化學反應(yīng)工程學習省公開課一等獎全國示范課微課金獎

第3章釜式及均相管式反應(yīng)器1/133第一節(jié)間歇釜式反應(yīng)器第二節(jié)連續(xù)流動均相管式反應(yīng)器第三節(jié)連續(xù)流動釜式反應(yīng)器第四節(jié)理想流動反應(yīng)器組合第五節(jié)多重反應(yīng)選擇率第六節(jié)半間歇釜式反應(yīng)器第七節(jié)釜式反應(yīng)器中進行多相反應(yīng)第八節(jié)討論與分析本章主要內(nèi)容2/133化學動力學方程物料衡算方程熱量衡算方程動量衡算方程第2章中講過計算反應(yīng)體積計算溫度改變計算壓力改變反應(yīng)器設(shè)計基本方程反應(yīng)器設(shè)計基礎(chǔ)3/133物料衡算方程某組分流入量=某組分流出量+某組分反應(yīng)消耗量+某組分累積量反應(yīng)消耗累積流入流出反應(yīng)單元反應(yīng)器反應(yīng)單元流入量流出量反應(yīng)量累積量間歇釜式整個反應(yīng)器00√√平推流(穩(wěn)態(tài))微元長度√√√0全混釜(穩(wěn)態(tài))整個反應(yīng)器√√√0非穩(wěn)態(tài)√√√√反應(yīng)器設(shè)計基礎(chǔ)4/1333.1間歇釜式反應(yīng)器一、釜式反應(yīng)器特征基本結(jié)構(gòu)攪拌器進料口出料口夾套圖3-1間歇反應(yīng)器示意圖5/1333.1間歇釜式反應(yīng)器操作狀態(tài)6/1333.1間歇釜式反應(yīng)器特點:1因為猛烈攪拌，反應(yīng)器內(nèi)物料濃度到達分子尺度上均勻，且反應(yīng)器內(nèi)濃度處處相等，因而排除了物質(zhì)傳遞對反應(yīng)影響；

2含有足夠強傳熱條件，溫度一直相等，無需考慮器內(nèi)熱量傳遞問題；3物料同時加入并同時停頓反應(yīng)，全部物料含有相同反應(yīng)時間。7/1333.1間歇釜式反應(yīng)器優(yōu)點：操作靈活，適合用于小批量、多品種、反應(yīng)時間較長產(chǎn)品生產(chǎn)

精細化工產(chǎn)品生產(chǎn)缺點：裝料、卸料等輔助操作時間長，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定8/1333.1間歇釜式反應(yīng)器反應(yīng)物料間歇加入與取出，反應(yīng)物料溫度和濃度等操作參數(shù)隨時間而變，不隨空間位置而變，全部物料質(zhì)點在反應(yīng)器內(nèi)經(jīng)歷相同反應(yīng)時間應(yīng)用：眾多有機化學反應(yīng)，藥品中間體合成反應(yīng)，反應(yīng)時間需要幾個小時。9/1333.1間歇釜式反應(yīng)器對整個反應(yīng)器進行物料衡算流入量=流出量+反應(yīng)量+累積量00單位時間內(nèi)反應(yīng)量=單位時間內(nèi)消失量二、間歇釜式反應(yīng)器數(shù)學模型溫度濃度均一10/1333.1間歇釜式反應(yīng)器入口物料中不含產(chǎn)物情況因為等容條件下分離變量并積分在沒有任何假設(shè)條件下導(dǎo)出，不論在等溫條件和變溫條件，還是在等容條件和變?nèi)輻l件下都是適用，是間歇反應(yīng)釜用于反應(yīng)時間計算普通公式。反應(yīng)速率單位是mol/（時間*體積）11/1333.1間歇釜式反應(yīng)器等容過程，液相反應(yīng)以轉(zhuǎn)化率表示，主要是著眼于原料利用率，或是減輕反應(yīng)后分離任務(wù)。以殘余濃度表示，主要是為了適應(yīng)后續(xù)工序要求，如有害雜質(zhì)去除。12/1333.1間歇釜式反應(yīng)器圖解積分13/1333.1間歇釜式反應(yīng)器反應(yīng)級數(shù)反應(yīng)速率殘余濃度式轉(zhuǎn)化率式n=0n=1n=2等溫等容過程積分結(jié)果14/133三、間歇釜熱量衡算3.1間歇釜式反應(yīng)器15/1333.1間歇釜式反應(yīng)器電加熱外盤管16/1333.1間歇釜式反應(yīng)器[單位時間內(nèi)由反應(yīng)產(chǎn)生熱量]=[單位時間內(nèi)經(jīng)過冷卻面?zhèn)鞒隹偀崃縘=[單位時間內(nèi)由冷卻介質(zhì)帶走總熱量]

