化學(xué)反應(yīng)器設(shè)計(jì)原理

化學(xué)反應(yīng)器設(shè)計(jì)原理第1頁(yè)/共133頁(yè)一、課程性質(zhì)、目的與任務(wù)

化學(xué)反應(yīng)器是化工工藝過(guò)程的核心，是工程設(shè)計(jì)和工業(yè)生產(chǎn)操作的關(guān)鍵。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，了解幾種典型反應(yīng)器的基本特點(diǎn)，掌握反應(yīng)器的基本設(shè)計(jì)原則和計(jì)算方法，能夠結(jié)合具體反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行反應(yīng)器的工程分析和設(shè)計(jì)計(jì)算，為反應(yīng)過(guò)程的工程設(shè)計(jì)和實(shí)際工業(yè)反應(yīng)器的優(yōu)化操作奠定基礎(chǔ)。二、教學(xué)基本內(nèi)容與基本要求第2頁(yè)/共133頁(yè)

闡述了釜式、管式、流化床等反應(yīng)器的基本特點(diǎn)、設(shè)計(jì)基本原則和計(jì)算方法；反應(yīng)器的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等內(nèi)容。要求能夠根據(jù)具體反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行反應(yīng)器的工程分析和設(shè)計(jì)計(jì)算，為未來(lái)實(shí)際工作和科研工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。第一章緒論本章要求：第3頁(yè)/共133頁(yè)一、了解化學(xué)反應(yīng)器的三種操作方式和特點(diǎn)。二、了解化學(xué)反應(yīng)器的主要類型、結(jié)構(gòu)和工作原理。化工產(chǎn)品、醫(yī)藥產(chǎn)品（化學(xué)合成）等工業(yè)過(guò)程均采用化學(xué)方法將原料加工成為有用的產(chǎn)品。生產(chǎn)過(guò)程包括三個(gè)組成部分。

原料預(yù)處理過(guò)程(物理、化學(xué)處理)

化學(xué)加工過(guò)程

(物質(zhì)轉(zhuǎn)化)反應(yīng)產(chǎn)物分離、提純(物理處理)目的產(chǎn)物副產(chǎn)物原料未反應(yīng)原料圖1.1典型的化學(xué)加工過(guò)程第4頁(yè)/共133頁(yè)

第一、三兩部分屬于單元操作的研究范圍；第二部分是化學(xué)反應(yīng)工程的研究對(duì)象，是生產(chǎn)過(guò)程的核心。1.1

化學(xué)反應(yīng)工程

1、化學(xué)反應(yīng)工程的研究對(duì)象

化學(xué)反應(yīng)工程主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容，即反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)器設(shè)計(jì)分析。反應(yīng)動(dòng)力學(xué)－研究化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的機(jī)理和速率，獲得反應(yīng)器設(shè)計(jì)與操作所需的知識(shí)與信息。第5頁(yè)/共133頁(yè)如反應(yīng)模式、速率方程及反應(yīng)活化能等，其中速率方程可表示為：對(duì)于一定的反應(yīng)物系而言，

r

隨時(shí)間、空間變化。其中，r為反應(yīng)系統(tǒng)中某一組分的反應(yīng)速率，代表濃度的矢量，P為系統(tǒng)的總壓。反應(yīng)器設(shè)計(jì)－研究反應(yīng)器內(nèi)上述因素的變化規(guī)律，確定最優(yōu)工況和適宜的反應(yīng)器型式和尺寸。注意：前者研究反應(yīng)本身的規(guī)律，與反應(yīng)器內(nèi)各局部的狀況有關(guān)（從點(diǎn)上著眼）；后者的設(shè)計(jì)與分析則從面上（體上）著手。第6頁(yè)/共133頁(yè)2、化學(xué)反應(yīng)的分類（反應(yīng)工程學(xué)科）為了便于研究和應(yīng)用，需將化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行分類。常見(jiàn)的化學(xué)反應(yīng)分類、方法和種類見(jiàn)下表，一些可能同時(shí)屬于兩個(gè)或者更多的反應(yīng)種類。第7頁(yè)/共133頁(yè)例如：為氣－固相催化反應(yīng)3、反應(yīng)過(guò)程反應(yīng)過(guò)程一般包括:

物理現(xiàn)象－傳遞現(xiàn)象(熱量、動(dòng)量和能量傳遞過(guò)程)；化學(xué)現(xiàn)象－化學(xué)反應(yīng)；例如，利用氫氣和氮?dú)夂铣砂钡姆磻?yīng)包括下列過(guò)程：①氫氣、氮?dú)獾募訜?；②氫氣、氮?dú)庀虼呋瘎﹥?nèi)外表面的擴(kuò)散；③氫氣、氮?dú)庠诖呋瘎┍砻娴奈?；④氫氣、氮?dú)庠诖呋瘎┍砻娴姆磻?yīng)；第8頁(yè)/共133頁(yè)⑤氫氣、氮?dú)?、氨氣在催化劑表面的解析；⑥產(chǎn)物的擴(kuò)散；⑦產(chǎn)物的冷卻。4、化學(xué)反應(yīng)工程的作用在化學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)和加工過(guò)程的開(kāi)發(fā)、反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、放大起著重要的作用。運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)工程知識(shí)可以：①提高反應(yīng)器的放大倍數(shù)，減少試驗(yàn)次數(shù)和開(kāi)發(fā)周期；②對(duì)現(xiàn)有反應(yīng)裝置操作工況進(jìn)行優(yōu)化，提高生產(chǎn)效率；第9頁(yè)/共133頁(yè)③開(kāi)發(fā)環(huán)境優(yōu)良的綠色生產(chǎn)路線和工藝。5、反應(yīng)器的操作方式間歇操作反應(yīng)器、半間歇半連續(xù)操作反應(yīng)器、連續(xù)操作反應(yīng)器。液體氣體氣體氣體液體液體液體氣體氣體間歇式半連續(xù)式連續(xù)式第10頁(yè)/共133頁(yè)1.2

化學(xué)反應(yīng)器的類型

反應(yīng)器的類型很多，按工作原理來(lái)分，可分為以下幾種類型。(1)管式反應(yīng)器特點(diǎn)：反應(yīng)器的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于內(nèi)徑、且內(nèi)部無(wú)零部件。應(yīng)用范圍：多用于均相反應(yīng)過(guò)程。原料產(chǎn)物原料產(chǎn)物原料原料管式反應(yīng)器第11頁(yè)/共133頁(yè)(2)釜式反應(yīng)器特點(diǎn)：高度與直徑比約為2-3內(nèi)設(shè)攪拌裝置和檔板。

