生產(a)操作過程特 點 Construction and features穩(wěn)定流動，各點CA、T、(rA)不隨t而變，t；沿流動方向，CA、T、(rA)在逐漸改變，V=dV。穩(wěn)定狀態(tài)下，單元時間、微元體積內，反應物積累量為零。各物料質點在反應器內的停留時間相同。特 點 Construction and f基礎方程式 base (bedding)equation

7、物料衡算：單元時間內、微元體積進入反應物的量離開反應物的量內轉化掉反應物的量0基礎方程式 base (bedding)equation物料反應器體積的計算 Calculation of reactor volume 有效體積：V=vO說明：等溫等容過程，相同反應條件下，為達到相同的轉化率，理想間歇釜式器（CA隨t而變）需要的反應時間和平推流反應器（CA隨位置而變）需要的空間時間是相等的。這是由于反應過程中兩種反應器內物料濃度的變化具有相似規(guī)律。但平推流無輔助時間，處理量更大。反應器體積的計算 Calculation of react第三節(jié) 反應器的選擇與評價一、反應器的組合操作（一）平推流反應

8、器的串、并聯(lián) （二）全混釜反應器的串、并聯(lián) 第三節(jié) 反應器的選擇與評價一、反應器的組合操作 反應器的組合操作 Composite operation of reactor 單個反應器串聯(lián)操作（反應器大小、類型、操作條件可各不相同） 提高反應深度。單個反應器并聯(lián)操作（一般為相同的操作條件、相同的結構尺寸） 增大處理能力。 反應器的組合操作 Comp二、反應器型式和操作方式的選擇 針對某特定反應，采用什么型式的反應器和操作方法？應結合化學反應特點和不同反應器的性能進行比較來決定。一是生產能力的比較；二是反應選擇性的比較。簡單反應不存在選擇性問題，只需進行生產能力的比較。對于復合（復雜）反應，不僅要

9、考慮生產能力，還要分析反應的選擇性，因為副產物的多少影響原料的消耗量及后續(xù)分離設備的大小。所以復合反應要重點進行選擇性的比較。（一）生產能力的比較 （二）復合反應選擇性的比較二、反應器型式和操作方式的選擇 針對某特定反應，采用什 生產能力的比較 Comparison productive capability定義：單位時間、單位體積反應器所能得到的產物量（越多越好）?；蚪o定生產任務所需反應器體積（越小越好）。 生產能力的比較 Comparison pro間歇反應器和平推流反應器的比較 Comparison CSTR and PFR 間歇反應器 平推流反應器 有輔助時間 穩(wěn)定流動 勞動強度大；

10、更換產品靈活 適于大規(guī)模生產 反應時間t 空間時間間歇反應器和平推流反應器的比較 平推流反應器和全混流反應器的比較相同條件下：CA平推流CA全混流兩種反應器體積比：VP/Vm P 平推流 m全混流平推流反應器和全混流反應器的比較容積效率（coefficient of performance） 對同一等溫等容反應過程，在相同產量、相同轉化率、相同初始濃度和溫度下，平推流反應器和全混流反應器所需有效體積之比。即 式中 VP平推流反應器的有效體積 Vm全混流反應器的有效體積影響因素：反應級數、轉化率(對變容過程還要考慮物料體積變化的影響 ) 容積效率（coefficient of performan

11、c容積效率與轉化率、反應級數的關系 零級反應：n0 一級不可逆反應n=1 二級不可逆反應 n=2 容積效率與轉化率、反應級數的關系 零級反應：n0 結論： 由圖可知：反應級數越高，容積效率越低；轉化率越高，容積效率越低。 高級數、高轉化率的反應：選平推流。若只有反應釜，可用間歇釜（存在非生產時間）或多釜串聯(lián)。 零級反應與濃度無關。流動形式不影響反應體積，選任何反應器均可。對于n0不可逆反應 CA(-rA) 選具有返混的全混流（單釜）反應器。結論： 由圖可知：反應級數越高，容積效率越低；轉化熱量衡算 全混釜的熱穩(wěn)定性 全混釜的熱穩(wěn)定條件熱量衡算 全混釜的熱穩(wěn)定性討論：釜式反應器的熱穩(wěn)定性TQQ（

12、放）Q(移)Q(移)Q(移)cdeba討論：釜式反應器的熱穩(wěn)定性TQQ（放）Q(移)Q(移)Q(移熱穩(wěn)定條件 定常條件：穩(wěn)定條件： 熱穩(wěn)定條件 定常條件：穩(wěn)定條件： 理想流動反應器公式一覽表(表1-1) 間歇釜式反應器 平推流反應器 全混釜反應器基礎方程反應時間一級不可逆反應： 二級不可逆反應：有效體積實際體積理想流動反應器公式一覽表(表1-1) 技能訓練 釜式反應器的仿真操作訓練目標 釜式反應器的仿真操作訓練準備 熟悉操作流程訓練步驟（要領）一、冷態(tài)開車二、正常運行操作三、停車操作技能訓練 釜式反應器的仿真操作訓練目標 釜式反應器的仿真間歇釜式反應器現(xiàn)場操作圖間歇釜式反應器現(xiàn)場操作圖間歇釜式

13、反應器DCS儀表控制圖間歇釜式反應器DCS儀表控制圖拓展型訓練 常見事故處理1超溫(壓)事故2攪拌器M1停轉3蛇管冷卻水閥V22卡4出料管堵塞5測溫電阻連線故障拓展型訓練 常見事故處理復習與思考 1. 對同一反應在相同條件下，達到相同轉化率，為什么全混釜反應器所需有效體積最大，平推流反應器所需有效體積最??？多釜串聯(lián)全混釜所需有效體積介于其間？2. 怎樣分析全混釜反應器串聯(lián)和全混釜與平推流反應器串聯(lián)的轉化率和生產能力的大??？3. 何謂全混釜反應器的熱穩(wěn)定性？符合什么條件的操作點為穩(wěn)定操作點？如何判斷穩(wěn)定與不穩(wěn)定操作點？4. 何謂反應器的容積效率？它與反應級數、轉化率和串聯(lián)釜數有何關系？5. 何種化學反應才需考慮其選擇性？試根據公式來討論選擇反應器形式和操作方式。6. 何謂返混？產生返混的主要原因有哪些？工業(yè)上采取哪些措施來改善、限制返混？復習與思考 1. 對同一反應在相同條件下，達到相同轉化率，為本章小結