反應(yīng)等溫進行時：17/1333.1間歇釜式反應(yīng)器四、間歇釜式反應(yīng)器工程放大及操作優(yōu)化1工程放大反應(yīng)物到達一定轉(zhuǎn)化率所需反應(yīng)時間，只取決于過程反應(yīng)速率，與反應(yīng)器大小無關(guān)，反應(yīng)器大小由反應(yīng)物料處理量決定。試驗室結(jié)果工業(yè)過程反應(yīng)條件相同設(shè)備結(jié)構(gòu)合理放大前提條件理想間歇釜式反應(yīng)器18/1333.1間歇釜式反應(yīng)器反應(yīng)時間t輔助時間t0反應(yīng)體積＝單位時間所要處理物料體積×操作周期由生產(chǎn)任務(wù)決定裝料卸料清洗填充系數(shù)沸騰或鼓泡液體，可取0.4－0.6不沸騰或不鼓泡液體，可取0.7－0.8519/1333.1間歇釜式反應(yīng)器為二級可逆反應(yīng)（對丙酸鈉和鹽酸均為一級），在試驗室中用間歇反應(yīng)器于50℃等溫下進行該反應(yīng)試驗。反應(yīng)開始時兩反應(yīng)物摩爾比為1，為了確定反應(yīng)進行程度，在不一樣反應(yīng)時間下取出10ml反應(yīng)液用0.515mol/LNaOH溶液滴定，以確定未反應(yīng)鹽酸濃度。不一樣反應(yīng)時間下，NaOH溶液用量以下表所表示：時間，min010203050∝NaOH用量，ml52.532.123.518.914.410.5例3-1：丙酸鈉與鹽酸反應(yīng)：20/1333.1間歇釜式反應(yīng)器現(xiàn)擬用與試驗室反應(yīng)條件相同間歇反應(yīng)器生產(chǎn)丙酸，產(chǎn)量為500kg/h，且丙酸鈉轉(zhuǎn)化率要到達平衡轉(zhuǎn)化率90%。試計算反應(yīng)器實際體積。假定（1）原料裝入以及加熱至反應(yīng)溫度（50℃）所需時間為20min，且在加熱過程中不進行反應(yīng)；（2）卸料及清洗時間為10min；（3）反應(yīng)過程中反應(yīng)物密度恒定。(裝料系數(shù)取0.8）21/1333.1間歇釜式反應(yīng)器解：利用與NaOH當量關(guān)系可求出任一時刻鹽酸濃度（也就是丙酸鈉濃度，因為其計量比和投量比均為1：1）為：于是可求出A平衡轉(zhuǎn)化率：22/1333.1間歇釜式反應(yīng)器由圖中能夠得出，當CA=0.757mol/l時，所對應(yīng)反應(yīng)時間為48min。因為在一樣條件下，間歇反應(yīng)器反應(yīng)時間與反應(yīng)器大小無關(guān)，所以該生產(chǎn)規(guī)模反應(yīng)器反應(yīng)時間也是48min。丙酸產(chǎn)量為：500kg/h=112.6mol/min。所需丙酸鈉量為:112.6/0.72=156.4mol/min。