應(yīng)用范圍：均相、多相反應(yīng)過(guò)程均可。(3)塔式反應(yīng)器特點(diǎn)：高度遠(yuǎn)大于直徑，內(nèi)部設(shè)有填料、塔板等以提高相互接觸面積。應(yīng)用范圍：用于多相反應(yīng)過(guò)程。液體氣體產(chǎn)物釜式反應(yīng)器第12頁(yè)/共133頁(yè)填料塔反應(yīng)器噴霧塔反應(yīng)器板式塔反應(yīng)器第13頁(yè)/共133頁(yè)(4)固定床反應(yīng)器特點(diǎn)：底層內(nèi)部裝有不動(dòng)的固體顆粒，固體顆粒可以是催化劑或是反應(yīng)物

。應(yīng)用范圍：用于多相反應(yīng)系統(tǒng)。(5)流化床反應(yīng)器特點(diǎn)：反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)器內(nèi)部有固體顆粒的懸浮和循環(huán)運(yùn)動(dòng)，提高反應(yīng)器內(nèi)液體的混合性能。固定床鼓泡反應(yīng)器第14頁(yè)/共133頁(yè)應(yīng)用范圍：多相反應(yīng)體系，可以提高傳熱速率。(6)移動(dòng)床反應(yīng)器特點(diǎn)：固體顆粒自上而下作定向移動(dòng)與反應(yīng)流體逆向接觸。應(yīng)用范圍：用于多相體系，催化劑可以連續(xù)再生。(7)滴流床反應(yīng)器特點(diǎn)：是固定反應(yīng)器的一種，但反應(yīng)物還包括流化床反應(yīng)器移動(dòng)床反應(yīng)器第15頁(yè)/共133頁(yè)包括氣液兩種。應(yīng)用范圍：屬于固定床的一種，用于使用固體催化劑的氣液反應(yīng)過(guò)程

。

(8)交流磁場(chǎng)流化床反應(yīng)器特點(diǎn)：床內(nèi)的固體顆粒在交流磁場(chǎng)作用下做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入床內(nèi)液體中的離子做不規(guī)則的螺旋運(yùn)動(dòng)，可以極大地提高反應(yīng)速率。滴流床反應(yīng)器第16頁(yè)/共133頁(yè)磁場(chǎng)流化床反應(yīng)器固定床旋轉(zhuǎn)床磁固定床第17頁(yè)/共133頁(yè)第二章釜式反應(yīng)器本章要求：一、熟練掌握等溫間歇釜式反應(yīng)器反應(yīng)時(shí)間和體積的計(jì)算（單一反應(yīng)、平行與連串反應(yīng)）；二、熟練掌握連續(xù)釜式反應(yīng)器反應(yīng)時(shí)間和體積的計(jì)算；三、掌握連續(xù)釜式反應(yīng)器的串聯(lián)和并聯(lián)；四、掌握釜式反應(yīng)器中平行與連串反應(yīng)選擇性的分析，連接和加料方式的選擇；五、了解串聯(lián)釜式反應(yīng)器最佳體積的求取方法。

第18頁(yè)/共133頁(yè)

反應(yīng)器設(shè)計(jì)的任務(wù)是確定進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的最佳操作條件和完成規(guī)定的生產(chǎn)任務(wù)所需的反應(yīng)器體積和主要尺寸。2.1釜式反應(yīng)器的物料衡算方程

反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容：選擇合適的反應(yīng)器類型、確定最佳操作條件、計(jì)算完成規(guī)定的生產(chǎn)任務(wù)所需的反應(yīng)器體積（尺寸）?；痉匠?物料衡算－描述濃度的變化規(guī)律第19頁(yè)/共133頁(yè)能量衡算－描述溫度的變化規(guī)律動(dòng)量衡算－描述壓力的變化情況第20頁(yè)/共133頁(yè)注意：首先要選擇控制體,如果反應(yīng)器內(nèi)各處濃度均一，衡算的控制體選擇整個(gè)反應(yīng)器。

如果反應(yīng)區(qū)內(nèi)存在兩個(gè)或兩個(gè)以上相態(tài)，反應(yīng)體積內(nèi)各點(diǎn)的反應(yīng)物料組成未必相同，這時(shí)只能選擇微元體積作為控制體。對(duì)于復(fù)雜反應(yīng)，方程數(shù)將大大增多。2.2等溫間歇釜式反應(yīng)器的計(jì)算（單一反應(yīng)）特點(diǎn)：分批裝、卸；適用于不同品種和規(guī)格產(chǎn)品的生產(chǎn)，廣泛用于精細(xì)化工產(chǎn)品、醫(yī)藥、助劑等生產(chǎn)。第21頁(yè)/共133頁(yè)

操作時(shí)間=反應(yīng)時(shí)間+輔助時(shí)間（裝+卸+清洗）一、反應(yīng)時(shí)間和體積的計(jì)算

A—關(guān)鍵組分（單一反應(yīng)）若整個(gè)反應(yīng)器中濃度均一,將整個(gè)反應(yīng)器作為控制體,根據(jù)物料衡算方程有：

第22頁(yè)/共133頁(yè)初值條件為：該式可用于均相、多相，等溫或非等溫過(guò)程。對(duì)于間歇反應(yīng)器，由于，若為均相則（否則不行），反應(yīng)時(shí)間可為：設(shè)反應(yīng)速率方程為（不可逆反應(yīng)），則，在等溫下有:第23頁(yè)/共133頁(yè)

當(dāng)溫度T↑時(shí)，反應(yīng)速率常數(shù)k↑，導(dǎo)致達(dá)到規(guī)定轉(zhuǎn)化率所用的反應(yīng)時(shí)間t↓。對(duì)于可逆放熱反應(yīng)，是上面的結(jié)論仍然正確嗎？注意:，與、無(wú)關(guān)；與有關(guān)。

與操作時(shí)間、單位時(shí)間內(nèi)處理反應(yīng)物料的體積之間的關(guān)系為：

第24頁(yè)/共133頁(yè)

實(shí)際的反應(yīng)器體積為：沸騰或易發(fā)泡液體物料：一般流體：二、最優(yōu)反應(yīng)時(shí)間對(duì)于間歇釜式反應(yīng)器，總操作時(shí)間可以表示為：

