《水污染控制原理》课程教学课件（案例PPT）第6案例 反应器体积的设计

G武汉理工大学研究生精品课程水污染控制原理环境工程学硕学位课主讲人：方继敏

武汉理工大学研究生精品课程 水污染控制原理 环境工程学硕学位课 主讲人：方继敏

水污染控制原理第6案例反应器容积的设计主讲人：方继敏E-mail: 196379@163.com

第6案例 反应器容积的设计 主讲人：方继敏 E-mail：196379@163.com 水污染控制原理

水污染控制原理主要内容：（1）间歇反应器的容积设计（2）连续搅拌反应器的容积设计●重点：活塞流和连续搅拌反应器的容积计算及分析

水污染控制原理 ⚫ 主要内容： （1）间歇反应器的容积设计 （2）连续搅拌反应器的容积设计 ⚫ 重点： 活塞流和连续搅拌反应器的容积计算及分析

第一节反应器容积设计相关术语水污染控制原理反应器的容积大小与生产要求的转化率和生产率有关，也与反应类型有关。转化率=反应器进口浓度-反应器出口浓度反应器进口浓度每批生产的（或去除的）物质生产率二每批生产所需的停留时间+每批生产所需的停产时间注：对连续流的反应器，停产时间为零

第一节 反应器容积设计相关术语 水污染控制原理 反应器的容积大小与生产要求的转化率和生产率有关，也与反应 类型有关。 注：对连续流的反应器，停产时间为零 反应器进口浓度 反应器进口浓度 反应器出口浓度 转化率 − = 每批生产所需的停留时间 每批生产所需的停产时间 每批生产的（或去除的）物质 生产率 + =

第二节间歇反应器的容积设计水污染控制原理用nAi和n表示A的初始物质的量和在t时刻时的物质的量对于间歇型反应器转化率n可以表示为：nA-nA(61)n=nAi根据前面提过的物料衡算方程，对于间歇反应器不存在代表物料进出口的两项，因此可以此时的物料衡算方程可以写成：dnadnVrA= -nA dtVrA=-nAi(6—2)dt

第二节 间歇反应器的容积设计 水污染控制原理 用nAi和nA表示A的初始物质的量和在t时刻时的物质的量对于间歇型 反应器转化率  可以表示为： i n n n i A A − A  = 根据前面提过的物料衡算方程，对于间歇反应器不存在代表物 料进出口的两项，因此可以此时的物料衡算方程可以写成： dt dn r -n i A V A = A dt d r n i  V A = − A （6—1） （6—2）

第二节间歇反应器的容积设计水污染控制原理假设t等于0的时候，也等于0，对上式子进行积分可得：dndnt=nA, J(6—3)V=CA Jo (-r)(-r)V式子中℃A为t等于0的时候，反应物A在容积V中的浓度。根据式子求得停留时间，进一步可以算得反应器的容积

第二节 间歇反应器的容积设计 水污染控制原理 假设t等于0的时候， 也等于0，对上式子进行积分可得： 式子中 为t等于0的时候，反应物A在容积V中的浓度。 根据式子求得停留时间，进一步可以算得反应器的容积。  （6—3） Ai c   − = − =     0 0 ( ) ( ) t A A A A r d c r V d n i i

第三节活塞流反应器容积的设计水污染控制原理由下图所示活塞流反应器微元容积dV，反应物A的稳态物料衡容积=A-2算方程得：U-Q/A/反应速率=raQcr+sEQc.QcQc-QdC4 =r,dV面+z(0)AzL(@)-QCA, dna = r,dV(64)

第三节 活塞流反应器容积的设计 水污染控制原理 由下图所示活塞流反应器微元容积dV，反应物A的稳态物料衡 算方程得： −QdCA = r A dV QCA d A r A dV i −  = （6—4）

第四节活塞流反应器容积的设计水污染控制原理上式中，CAi为A的进口浓度。对两边积分可得：VnAo dns(65)（-ra)QCAnAi式子中nAInAo分别表示进出口的转化率,QC4也可以表示成反应器的A的物质的量。V/Q代表停留时间O所以上式可以写成：dn-nAOQ=CAi Jna. (-r)(66)

第四节 活塞流反应器容积的设计 水污染控制原理 上式中，CAi为A的进口浓度。对两边积分可得： 0 i i d C r A A A A V Q    =  （- A ） A0  AI 式子中  分别表示进出口的转化率， 也可以表示 成反应器的A的物质的量。V/Q代表停留时间 所以上式可 以写成： i QCA  − = 0 Ai r d C i A A A     （ ） （6—5） （6—6） 

第五节例题详解水污染控制原理1.B（丁二烯）与甲基丙烯酸盐（M）在苯溶液中用氯化铝为催化剂产生的加合物（C）的过程，可表示下列基元反应：AICI,+M→AICI,·M (快)B+ AICI,·M (快)K2>C· AICI,(慢)C·AICI,慢）→C+AICI,(快)20°C时的K，值为1.15×10-3m3/mo1·ks。流量为0.5m3/ks。进料成为B96.5 mo1/m3M184mol /m3AL6. 63 mo1/m2计算B的转化率为0.4时的活塞流反应器容积：

第五节 例题详解 水污染控制原理 1.B（丁二烯）与甲基丙烯酸盐（M）在苯溶液中用氯化铝为催化剂产 生的加合物（C）的过程，可表示下列基元反应： （慢） （快） （快） （慢） （快） 3 3 3 2 3 3 3 lCl lCl lCl lCl lCl lCl C A C A B A M C A A M A M K • → + + • ⎯⎯→ • + → • 20°C时的K2值为1.15×10-3m 3/mol·ks。流量为0.5m3/ks。进料成为： B 96.5 mol/m3 M 184 mol /m3 AL 6.63 mol/m3 计算B的转化率为0.4时的活塞流反应器容积：

第五节例题详解水污染控制原理解：B为限制反应物，故用来表示转化率。在所给进料的条件下，复化物A1C1·M的浓度保持不变，等于A1C1.的初始浓度。整个过程的速率由第二个基元反应控制，故得到：-Iβ = kCCAlM = kCB,(1-nB)CAli(6—7)Indndne1-nB0=CCBJoR(6—8)KCB(1-nB) CA)kC-IBAli数值代入得到：In-0.4=67.0(Ks)=18.6hH(6—9)(1.15×10-3)96.63)V=Q0= 67.0×0.5=33.5m3(6—10)

第五节 例题详解 水污染控制原理 解：B为限制反应物，故用来表示转化率。在所给进料的条件下，复 化物AlCl3· M的浓度保持不变，等于AlCl3的初始浓度。整个过程的速 率由第二个基元反应控制,故得到： B Al M B l i r kc c kc 1 c − B = • = （ i − B ） A i i i l k 1 1 ln (1 d r d 0 l 0 A B B B KC C C C C B B B A B B B B （ ） （ ） ）        − = − = − =   数值代入得到： 67.0(Ks) 18.6h 1.15 10 96.63) 1 0.4 1 ln 3 = =  − = （ − ） （ ）  3 V = Q = 67.00.5 = 33.5m （6—7） （6—8） （6—9） （6—10）