23/1333.1間歇釜式反應(yīng)器24/1333.1間歇釜式反應(yīng)器2反應(yīng)時間優(yōu)化反應(yīng)時間延長反應(yīng)物濃度降低產(chǎn)物生成速率降低產(chǎn)量增加單位操作時間產(chǎn)品產(chǎn)量不一定增加存在一最優(yōu)操作時間單位操作時間產(chǎn)品產(chǎn)量最大反應(yīng)時間5101520產(chǎn)品產(chǎn)量20303537平均產(chǎn)量11.21.171.06輔助時間1525/1333.1間歇釜式反應(yīng)器對于反應(yīng)若要求產(chǎn)物R最終濃度為cR則單位操作時間產(chǎn)品產(chǎn)量為將上式對反應(yīng)時間求導(dǎo)，并令其等于0：26/1333.1間歇釜式反應(yīng)器可得：27/133若以單位質(zhì)量產(chǎn)品生產(chǎn)費用最低為目標設(shè)單位時間內(nèi)反應(yīng)操作費用為a，輔助操作費用為a0，而固定費用為af，則單位質(zhì)量產(chǎn)品總費用為：將上式對反應(yīng)時間求導(dǎo)，并令其等于0：3.1間歇釜式反應(yīng)器28/1333.1間歇釜式反應(yīng)器可得：29/1333.1間歇釜式反應(yīng)器3配料比為了使價格較高或在后續(xù)工序中較難分離組分A殘余濃度盡可能低，提升反應(yīng)速率，常采取使另一個反應(yīng)物B過量操作方法。定義配料比：配料比提升所帶來負面影響：降低反應(yīng)器容積利用率增加組分B回收費用30/1333.1間歇釜式反應(yīng)器4反應(yīng)溫度對于間歇釜式反應(yīng)器，能夠在不一樣反應(yīng)時間不一樣階段，調(diào)整反應(yīng)溫度。改變反應(yīng)溫度時，應(yīng)該注意：反應(yīng)溫度提升，液相組分蒸汽壓上升很快，會增加冷凝負荷；反應(yīng)溫度過高，可使一些組分腐蝕性增強；對于多重反應(yīng)，反應(yīng)溫度增高，會使一些負反應(yīng)加劇。31/1333.2全混流反應(yīng)器一、全混釜普通設(shè)計方程連續(xù)流動釜式反應(yīng)器全混流反應(yīng)器強烈攪拌濃度、溫度均勻出口處物料參數(shù)與反應(yīng)器內(nèi)物料參數(shù)相等反應(yīng)速率由釜內(nèi)濃度和溫度決定32/1333.2全混流反應(yīng)器全混流反應(yīng)器特點：反應(yīng)器中物料濃度和溫度處處相等，而且等于反應(yīng)器出口物料濃度和溫度；物料質(zhì)點在反應(yīng)器內(nèi)停留時間有長有短，存在不一樣停留時間物料混合，及返混程度最大；反應(yīng)器內(nèi)物料全部參數(shù)，溫度、濃度等都不隨時間改變，從而不存在時間這個自變量。33/133流入量=流出量+反應(yīng)量+累積量0進口中已經(jīng)有產(chǎn)物3.2全混流反應(yīng)器34/133空間時間,簡稱空時。其物理意義為在連續(xù)流動條件下按照反應(yīng)器進口流量計算反應(yīng)物在反應(yīng)器內(nèi)停留時間，當反應(yīng)前后無分子數(shù)改變時就等于反應(yīng)時間?？账?.2全混流反應(yīng)器35/133n=0時n=1時n=2時3.2穩(wěn)態(tài)全混流反應(yīng)器36/133反應(yīng)器特征時間圖解積分間歇釜全混流矩形面積為全混流曲線下面積為間歇釜3.2穩(wěn)態(tài)全混流反應(yīng)器37/133給定物料初始狀態(tài)及反應(yīng)器體積，求轉(zhuǎn)化率或出口濃度給定物料初始狀態(tài)及出口濃度，求反應(yīng)體積二、簡單反應(yīng)單個全混釜設(shè)計3.2穩(wěn)態(tài)全混流反應(yīng)器38/133例3－2:在反應(yīng)體積為1m3釜式反應(yīng)器中，環(huán)氧丙烷甲醇溶液與水反應(yīng)生產(chǎn)1，2-丙二醇：該反應(yīng)對環(huán)氧丙烷為一級，反應(yīng)溫度下反應(yīng)速率常數(shù)等于0.98h-1，原料液中環(huán)氧丙烷濃度為2.1kmol/m3,環(huán)氧丙烷最終轉(zhuǎn)化率為90%。（1）若采取間歇操作，輔助時間為0.65h,則1，2-丙二醇日產(chǎn)量是多少？（2）有些人提議改在定態(tài)下連續(xù)操作，其余條件不變，則丙二醇-1，2日產(chǎn)量又是多少？（3）為何這兩種操作方式產(chǎn)量會有不一樣？3.2穩(wěn)態(tài)全混流反應(yīng)器39/133解：