當(dāng)反應(yīng)時(shí)間時(shí)，，但。而比值不總是增加的，存在最優(yōu)值。如將目標(biāo)函數(shù)定義為：第25頁(yè)/共133頁(yè)通過(guò)求解得最佳反應(yīng)時(shí)間。

2.3

等溫間歇釜式反應(yīng)器的計(jì)算（復(fù)合反應(yīng)）一、平行反應(yīng)在等溫間歇反應(yīng)器中，設(shè)進(jìn)行的反應(yīng)為一級(jí)平行反應(yīng)：P為目的產(chǎn)物根據(jù)物料衡算可以得到：Q為副產(chǎn)物第26頁(yè)/共133頁(yè)

其中只有兩個(gè)獨(dú)立反應(yīng)。對(duì)于均相，恒容過(guò)程方程進(jìn)一步變?yōu)椋涸O(shè)初值條件為：，則方程的解為:

將代入上式得：；；第27頁(yè)/共133頁(yè)

反應(yīng)物系的組成隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖2-1所示，由圖可見(jiàn)，因?yàn)閮蓚€(gè)反應(yīng)均是一級(jí)反應(yīng)，于是有：由于P是目的產(chǎn)物，為了得到更多的P，則希望k1>k2。

圖2-1

組成隨時(shí)間的變化關(guān)系第28頁(yè)/共133頁(yè)二、連串反應(yīng)設(shè)在等溫間歇反應(yīng)器中進(jìn)行如下的連串反應(yīng)：假設(shè)反應(yīng)均為一級(jí)，根據(jù)物料衡算得：設(shè)初值條件為：首先可以解出：將該式帶入方程，有：解方程得：第29頁(yè)/共133頁(yè)

反應(yīng)物系組成隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖2-2所示，如果P是目的產(chǎn)物，其值有最優(yōu)解。通過(guò)對(duì)時(shí)間求導(dǎo)，可以得到：如果，則:圖2-2連串反應(yīng)組分隨時(shí)間的變化關(guān)系第30頁(yè)/共133頁(yè)2.4連續(xù)釜式反應(yīng)器的反應(yīng)體積連續(xù)釜式反應(yīng)器：基本在定態(tài)下操作，物料有進(jìn)有出。一、連續(xù)釜式反應(yīng)器的特點(diǎn)反應(yīng)器的參數(shù)不隨時(shí)間變化，不存在時(shí)間自變量，也沒(méi)有空間自變量，多用于液相反應(yīng)，恒容操作出口處的C、T反應(yīng)器內(nèi)的C、T

相同。根據(jù)物料衡算方程得:圖2-3連續(xù)釜式反應(yīng)器

第31頁(yè)/共133頁(yè)對(duì)于一級(jí)反應(yīng)：對(duì)于恒容過(guò)程，有，即，由此得到：注意：①反應(yīng)器內(nèi)C、T

恒定，內(nèi)部各點(diǎn)處的反應(yīng)速率相同，連續(xù)釜式反應(yīng)器是等速反應(yīng)器。②當(dāng)同時(shí)進(jìn)行多個(gè)反應(yīng)時(shí)，只要進(jìn)、出口組成和QO已知，就可以針對(duì)一個(gè)組分求出反應(yīng)體積Vr。二、兩個(gè)重要的物理量——空時(shí)、空速第32頁(yè)/共133頁(yè)(1)空時(shí)—

衡量生產(chǎn)能力（對(duì)連續(xù)反應(yīng)器而言）其定義為：τ↓，生產(chǎn)能力↑；τ↑，生產(chǎn)能力↓。（比較時(shí)QO應(yīng)在相同的T，P下求得，即在同一基準(zhǔn)下進(jìn)行比較)(2)空速—

單位反應(yīng)體積、單位時(shí)間內(nèi)所處理的物料量可表示為空時(shí)的倒數(shù)，即：

s↑時(shí)，生產(chǎn)能力↑。比較基準(zhǔn)“標(biāo)準(zhǔn)情況下的體積流量”，對(duì)于有固體第33頁(yè)/共133頁(yè)催化劑參與的反應(yīng)，用催化劑空速（往往以催化劑質(zhì)量或體積衡量）。2.5連續(xù)釜式反應(yīng)器的串聯(lián)與并聯(lián)實(shí)際生產(chǎn)中，將會(huì)遇到使用多個(gè)釜式反應(yīng)器的問(wèn)題。如何聯(lián)接使用是需要解決的問(wèn)題，基本原則是應(yīng)盡可能使反應(yīng)器的總體積最小。正常動(dòng)力學(xué)反常動(dòng)力學(xué)圖2-4釜式反應(yīng)器的體積比較

第34頁(yè)/共133頁(yè)

根據(jù)可知：越大，則體積越大；反之則越小。由圖中看出，對(duì)于正常動(dòng)力學(xué)，多釜串聯(lián)有利；對(duì)于反常動(dòng)力學(xué)，則使用單釜有利，如使用多釜，采用并聯(lián)的方式。對(duì)于釜式反應(yīng)器的并聯(lián)，如圖所示。操作中加入每個(gè)反應(yīng)器中物料量的分配按下列方法進(jìn)行。圖2-5并聯(lián)的釜式反應(yīng)器

第35頁(yè)/共133頁(yè)

通?？梢圆扇?/p>

，這時(shí)整個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)最優(yōu)。即要：這時(shí)有：一、串聯(lián)釜式反應(yīng)器的計(jì)算假設(shè)N個(gè)串聯(lián)的釜式反應(yīng)器如下圖所示。通過(guò)對(duì)每個(gè)釜進(jìn)行物料衡算，得到系統(tǒng)的計(jì)算方程。第36頁(yè)/共133頁(yè)

針對(duì)一級(jí)不可逆反應(yīng)進(jìn)行計(jì)算（其它級(jí)數(shù)反應(yīng)的計(jì)算方法相同），動(dòng)力學(xué)方程為：設(shè)每個(gè)釜的體積相同，即，那么每一個(gè)釜的空時(shí)相同

，若反應(yīng)器中的溫度T相同（保證k一樣），針對(duì)第p個(gè)釜進(jìn)行物料衡算，有：整理后得：第37頁(yè)/共133頁(yè)將每一個(gè)釜的衡算方程相乘，得到：，整個(gè)系統(tǒng)的空時(shí)為：，總的反應(yīng)體積為：

對(duì)于非一級(jí)反應(yīng)，沒(méi)有解析解，需要進(jìn)行逐釜計(jì)算。根據(jù)已知條件，可以將逐釜計(jì)算過(guò)程分第38頁(yè)/共133頁(yè)成如下兩種。