（1）

一級不可逆反應(yīng)：丙二醇濃度=

丙二醇產(chǎn)量=

3.2穩(wěn)態(tài)全混流反應(yīng)器40/133(2)采取定態(tài)下連續(xù)操作丙二醇產(chǎn)量=（3）因連續(xù)釜在低反應(yīng)物濃度下操作，反應(yīng)速率慢，故產(chǎn)量低。3.2穩(wěn)態(tài)全混流反應(yīng)器41/133平推流反應(yīng)器物料參數(shù)如濃度等沿流動方向改變。對于等溫反應(yīng)，極難控制整個反應(yīng)器內(nèi)物料溫度均勻。對于全混流反應(yīng)器，物料參數(shù)是均勻，對于物料溫度控制比較輕易。三、簡單反應(yīng)多釜串聯(lián)3.2穩(wěn)態(tài)全混流反應(yīng)器42/133在有機反應(yīng)中，尤其是多重反應(yīng)，要求反應(yīng)過程中物料濃度溫度等參數(shù)保持穩(wěn)定，不然極易發(fā)生副反應(yīng)，所以普通選擇全混流反應(yīng)器。為了滿足工藝要求，又要提升反應(yīng)推進力，人們把一個大反應(yīng)器分割成m個小全混流反應(yīng)器，然后串聯(lián)起來，稱為“多級串聯(lián)全混流反應(yīng)器”。3.2穩(wěn)態(tài)全混流反應(yīng)器43/1333.2穩(wěn)態(tài)全混流反應(yīng)器44/1333.2穩(wěn)態(tài)全混流反應(yīng)器45/1333.2穩(wěn)態(tài)全混流反應(yīng)器全混流反應(yīng)器反應(yīng)速率一直處于出口反應(yīng)物濃度低速率狀態(tài)，采取多級全混流反應(yīng)器串聯(lián)后，能夠降低返混影響程度，提升反應(yīng)速率或降低反應(yīng)器體積。多級全混流反應(yīng)器串聯(lián)級數(shù)越多，過程就越靠近平推流反應(yīng)器，那么，是不是級數(shù)越多越好呢？46/133VR1VRmVR2VRiVRi-1v0v0v0v0v0v0多級全混流反應(yīng)器串聯(lián)計算3.2穩(wěn)態(tài)全混流反應(yīng)器47/133解析計算假設(shè)：穩(wěn)定狀態(tài)，等溫，等容。對第i級作A物料衡算，則有：則或3.2穩(wěn)態(tài)全混流反應(yīng)器48/133多級全混流反應(yīng)器級數(shù)普通為2－3級，所以能夠按上式從第1級開始逐層計算，依據(jù)不一樣已知條件來計算反應(yīng)器體積，級數(shù)或者最終轉(zhuǎn)化率。3.2穩(wěn)態(tài)全混流反應(yīng)器49/133A對于一級不可逆反應(yīng)，能夠直接建立級數(shù)m和最終轉(zhuǎn)化率之間關(guān)系，無須逐層計算。

3.2穩(wěn)態(tài)全混流反應(yīng)器50/1333.2穩(wěn)態(tài)全混流反應(yīng)器51/133每級體積相等時，則公式可深入簡化為：或總體積：3.2穩(wěn)態(tài)全混流反應(yīng)器52/133重排得：依據(jù)多釜串聯(lián)反應(yīng)器設(shè)計方程：（3-33）B對于多級不可逆反應(yīng)，能夠用圖解法確定出口濃度或轉(zhuǎn)化率（3-40）3.2穩(wěn)態(tài)全混流反應(yīng)器53/133式（3-40）幾何意義是：圖3-11多釜串圖解示意圖過點（cAi-1，0）斜率為-1/τ直線。再結(jié)合動力學方程（rA）線，即可圖解求出cAiM1,M2，M3，MN分別為第一釜，第二釜，第N釜操作點3.2穩(wěn)態(tài)全混流反應(yīng)器54/133普通而言，級數(shù)不能太多，能夠事先確定。多級全混流反應(yīng)器串聯(lián)優(yōu)化當物料處理量、進料組成及最終轉(zhuǎn)化率相同時，反應(yīng)器串聯(lián)級數(shù)m越多，反應(yīng)推進力越大。串聯(lián)級數(shù)越多，設(shè)備、流程及操作控制越復(fù)雜。合理分配各級轉(zhuǎn)化率，使總反應(yīng)體積最小。優(yōu)化問題3.2穩(wěn)態(tài)全混流反應(yīng)器55/1333.2穩(wěn)態(tài)全混流反應(yīng)器反應(yīng)器設(shè)計中常碰到類似這么問題，物料處理量V0，進料組成CA0及最終轉(zhuǎn)化率XAm均提前確定。反應(yīng)器級數(shù)因受生產(chǎn)條件限制亦確定。怎樣分配各級反應(yīng)器轉(zhuǎn)化率才合理呢？通常以總體積為目標函數(shù)來求解這類問題即使反應(yīng)總體積為最小來確定各級反應(yīng)釜轉(zhuǎn)化率。56/1333.2穩(wěn)態(tài)全混流反應(yīng)器各級反應(yīng)體積不一樣57/133為使VR最小，將上式分別對xA1、xA2、……xAm－1求偏導(dǎo)數(shù)，并令之為零：對于等溫等容過程，計算總反應(yīng)體積VR，則有從以上共m-1個方程，可解出m-1個待定量(xA1、xA2、……xAm－1)3.2穩(wěn)態(tài)全混流反應(yīng)器58/133以一級不可逆反應(yīng)為例化簡后：3.2穩(wěn)態(tài)全混流反應(yīng)器59/133上式兩邊減1得：可見這時：上式表示：當一級不可逆反應(yīng)時，各級體積相等時，總反應(yīng)體積最小。即：3.2穩(wěn)態(tài)全混流反應(yīng)器60/133例3－4以硫酸為催化劑，由醋酸和丁醇反應(yīng)可制得醋酸丁酯。倉庫里閑置兩臺反應(yīng)釜，一臺體積為3m3，另一臺則為1m3?，F(xiàn)擬將它們用來生產(chǎn)醋酸丁酯，初步?jīng)Q定采取等溫連續(xù)操作，原料中醋酸濃度為0.15kmol/m3，丁醇則大量過剩。該反應(yīng)對醋酸為一級，在反應(yīng)溫度下反應(yīng)速率常數(shù)為1.2h-1,要求醋酸最終轉(zhuǎn)化率為50%,求兩種連接方式酯產(chǎn)量各為多少？3.2穩(wěn)態(tài)全混流反應(yīng)器61/133解：(1)小反應(yīng)器在前，大反應(yīng)器在后聯(lián)立以上二式，將xA2=0.5代入，化簡得：3.2穩(wěn)態(tài)全混流反應(yīng)器62/133解得：丁酯產(chǎn)量3.2穩(wěn)態(tài)全混流反應(yīng)器63/133(2)大反應(yīng)器在前，小反應(yīng)器在后聯(lián)立以上二式，將=0.5代入，化簡得：3.2穩(wěn)態(tài)全混流反應(yīng)器64/133解得：丁酯產(chǎn)量一樣為0.4182kmol/h結(jié)果表明：對一級不可逆反應(yīng)，多釜串聯(lián)時連接方式對結(jié)果無影響。3.2穩(wěn)態(tài)全混流反應(yīng)器65/1333.3平推流管式反應(yīng)器一、平推流管式反應(yīng)器特征66/1333.3平推流管式反應(yīng)器速度分布不均勻產(chǎn)生徑向或軸向混合為簡化設(shè)計計算平推流模型管久遠大于管徑處于湍流狀態(tài)67/1333.3平推流管式反應(yīng)器68/1333.3平推流管式反應(yīng)器連續(xù)定態(tài)下，各個截面上各種參數(shù)只是位置函數(shù)，不隨時間而改變；徑向速度均勻，徑向也不存在濃度分布；反應(yīng)物料含有相同停留時間。平推流反應(yīng)器特點對于平推流反應(yīng)器，可采取空時：69/1333.3平推流管式反應(yīng)器流入量=流出量+反應(yīng)量+累積量二、普通設(shè)計計算方程70/1333.3平推流管式反應(yīng)器1.k與xA關(guān)系等溫時k為常數(shù)2.v與xA關(guān)系等分子反應(yīng)？變分子反應(yīng)？3.