(1)已知每一個(gè)單釜的體積此時(shí)每個(gè)釜的空時(shí)τ已知，逐一計(jì)算出或，直至求出達(dá)到所需的釜數(shù)N。

第39頁(yè)/共133頁(yè)(2)已知釜數(shù)N

需要先假設(shè)空時(shí)τ，按①的方法逐釜計(jì)算出第N個(gè)釜出口的轉(zhuǎn)化率，并與要求的轉(zhuǎn)化率對(duì)比，如果不一致需要重新假設(shè)空時(shí)τ，重復(fù)進(jìn)行計(jì)算，直到兩者吻合。

第40頁(yè)/共133頁(yè)二、串聯(lián)釜式反應(yīng)器各釜的最佳反應(yīng)體積優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)為：對(duì)于級(jí)反應(yīng)，，得到的結(jié)論為：第41頁(yè)/共133頁(yè)計(jì)算舉例一：在釜式反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行醋矸的水合反應(yīng)：

該反應(yīng)可視為不可逆反應(yīng)，關(guān)鍵組分醋矸A在不同溫度下的反應(yīng)速率如下表。若要求原料的處理量為500Kg/h，原始料醋矸的濃度為，反應(yīng)在30℃下等溫第42頁(yè)/共133頁(yè)進(jìn)行，假定反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)混合物的密度恒定為，當(dāng)醋矸的轉(zhuǎn)化率為0.88時(shí)，試分別計(jì)算下列情況下所需的反應(yīng)體積。(1)一個(gè)全混流反應(yīng)器(2)兩個(gè)全混流反應(yīng)器串聯(lián)并保持體積最小。解：[1]30℃下速率常數(shù)k的確定由表可知，速率常數(shù)k僅是反應(yīng)溫度T的函數(shù)，應(yīng)遵循阿累尼烏斯方程：

將表中的值代入可得：第43頁(yè)/共133頁(yè)解方程(1)(2)(3)得：

30℃下速率常數(shù)k:

[2]全混流反應(yīng)器體積的設(shè)計(jì)全混流反應(yīng)器體積為：其中：體積流量

代入已知值得：第44頁(yè)/共133頁(yè)[3]反應(yīng)器串聯(lián)的最小體積對(duì)于一級(jí)不可逆反應(yīng)，當(dāng)兩個(gè)反應(yīng)器體積相等時(shí)反應(yīng)器體積最小。

第一臺(tái)反應(yīng)器的體積為：第二臺(tái)反應(yīng)器的體積為：解得：，，第45頁(yè)/共133頁(yè)種類釜內(nèi)物料類型一般反應(yīng)釜液——固相或液——液相物料1.0－1.3氣——液相物料1.0－2.0發(fā)酵釜類1.7－2.5計(jì)算舉例二：在例一中，若全混流反應(yīng)器的裝料系數(shù)為，反應(yīng)器的長(zhǎng)徑比按下表確定，介質(zhì)的操作壓力，試解決下列問(wèn)題：

第46頁(yè)/共133頁(yè)(1)確定釜體的DN、PN解：反應(yīng)器容積為：取將釜體視為筒體，且取

由得：代入已知值得：

，?。?/p>

DN=800mm

由查公稱壓力標(biāo)準(zhǔn)知：第47頁(yè)/共133頁(yè)

公稱直徑DN標(biāo)準(zhǔn)（mm）公稱壓力PN標(biāo)準(zhǔn)()300（350）400（450）500（550）600（650）7008009001000（1100）1200（1300）1400（1500）1600（1700）1800（1900）2000（2100）2200（2300）240025002600280030003200340035003600380040004000440045004600480050005200540055005600580060000.250.61.01.62.54.06.310.016.025.0第48頁(yè)/共133頁(yè)(2)若釜體的筒體采用0Cr18Ni10Ti制造，且釜體上裝有爆破膜，試初步設(shè)計(jì)筒體的壁厚；筒體采用冷卷時(shí)，原始投料壁厚為多少。解：[1]設(shè)計(jì)參數(shù)的確定設(shè)計(jì)壓力：＝(1.15～1.3)?。?.3=1.3×0.7液體靜壓：

故：第49頁(yè)/共133頁(yè)設(shè)計(jì)溫度：70℃焊縫系數(shù)：＝0.85（局部無(wú)損探傷）許用應(yīng)力：根據(jù)材料0Cr18Ni10Ti、設(shè)計(jì)溫度70℃，查文獻(xiàn)得知＝137。[2]筒體壁厚的強(qiáng)度計(jì)算由得：圓整：，考慮到加工的要求?。篬3]原始投料壁厚第50頁(yè)/共133頁(yè)原始投料壁厚不小于：(4)若采用標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭，試確定封頭的壁厚。解：[1]設(shè)計(jì)參數(shù)的確定設(shè)計(jì)壓力：取設(shè)計(jì)溫度：70℃焊縫系數(shù)：（整板沖壓成型）許用應(yīng)力：根據(jù)材料0Cr18Ni10Ti、設(shè)計(jì)溫度70℃，查文獻(xiàn)得知。第51頁(yè)/共133頁(yè)[2]封頭壁厚的強(qiáng)度計(jì)算由得：圓整：，考慮到加工的要求?。?5)確定筒體的長(zhǎng)度H。標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭的容積為：根據(jù)得：第52頁(yè)/共133頁(yè)取：Ф8005675Ф8005r138R72025筒體的結(jié)構(gòu)與尺寸封頭的結(jié)構(gòu)與尺寸200第53頁(yè)/共133頁(yè)(5)若筒體與上封頭采用法蘭聯(lián)接，設(shè)計(jì)法蘭的聯(lián)接結(jié)構(gòu)。解：法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)包括：法蘭的設(shè)計(jì)、密封面得選型、墊片的設(shè)計(jì)、螺栓和螺母的設(shè)計(jì)。[1]法蘭的設(shè)計(jì)及密封面選型根據(jù)DN=800mm，PN=1.0MPa查法蘭選用表可知，選用甲型平焊法蘭。由于操作介質(zhì)無(wú)毒，且溫度為常溫，故選平面型密封面，代號(hào)為RF