等容過程與間歇反應(yīng)器公式相同間歇反應(yīng)器或71/1333.3平推流管式反應(yīng)器對于n級不可逆反應(yīng)三、簡單反應(yīng)等溫恒容過程72/1333.3平推流管式反應(yīng)器反應(yīng)級數(shù)反應(yīng)速率反應(yīng)器體積轉(zhuǎn)化率n=0n=1n=2等溫恒容平推流反應(yīng)器計算式73/1333.3平推流管式反應(yīng)器例3－6在常壓及800℃等溫下在平推流反應(yīng)器中進行以下氣相均相反應(yīng)：反應(yīng)速率方程為：式中cT及cH分別為甲苯和氫濃度（mol/L）。原料處理量為2kmol/h，其中甲苯與氫摩爾比等于1。若反應(yīng)器直徑為50mm，試計算甲苯最終轉(zhuǎn)化率為95%時反應(yīng)器長度。74/1333.3平推流管式反應(yīng)器解:由題意知，甲苯加氫反應(yīng)為恒容過程，原料甲苯與氫進料比等于1，即：75/1333.3平推流管式反應(yīng)器所需反應(yīng)體積為：所以反應(yīng)器長度為：76/1333.3平推流管式反應(yīng)器工業(yè)實際中，沒有一個反應(yīng)器是絕對等溫熱量衡算式聯(lián)立求解濃度分布溫度分布物料衡算式四、簡單反應(yīng)變溫過程77/1333.3平推流管式反應(yīng)器在穩(wěn)定狀態(tài)時，有物料衡算：熱量衡算：對象為dVR[物料帶入熱量]＝[物料帶走熱量]+[傳向環(huán)境熱量]+[反應(yīng)熱]78/1333.3平推流管式反應(yīng)器[物料帶入熱量]＝[物料帶走熱量]+[傳向環(huán)境熱量]+[反應(yīng)熱]等溫時：絕熱時：79/1333.3平推流管式反應(yīng)器1）等溫過程則有積分dA80/1333.3平推流管式反應(yīng)器2）絕熱過程熱量衡算式簡化為則有稱為絕熱溫升，即為在絕熱條件下組分A完全反應(yīng)時物料溫升。81/1333.3平推流管式反應(yīng)器積分得當xA0=0,有若略去反應(yīng)焓及定壓熱容隨溫度改變，則絕熱溫升為一定值。82/133一、半間歇釜式反應(yīng)器特征反應(yīng)物B一次投入A在反應(yīng)過程中連續(xù)加入適用情況：（1）要求嚴格控制器內(nèi)A濃度，預(yù)防因A過量而使副反應(yīng)增加情況；（2）只有在低濃度下才能進行放熱反應(yīng)；（3）B濃度高、A濃度低對反應(yīng)有利情況。3.4半間歇釜式反應(yīng)器83/133反應(yīng)物A和B同時連續(xù)加入適用情況：（1）需嚴格控制A與B濃度百分比情況；（2）A和B濃度較低對反應(yīng)有利情況。3.4半間歇釜式反應(yīng)器84/133反應(yīng)物A和B一次按百分比投入反應(yīng)器連續(xù)移出產(chǎn)物適用情況：（1）要求A和B濃度均較高情況；（2）尤其適合用于可逆反應(yīng)。3.4半間歇釜式反應(yīng)器85/133二、半間歇釜式反應(yīng)器數(shù)學模型等溫半間歇液相均相反應(yīng)設(shè)開始時向反應(yīng)器中加入體積為VR0反應(yīng)物B；然后連續(xù)地輸入濃度為cA0反應(yīng)物A，體積流量恒定為vA0；某一時刻時，反應(yīng)器中液相反應(yīng)物料體積為VR；過程中不導(dǎo)出物料，則在時刻t時：若B組分大量過剩3.4半間歇釜式反應(yīng)器86/133單位時間內(nèi)對整個反應(yīng)釜作物料衡算：3.4半間歇釜式反應(yīng)器87/133產(chǎn)物R濃度隨時間改變計算設(shè)某時刻t時產(chǎn)物R濃度為cR，則此時R生成量應(yīng)等于反應(yīng)所消耗掉A量3.4半間歇釜式反應(yīng)器88/133反應(yīng)器生產(chǎn)操作特點慣用物系適宜反應(yīng)間歇釜間歇、小批量、多品種液相或高粘液 正級數(shù)、簡單、復(fù)合全混流連續(xù)、大批量、單品種液相低級數(shù)、自催化平推流連續(xù)、大批量、單品種氣、液相正級數(shù)、簡單、復(fù)合多釜串聯(lián)連續(xù)、大批量、單品種液相任意級數(shù)、簡單、復(fù)合一、各類反應(yīng)器綜合比較3.5理想流動反應(yīng)器組合和比較89/1331246573124657二、理想流動反應(yīng)器組合3.5理想流動反應(yīng)器組合和比較90/1331全混流一級不可逆等容單一反應(yīng)設(shè)每個反應(yīng)器體積為VR，總體積流量為v03.5理想流動反應(yīng)器組合和比較91/1332全混流第一個釜出口第二個釜出口3.5理想流動反應(yīng)器組合和比較92/1333平推流全混流平推流出口全混流出口3.5理想流動反應(yīng)器組合和比較93/1334平推流全混流平推流出口全混流出口3.5理想流動反應(yīng)器組合和比較94/1335平推流63.5理想流動反應(yīng)器組合和比較95/1337平推流全混流平推流出口全混流出口3.5理想流動反應(yīng)器組合和比較96/1333.5理想流動反應(yīng)器組合和比較理想流動反應(yīng)器組合工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用某個真實反應(yīng)器模型97/1333.5理想流動反應(yīng)器組合和比較相同反應(yīng)，相同進料流量和濃度相同溫度和最終反應(yīng)率98/1333.5理想流動反應(yīng)器組合和比較相同條件下全混流（平推流），前者存在返混造成