標(biāo)記：法蘭RF800-1.0JB/T4701-2002

材料：16MnR，螺栓規(guī)格：M20

第54頁(yè)/共133頁(yè)法蘭的結(jié)構(gòu)與尺寸如下：螺栓數(shù)量：40[2]墊片的設(shè)計(jì)PN=1.0MPa﹤1.6MPa,設(shè)計(jì)溫度﹤200℃，故選用Ф930Ф890Ф855Ф800543×45oФ2360o法蘭的結(jié)構(gòu)與尺寸第55頁(yè)/共133頁(yè)

耐油墊片，材料為：耐油橡膠石棉板(JB/T539)，結(jié)構(gòu)及尺寸見(jiàn)圖。[3]螺栓和螺母的設(shè)計(jì)螺栓和螺母的規(guī)格：M20

螺栓選用普通六角頭半精制螺栓，長(zhǎng)度為：其中：Ф844Ф8043第56頁(yè)/共133頁(yè)代入已知值得：(6)對(duì)釜體進(jìn)行液壓試驗(yàn)強(qiáng)度校核。解：[1]試驗(yàn)壓力的確定

[2]強(qiáng)度校核液壓試驗(yàn)時(shí)釜體產(chǎn)生的最大應(yīng)力為：

因?yàn)?，故?qiáng)度足夠第57頁(yè)/共133頁(yè)(7)若采用夾套對(duì)反應(yīng)物料進(jìn)行加熱，試確定夾套的DN、PN。解：[1]夾套的DN確定

由于操作溫度t<100℃,故采用水加熱，為降低水在夾套內(nèi)的流動(dòng)阻力，夾套內(nèi)徑按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)取

=800+300=1100，故夾套的=1100[2]夾套的PN確定夾套內(nèi)的導(dǎo)熱水為常壓操作，＜0.1，取

PN

＝0.25。(8)若夾套采用Q235-B制造，試設(shè)計(jì)夾套的壁厚。解：夾套由筒體和封頭構(gòu)成，上封頭采用無(wú)折邊第58頁(yè)/共133頁(yè)錐形、下封頭與釜體相同，即標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭。[1]筒體壁厚的設(shè)計(jì)由于＜0.1，此時(shí)強(qiáng)度條件已不是確定筒體壁厚的主要因素，須按剛度條件確定筒體壁厚。因?yàn)椋海?800mm,所以：且≥3mm，另加。取，則：為了減少使用的鋼板規(guī)格，取。[2]筒體長(zhǎng)度的初步設(shè)計(jì)根據(jù)DN=1100，查表可知，每米高筒體的容積，則筒體高度的估算值為：第59頁(yè)/共133頁(yè)≥=

；取[3]無(wú)折邊錐形封頭的設(shè)計(jì)封頭的上端與釜體的筒體焊接，下端與夾套的筒體焊接，故其上、下端的內(nèi)徑分別為、、壁厚。結(jié)構(gòu)與尺寸見(jiàn)下圖。Ф810Ф1100150545o上封頭的結(jié)構(gòu)與尺寸第60頁(yè)/共133頁(yè)[4]標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭的設(shè)計(jì)碟形封頭的結(jié)構(gòu)與尺寸見(jiàn)下圖。(9)設(shè)計(jì)釜體與夾套的主要焊縫結(jié)構(gòu)25Ф11005R990r190碟形封頭的結(jié)構(gòu)與尺寸275第61頁(yè)/共133頁(yè)解：釜體與夾套的結(jié)構(gòu)如下圖。ⅠⅡⅢⅣⅤⅠⅡDi=800Dj=1100ⅢⅣⅤ第62頁(yè)/共133頁(yè)第63頁(yè)/共133頁(yè)第64頁(yè)/共133頁(yè)第65頁(yè)/共133頁(yè)(10)若電動(dòng)機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速，材料的許用剪應(yīng)力按下表確定。試初步設(shè)計(jì)攪拌軸的尺寸和攪拌槳的尺寸。解：[1]攪拌軸的強(qiáng)度計(jì)算

選用1Cr18Ni9Ti

制造攪拌軸，圓軸受到的外力偶矩為：

常用軸材料的剪應(yīng)力

第66頁(yè)/共133頁(yè)

攪拌軸產(chǎn)生的最大扭矩為：由強(qiáng)度條件得：由于軸徑已系列化，取d=35mm。[2]攪拌軸的剛度校核最大單位長(zhǎng)度的扭轉(zhuǎn)角：

第67頁(yè)/共133頁(yè)其中：代入已知值得：在一般攪拌軸的計(jì)算中，取，故滿足剛度要求。考慮到攪拌軸與聯(lián)軸器配合，d＝35mm可能需要進(jìn)一步調(diào)整。

[3]攪拌軸臨界轉(zhuǎn)速校核計(jì)算

由于攪拌軸轉(zhuǎn)速，故無(wú)需作臨界轉(zhuǎn)速校核計(jì)算。

第68頁(yè)/共133頁(yè)攪拌軸工作轉(zhuǎn)速與振幅之間的關(guān)系如圖。當(dāng)≤（0.75-0.8）時(shí)，攪拌軸為剛性軸；反之，攪拌軸為撓性軸。當(dāng)攪拌軸轉(zhuǎn)速時(shí)，軸需要進(jìn)行臨界轉(zhuǎn)速校核計(jì)算。

轉(zhuǎn)速振幅第69頁(yè)/共133頁(yè)[3]攪拌軸的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)攪拌軸的長(zhǎng)度近似由釜外長(zhǎng)度、釜內(nèi)未浸入液體的長(zhǎng)度、浸入液體的長(zhǎng)度三部分構(gòu)成。即：其中：(機(jī)架高、減速機(jī)輸出軸長(zhǎng)度)；

(液體裝填高度

)。筒體液體裝填高度的確定：H1HiL2L1L第70頁(yè)/共133頁(yè)

浸入液體攪拌軸的長(zhǎng)度的確定：攪拌槳浸入液體內(nèi)的最佳深度為：液體總裝填高度當(dāng)時(shí)為最佳裝填高度；需要設(shè)置一層攪拌槳；當(dāng)＜時(shí)，需要設(shè)置兩層攪拌槳。

的計(jì)算：第71頁(yè)/共133頁(yè)

由于＜，故選一層攪拌槳。攪拌槳浸入液體內(nèi)的最佳深度為：

故浸入液體的長(zhǎng)度：攪拌軸的長(zhǎng)度為：取：

[4]攪拌槳的選型與尺寸設(shè)計(jì)第72頁(yè)/共133頁(yè)