。1轉(zhuǎn)化率越小，二者體積差異越小，采取低轉(zhuǎn)化率操作，可降低返混帶來影響。但原料得不到充分利用，可采取循環(huán)流程。2反應(yīng)級數(shù)越高，返混對反應(yīng)影響越嚴重。級數(shù)高反應(yīng)在生產(chǎn)中應(yīng)注意降低返混。3采取多級全混流及反應(yīng)器串聯(lián)操作能夠減少返混，提升反應(yīng)推進力，使差異降低。99/1333.5理想流動反應(yīng)器組合和比較100/1333.5理想流動反應(yīng)器組合和比較若以為縱坐標，以為橫坐標，將上式作成曲線：1在串聯(lián)級數(shù)m一定時，越大，之比也越大。2在最終轉(zhuǎn)化率一定時，m越大，之比越小，靠近平推流。當時，再增加級數(shù)所能降低反應(yīng)體積也很有限，但會增加設(shè)備投資，故應(yīng)在經(jīng)濟上權(quán)衡。101/1333.5理想流動反應(yīng)器組合和比較3一定時，m不一樣，所得到最終轉(zhuǎn)化率也不一樣。，對二級不可逆反應(yīng)或

可得到類似結(jié)論。102/133例3-8：生化反應(yīng)工程中A→R為自催化液相反應(yīng)，反應(yīng)速率式，產(chǎn)物R是過程催化劑，所以進料產(chǎn)物中含有產(chǎn)物R，某溫度，采取原料中含A0.99kmol/m3，含R0.01kmol/m3，原料進料量10m3/h，要求A最終濃度降到0.01kmol/m3，求（1）反應(yīng)速率到達最大時，A濃度是多少？（2）采取全混流反應(yīng)器，反應(yīng)體積是多大？（3）采取平推流反應(yīng)器時，反應(yīng)體積是多大？（4）為使反應(yīng)體積為最小，將全混流和平推流反應(yīng)器組合使用，組合方式怎樣，其最小體積為多少？3.5理想流動反應(yīng)器組合和比較103/133解：（1）（2）在全混流反應(yīng)器中：3.5理想流動反應(yīng)器組合和比較104/133（3）在平推流反應(yīng)器中，因為cA0到cAm和cAm到cAf時反應(yīng)速率曲線是對稱，所以，（4）反應(yīng)器組合形式及最小體積