攪拌槳的型式如圖。

槳式

齒片式

彎葉開(kāi)啟渦輪

錨式

框式

螺帶式

螺桿式

布魯馬金式

折葉開(kāi)啟渦輪

彎葉圓盤(pán)渦輪

推進(jìn)式

平直葉圓盤(pán)渦輪

第73頁(yè)/共133頁(yè)攪拌器型式適用條件表第74頁(yè)/共133頁(yè)

攪拌的作用是迅速、均勻地混合物料，強(qiáng)化傳質(zhì)傳熱過(guò)程，從而加快反應(yīng)速率。根據(jù)反應(yīng)物料的性質(zhì)，攪拌槳的型式選用槳式。結(jié)構(gòu)與尺寸如下圖。標(biāo)記:攪拌器600-40HG5-220-65Ф40Dj=6001101402-M121-M126012槳式攪拌槳的結(jié)構(gòu)與尺寸3第75頁(yè)/共133頁(yè)(11)若在釜體上封頭設(shè)置兩個(gè)視鏡，試確定視鏡的型式及尺寸。視鏡主要用來(lái)觀察設(shè)備內(nèi)物料及其反應(yīng)情況，也可以作為液面指示鏡。常用的視鏡有視鏡、帶頸視鏡和壓力容器視鏡(分別有帶頸與不帶頸兩種)幾種，它們的結(jié)構(gòu)型式見(jiàn)圖。第76頁(yè)/共133頁(yè)

由于釜體內(nèi)徑較小，故選用DN=80的帶頸視鏡，由DN=80、PN=1.0MPa查有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可知視鏡的標(biāo)記為：視鏡ⅡPN1.0DN80,HGJ502-86-14。尺寸及材料如表。視鏡尺寸視鏡的材料

第77頁(yè)/共133頁(yè)(12)設(shè)計(jì)軸封的結(jié)構(gòu)與尺寸反應(yīng)釜常用的軸封形式如圖。選型參見(jiàn)表。202型

204型

205型

206型

207型

212型

222型

第78頁(yè)/共133頁(yè)

根據(jù)PN=1.0MPa、轉(zhuǎn)速n=80r/min、Ф35mm，由表可知，選用222型的軸封形式。由于222型軸封的直徑為Ф40mm，故攪拌軸直徑的設(shè)計(jì)尺寸為Ф40mm。222型軸封的結(jié)構(gòu)及主要尺寸如圖和表。第79頁(yè)/共133頁(yè)222型軸封結(jié)構(gòu)222型軸封的主要尺寸第80頁(yè)/共133頁(yè)(13)繪制出反應(yīng)釜的俯視圖。abcdihggfe1430137095060045o45o200第81頁(yè)/共133頁(yè)第82頁(yè)/共133頁(yè)(14)填寫(xiě)技術(shù)特性表及管口表技術(shù)特性表及管口表如下表技術(shù)特性表第83頁(yè)/共133頁(yè)管口表第84頁(yè)/共133頁(yè)2.6釜式反應(yīng)器中復(fù)合反應(yīng)的收率和選擇性

對(duì)于復(fù)雜反應(yīng)，目的產(chǎn)物的收率和選擇性非常重要，反映了原料的有效利用程度。收率和選擇性與反應(yīng)器的型式，操作方式和操作條件密切相關(guān)。

收率:—目的產(chǎn)物生成量；—關(guān)鍵組分的起始量；

選擇性：第85頁(yè)/共133頁(yè)一、平行反應(yīng)的選擇性

設(shè)在釜式反應(yīng)器中進(jìn)行平行反應(yīng)：假設(shè)P為目的產(chǎn)物，則瞬時(shí)選擇性為:

反應(yīng)組分A和B的濃度CA、CB，以及溫度T均對(duì)選擇性S有影響。第86頁(yè)/共133頁(yè)

根據(jù)和的相對(duì)大小，選擇適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)組分濃度和溫度，來(lái)提高反應(yīng)的選擇性S。反應(yīng)器中各組分的濃度與反應(yīng)器型式、操作方式、加料濃度、原料配比，加料方式等因素密切相關(guān)。提高反應(yīng)選擇性的方法：(1)如果要求選擇間歇釜或多釜串聯(lián)，若體積不等，則從小到大排列；ABAB第87頁(yè)/共133頁(yè)(2)要求選擇單釜連續(xù)操作；如果串聯(lián)最好從大→小排列。

(3)要求選擇A先加入，B流加。ABABBBBA第88頁(yè)/共133頁(yè)

另外，要得到較高的生產(chǎn)強(qiáng)度，反應(yīng)過(guò)程需要在較高的溫度下進(jìn)行。當(dāng)或時(shí)，溫度高對(duì)過(guò)程有利；但當(dāng)時(shí)，溫度降低有利于選擇性的提高，但應(yīng)盡能使反應(yīng)在較高的溫度下進(jìn)行，實(shí)際上存在一個(gè)最佳溫度值。二、串聯(lián)反應(yīng)的選擇性

（均為一級(jí)反應(yīng)）

P、Q的反應(yīng)速率為：

假設(shè)P為目的產(chǎn)物，則瞬時(shí)選擇性為:第89頁(yè)/共133頁(yè)

在等溫間歇反應(yīng)器中，最佳反應(yīng)時(shí)間為:

目的產(chǎn)物P的最佳收率:第90頁(yè)/共133頁(yè)

在連續(xù)釜式反應(yīng)器進(jìn)行上述連串反應(yīng)，最佳空時(shí)（不是反應(yīng)時(shí)間）和最佳收率。根據(jù)物料衡算式，有:

第91頁(yè)/共133頁(yè)由導(dǎo)數(shù)得：最佳收率為：為提高收率，采?。孩俑淖儾僮鳒囟?，使

發(fā)生改變，一般采用較高的反應(yīng)溫度，提高生產(chǎn)能力。圖2－7連串反應(yīng)時(shí)的收率第92頁(yè)/共133頁(yè)②使用催化劑改變。2.6變溫間歇釜式反應(yīng)器

間歇釜式反應(yīng)器做到等溫操作很困難，當(dāng)熱效應(yīng)小時(shí)，近似等溫可以辦到，如果熱效應(yīng)大時(shí)，很難做到。溫度會(huì)影響到和反應(yīng)器的生產(chǎn)強(qiáng)度等，很多情況變溫的效果更好。熱量恒算：

單位時(shí)間傳入的熱量；－單位時(shí)間反應(yīng)的熱量；－單位時(shí)間熱量的累積速率。第93頁(yè)/共133頁(yè)