要使反應(yīng)器體積最小，從cA0到cAm應(yīng)該選取全混流反應(yīng)器，而后從cAm到cAf應(yīng)該串聯(lián)一個平推流反應(yīng)器。3.5理想流動反應(yīng)器組合和比較105/133全混流反應(yīng)器體積為：平推流反應(yīng)器體積為：所以最小總體積為：3.5理想流動反應(yīng)器組合和比較106/1331、平行反應(yīng)---一個反應(yīng)物AR(主反應(yīng))D(副反應(yīng))123.6多重反應(yīng)選擇率3.6多重反應(yīng)選擇率107/1333.6多重反應(yīng)選擇率主副反應(yīng)速率之比為稱為對比速率瞬時選擇率(imtantaneousfractional)總選擇率(over-allfractionalfield)二者關(guān)系：S是反應(yīng)過程中瞬時選擇率s平均值108/133平推流反應(yīng)器中，總選擇率是反應(yīng)過程中或反應(yīng)器中瞬時選擇率平均值全混流反應(yīng)器中，因濃度處處相等，總選擇率即為瞬時選擇率3.6多重反應(yīng)選擇率109/1331）溫度效應(yīng)提升溫度對活化能高反應(yīng)有利降低溫度對活化能低反應(yīng)有利若E1>E2,則在較高溫度下進行若E1<E2,則在較低溫度下進行若E1=E2,溫度改變對選擇性無影響反應(yīng)器型式無影響3.6多重反應(yīng)選擇率110/1332）濃度效應(yīng)若n1>n2,較高反應(yīng)物濃度對主反應(yīng)有利若n1<n2,較低反應(yīng)物濃度對主反應(yīng)有利若n1=n2,反應(yīng)物濃度對選擇性無影響平推流反應(yīng)器，低單程轉(zhuǎn)化率全混流反應(yīng)器，加入稀釋劑；反應(yīng)后物料循環(huán)反應(yīng)器型式無影響3.6多重反應(yīng)選擇率111/1333.6多重反應(yīng)選擇率所以，對于平行反應(yīng)，當主反應(yīng)級數(shù)大于副反應(yīng)級數(shù)時，提升CA,對s有利，可采取平推流反應(yīng)器（或間歇反應(yīng)器），或使用濃度高原料，或采取較低單程轉(zhuǎn)化率等，反之，降低CA對s有利，可采取全混流反應(yīng)器；或使用濃度低原料（也可加入惰性稀釋劑，也可用部分反應(yīng)后物料循環(huán)以降低進料中反應(yīng)物濃度），或采取較高轉(zhuǎn)化率等112/133A+BL(主反應(yīng))M(副反應(yīng))12平行反應(yīng)兩個反應(yīng)物3）平行反應(yīng)加料方式選擇3.6多重反應(yīng)選擇率113/133n1>n2,m1>m2cA,cB都高n1>n2,m1<m2cA高,cB低n1<n2,m1<m2cA,cB都低間歇操作開始時A,B同時加入A,B遲緩滴入B向A中遲緩滴入3.6多重反應(yīng)選擇率114/133A+BL(主反應(yīng))M(副反應(yīng))12連續(xù)流動操作n1>n2,m1>m2要求CA,CB都高n1<n2,m1<m2要求CA,CB都低n1>n2,m1<m2要求CA高,CB低A,B在入口處同時進料A,B同時加入全混流反應(yīng)器A進口加入，B分段加入3.6多重反應(yīng)選擇率115/1332、連串反應(yīng)一級反應(yīng)cL0=cM0=03.6多重反應(yīng)選擇率116/133組分A:

單調(diào)下降；產(chǎn)物L:

先升后降，有極大值；產(chǎn)物M:

單調(diào)上升連串反應(yīng)瞬時選擇率s可表示為：3.6多重反應(yīng)選擇率117/133若E1>E2,則在較高溫度下進行若E1<E2,則在較低溫度下進行若E1=E2,溫度改變對選擇性無影響瞬時選擇率s:1）溫度效應(yīng)3.6多重反應(yīng)選擇率118/1332）濃度效應(yīng)若n1>n2,增加初濃度cA0若n1<n2,降低初濃度cA0若n1=n2,初濃度改變對選擇性無影響3.6多重反應(yīng)選擇率119/1333）流動類型影響3.6多重反應(yīng)