對(duì)于恒容過(guò)程有：代入熱量衡算式得：上式通常稱為操作方程，若物料的定容比熱隨溫度的變化較明顯，則采用其平均值。聯(lián)立和熱量衡算式可求解出反應(yīng)時(shí)間。2.7絕熱間歇釜式反應(yīng)器在反應(yīng)過(guò)程中無(wú)熱量交換，故有:第94頁(yè)/共133頁(yè)對(duì)于恒容過(guò)程有:

根據(jù)初始條件將上式積分得：2.8連續(xù)釜式反應(yīng)器(CSTR

)的定態(tài)操作一、CSTR的物料衡算連續(xù)釜式反應(yīng)器內(nèi)物料的溫度和濃度均一。若達(dá)到定態(tài)操作，T

、

C不隨時(shí)間變化，CSTR的定態(tài)點(diǎn)，由操作的T和C由物料平衡和熱量平衡確定第95頁(yè)/共133頁(yè)。物料衡算式為:

由此可見(jiàn)，達(dá)到定態(tài)下的濃度CA取決于反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程本身和溫度的影響。

二、CSTR的熱量衡算若忽略流體的密度和定壓比熱隨溫度的變化，

CSTR在定常狀態(tài)下工作時(shí)，熱量衡算式為：第96頁(yè)/共133頁(yè)當(dāng)CSTR無(wú)換熱面的絕熱條件下，則：聯(lián)立物料衡算、熱量衡算式，可確定CSTR的容積、傳熱面積或反應(yīng)溫度、流體入口溫度。三、

CSTR的熱穩(wěn)定分析若保持CSTR定常態(tài)操作，則應(yīng)滿足：放熱速率與反應(yīng)溫度的關(guān)系基本上由阿累尼烏斯公式（）控制。移熱速率與反應(yīng)溫度的關(guān)系呈線性關(guān)系[

]

。放熱速率線與移熱速率線可能相交時(shí)可能不只是一個(gè)交點(diǎn)第97頁(yè)/共133頁(yè)即出現(xiàn)多個(gè)定常操作態(tài)。有些定常操作態(tài)具有抗外界干擾的能力，即在外界干擾下使其偏離原來(lái)的定常態(tài)，而系統(tǒng)本身具有抑制這種使其發(fā)生偏離的干擾的能力，外界干擾消失可以自動(dòng)恢復(fù)原來(lái)的定常態(tài)。此類定常態(tài)稱之為穩(wěn)定的定常態(tài)。反之，稱之為不穩(wěn)定的定常態(tài)。將熱量衡算式：改寫(xiě)成下列形式：第98頁(yè)/共133頁(yè)令：,對(duì)于n級(jí)不可逆放熱反應(yīng)有：式中是反應(yīng)溫度的函數(shù)，由釜式反應(yīng)器設(shè)計(jì)方程求得。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，僅討論n=1的場(chǎng)合。一級(jí)不可逆反應(yīng)的設(shè)計(jì)方程為：第99頁(yè)/共133頁(yè)

應(yīng)用上式將對(duì)溫度T作圖如下（圖中綠色曲線）。第100頁(yè)/共133頁(yè)

當(dāng)溫度T很大時(shí)，上式中的可以忽略，其漸近線如圖中綠線。應(yīng)用將對(duì)溫度T

作圖可得一直線，其斜率為，截距為:

線的討論：

①提高反應(yīng)物料的初始溫度To和冷卻液溫度Tm,截距增大，線將向T增大的方向移動(dòng)。第101頁(yè)/共133頁(yè)②增大反應(yīng)器內(nèi)的換熱面積A或傳熱系數(shù)K，斜率增大，線將向T減小的方向移動(dòng)。定常操作態(tài)時(shí)應(yīng)滿足：，但并非是線性關(guān)系，因此，滿足條件的定常態(tài)不只一個(gè)。圖中和有三個(gè)交點(diǎn)(2、3、4)，但只有2，4兩點(diǎn)具有抗外界干擾的能力。外界干擾導(dǎo)致反應(yīng)溫度產(chǎn)生的溫度波動(dòng)ΔT有兩種情況：ⅰ)

ΔT

＞0時(shí)，有使系統(tǒng)溫度下降而恢復(fù)原來(lái)的狀態(tài)。ⅱ)

ΔT

＜0時(shí)，有第102頁(yè)/共133頁(yè)使系統(tǒng)溫度回升到原來(lái)的溫度。3點(diǎn)不具有抗外界干擾的能力。因?yàn)楫?dāng)ΔT

＞0時(shí)，有，將使系統(tǒng)溫度上升，使操作點(diǎn)向4點(diǎn)移動(dòng)，直至達(dá)到4點(diǎn)的操作態(tài)。操作點(diǎn)向2點(diǎn)移動(dòng)，直至達(dá)到2點(diǎn)的操作態(tài)。因此，可以通過(guò)改變操作變量實(shí)現(xiàn)CSTR在穩(wěn)定的定常態(tài)下操作。四、

CSTR熱穩(wěn)定性的判據(jù)

所有處于穩(wěn)定的定常態(tài)點(diǎn)均具有一共同特征，在這些點(diǎn)處有：第103頁(yè)/共133頁(yè)對(duì)于n級(jí)不可逆反應(yīng)有：近似地將視為不隨溫度T改變，則有：由此可得n級(jí)不可逆反應(yīng)的穩(wěn)定條件為：第104頁(yè)/共133頁(yè)

對(duì)于無(wú)換熱面得絕熱操作（A=0），則有：第三章管式反應(yīng)器管式反應(yīng)器也是一類理想反應(yīng)器模型(活塞流模型)。與間歇釜式反應(yīng)器不同，全混流和活塞流模型用于流動(dòng)過(guò)程。本章將涉及到如下的具體內(nèi)容：一、活塞流模型的基本假定二、等溫管式反應(yīng)器設(shè)計(jì)與分析第105頁(yè)/共133頁(yè)三、管式反應(yīng)器與釜式反應(yīng)器的性能比較四、循環(huán)管式反應(yīng)器的分析計(jì)算五、管式反應(yīng)器的變溫操作流體流動(dòng)是非常復(fù)雜的物理現(xiàn)象，影響到系統(tǒng)的反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化程度。3.1流動(dòng)狀況對(duì)反應(yīng)過(guò)程的影響流體在空管中流動(dòng)的狀態(tài)見(jiàn)圖。內(nèi)部各部分流體的停留時(shí)間不同，反應(yīng)時(shí)間不同,反應(yīng)速率和最終轉(zhuǎn)化率也不一樣。第106頁(yè)/共133頁(yè)

空管中流體狀況3.2等溫管式反應(yīng)器的設(shè)計(jì)一、管式反應(yīng)器的物料衡算式在管式反應(yīng)器中進(jìn)行的單一反應(yīng)，取如圖所示的微元體（高為dZ）。在定態(tài)條件下：

管式反應(yīng)器示意圖

第107頁(yè)/共133頁(yè)

在定態(tài)條件下：將反應(yīng)速率方程兩邊積分有：假設(shè)=常數(shù)（=

下的值），則:

——管式反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方程對(duì)于恒容過(guò)程，上式為：第108頁(yè)/共133頁(yè)注意：管式反應(yīng)器與釜式反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方程形式上相同，但一個(gè)是反應(yīng)時(shí)間t，一個(gè)空時(shí)τ（與所選擇的進(jìn)口狀態(tài)有關(guān)）。另外，間歇釜式反應(yīng)器總是恒容的。如果管式反應(yīng)器也在恒容下進(jìn)行，則有τ=t；否則，τ≠t。

設(shè)反應(yīng)器的截面積為A，則有，那么：對(duì)于恒容過(guò)程，，則：第109頁(yè)/共133頁(yè)3.3管式與釜式反應(yīng)器反應(yīng)體積的比較

在處理量、組成、T、xAf

相同的條件下進(jìn)行對(duì)比。對(duì)于不可逆等溫反應(yīng)，使用不同形式的理想反應(yīng)器時(shí)所需要的反應(yīng)體積如圖所示。理想反應(yīng)器體積示意圖

第110頁(yè)/共133頁(yè)

對(duì)于正常動(dòng)力學(xué)反應(yīng)：管式反應(yīng)器與間歇釜式反應(yīng)器的體積最大；連續(xù)釜式反應(yīng)器的體積最小；多釜串聯(lián)釜式反應(yīng)器的體積居中。對(duì)于反常動(dòng)力學(xué)反應(yīng)：管式反應(yīng)器與間歇釜式反應(yīng)器的體積最小；連續(xù)釜式反應(yīng)器的體積最大；多釜串聯(lián)釜式反應(yīng)器的體積居中。3.4管式反應(yīng)器的熱量衡算管式反應(yīng)器的熱量衡算見(jiàn)圖。由于溫度沿軸線方向是變化的，因此在管內(nèi)取一段容積為dV的微元為研究對(duì)象。第111頁(yè)/共133頁(yè)熱量衡算示意圖

在定態(tài)條件下有：（單位時(shí)間內(nèi)dV微元與外界的換熱量）=（單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)dV微元的反應(yīng)混合物的焓變）數(shù)學(xué)表達(dá)式(操作方程)為：第112頁(yè)/共133頁(yè)其中：—為dV微元與外界的換熱量；

—第i組分的定壓熱容；

—進(jìn)入dV微元的反應(yīng)物從To加熱到T的焓變；

—出dV微元的反應(yīng)物從T至T+dT的焓變;—反應(yīng)物在To下由入口此微元的物料組成到出口此微元的物料組成所發(fā)生的焓變。當(dāng)時(shí),熱量衡算式可簡(jiǎn)化為：第113頁(yè)/共133頁(yè)若在dT區(qū)間隨溫度的變化可忽略，則直接應(yīng)用溫度為的T

定壓比熱值，上式又可簡(jiǎn)化為：上述熱量衡算的表達(dá)式，即為變溫操作的操作方程。聯(lián)立設(shè)計(jì)方程求解可得物料組成與溫度沿管內(nèi)軸線上的分布。首先將設(shè)計(jì)方程和操作方程寫(xiě)成差分的形式，對(duì)于可寫(xiě)成：操作方程寫(xiě)成：第114頁(yè)/共133頁(yè)

根據(jù)上述操作方程逐段進(jìn)行計(jì)算，過(guò)程如下：①?gòu)牡贜段的出口組成和溫度的值來(lái)計(jì)算；②用①的值，取步長(zhǎng)由計(jì)算出;將其代入操作方程計(jì)算出。傳熱推動(dòng)力近似用；然后分別用下式求出

(N+1)段出口的組成和溫度的近似值；③由近似算出的值計(jì)算出，然后取算術(shù)平均值，來(lái)重新計(jì)算第115頁(yè)/共133頁(yè)

，在計(jì)算時(shí)應(yīng)采用來(lái)代替計(jì)算溫差，而；④重復(fù)③的步驟直至得到滿意的收斂的為止；⑤用最后得到的值重復(fù)①～④的步驟進(jìn)行N+1段的計(jì)算，如此逐段計(jì)算直至滿足所要求的出口轉(zhuǎn)化率為止，反應(yīng)器的長(zhǎng)度為。若采用等步長(zhǎng)，則反應(yīng)器的長(zhǎng)度為。計(jì)算舉例三：用一內(nèi)徑為Di=250mm的管式反應(yīng)器進(jìn)行一級(jí)第116頁(yè)/共133頁(yè)不可逆的氣體A熱分解反應(yīng)，其計(jì)量方程為：

；速率方程為：

；；原料為純氣體A，反應(yīng)壓力

；反應(yīng)溫度為T(mén)=480℃（等溫反應(yīng)），反應(yīng)過(guò)程中壓力恒定。原料氣的處理速率為：

，試設(shè)計(jì)要求原料A的分解率達(dá)到0.94時(shí)需要的反應(yīng)器長(zhǎng)度、停留時(shí)間及空時(shí)。（假設(shè)原料氣為理想氣體）解：[1]原料氣A進(jìn)料體積流率的計(jì)算

由可得：

第117頁(yè)/共133頁(yè)=15.934(m3/h)=4.42×10-3(m3/s)[2]原料氣A摩爾濃度的確定

原料氣A在管內(nèi)的體積流速是轉(zhuǎn)化率的函數(shù)，其中：

-原料氣A起始摩爾分率；-原料氣A的膨脹因子。

將已知值代入得：

原料氣A摩爾濃度為：第118頁(yè)/共133頁(yè)[3]設(shè)計(jì)方程的確定由可得：將已知值代入得：[4]反應(yīng)器長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)由得：

第119頁(yè)/共133頁(yè)[5]停留時(shí)間的計(jì)算停留時(shí)間（或反應(yīng)時(shí)間）為：

由于該反應(yīng)屬于非等分子的等溫反應(yīng)，當(dāng)

第120頁(yè)/共133頁(yè)

時(shí)，