《化学反应工程》课程教学资源（PPT课件）第3章 釜式及均相管式反应器

第三章 釜式及均相管式反应器

第三章 釜式及均相管式反应器

第三章釜式及均相管式反应器 第一节间歇釜式反应器 釜式反应器的特征 间歌釜式反应器的数学模型 1.等温等容液相单一反应 2.等温等容液相多重反应 三、间歇釜式反应器的工程放大及操作优化 1.工程放大 2.反应时间的优化 3.配料比 4.反应温度

第一节 间歇釜式反应器 一、 釜式反应器的特征 二、 间歇釜式反应器的数学模型 1. 等温等容液相单一反应 2. 等温等容液相多重反应 三、 间歇釜式反应器的工程放大及操作优化 1. 工程放大 2. 反应时间的优化 3. 配料比 4. 反应温度 第三章 釜式及均相管式反应器

第一节间歇釜式反应器 一、釜式反应器的特征 电动机 减速箱 液面 进料管 夹套 测温管 挡板 桨叶 排料阀

第一节 间歇釜式反应器 一、 釜式反应器的特征

第一节间歇釜式反应器 一、釜式反应器的特征 特点：1由于剧烈搅拌，反应器内物料浓度达到分子尺度上 的均匀，且反应器内浓度处处相等，因而排除了物质传递对 反应的影响； 2具有足够强的传热条件，温度始终相等，无需考虑 器内的热量传递问题； 3物料同时加入并同时停止反应，所有物料具有相同 的反应时间。 优点：，操作灵活，适用于小批量、，多品种、反应时间较长的产 品生产，如精细化工产品的生产。 缺点：装料、卸料等辅助操作时间长，产品质量不稳定

4 第一节 间歇釜式反应器 一、釜式反应器的特征 特点: 1 由于剧烈搅拌，反应器内物料浓度达到分子尺度上 的均匀，且反应器内浓度处处相等，因而排除了物质传递对 反应的影响； 2 具有足够强的传热条件，温度始终相等，无需考虑 器内的热量传递问题； 3 物料同时加入并同时停止反应，所有物料具有相同 的反应时间。 优点：操作灵活，适用于小批量、多品种、反应时间较长的产 品生产，如精细化工产品的生产。 缺点：装料、卸料等辅助操作时间长，产品质量不稳定

第一节间歇釜式反应器 一、釜式反应器的特征 精细化工产品的生产中的液相反应、液液非均相反应； 有色治金及化学矿加工中的液固反应； 生物反应中的微生物发酵反应； 聚合物生产中的乳液聚合及悬浮液聚合：

精细化工产品的生产中的液相反应、液液非均相反应； 有色冶金及化学矿加工中的液固反应； 生物反应中的微生物发酵反应； 聚合物生产中的乳液聚合及悬浮液聚合； 第一节 间歇釜式反应器 一、 釜式反应器的特征

Standardised stirred tank reactor sizes 标准尺寸(according to DIN)Deutsche ndustrie-Norm"德国工业标准 反应釜规格 400 630 1000 2500 4000 6300 总容 533 847 1447 3460 5374 8230 积 夹套 152 368 499 容积 120 216 677 换热 Nis 面积 e 2.5 3.1 4.6 8.3 11.7 15.6 Ni d 800 1000 1200 1600 1800 2000 主要 hi 1000 1000 1200 1600 2000 2500 尺寸 (mm) d2 900 1100 1300 1700 1900 2100 h2 1250 1300 1550 2060 2500 3050

6 Standardised stirred tank reactor sizes 反应釜规格 400 630 1000 2500 4000 6300 总容 积 L 533 847 1447 3460 5374 8230 夹套 容积 L 120 152 216 368 499 677 换热 面积 m2 2.5 3.1 4.6 8.3 11.7 15.6 主要 尺寸 (mm) d1 800 1000 1200 1600 1800 2000 h1 1000 1000 1200 1600 2000 2500 d2 900 1100 1300 1700 1900 2100 h2 1250 1300 1550 2060 2500 3050 标准尺寸( according to DIN) Deutsche Industrie-Norm"德国工业标准

、间歇釜式反应器的数学模型 用数学模型描述反应物组成随时间的变化情况，对 整个反应器进行物料衡算： 流入量=流出量+反应量+累积量 单位时间内反应量=单位时间内消失量 (rA)rVR= dn4二nao dt 4仁n,=n（I-xi》 (3-2) dt 1= (3-3) 1-omw. dc 3-4)

7 二、间歇釜式反应器的数学模型 用数学模型描述反应物组成随时间的变化情况，对 整个反应器进行物料衡算： 单位时间内反应量 = 单位时间内消失量 0 0 0 0 ( ) ( ) Af Af x x A A A A R A V A V n dx dx t c V r r = =   0 0 0 ( ) ( ) Af Af A x c A A A c A V A V dx dc t c r r = = −   0 0 ( ) ( (1 )) A A A V R A A A A dn dx r V n n n x dt dt = − = = − 流入量 = 流出量 + 反应量 + 累积量 (3-2) (3-3) (3-4) 0 0

图解积分示意图 (3-4) [rA]' [rA] t/CA0 XAO XAf CAO CA 图3一2等温间歇液相反应 图3一3等温间歇液相反应 过程t/Co的图解积分 过程反应时间t的图解积分

8 图解积分示意图 t/cA0 [rA] -1 x x Af xA0 t [rA] -1 cAf cA cA0 图3－2 等温间歇液相反应 过程t/cA0的图解积分 图3－3 等温间歇液相反应 过程反应时间t的图解积分 0 0 0 ( ) ( ) Af Af A x c A A A c A V A V dx dc t c r r = = −   (3-4)

1.等温等容液相单一反应 在间歇反应器中，若进行等容液相单一不可逆反 应，则关键反应物A的反应速率式为： (r4= dc=kf(ca) dt 所需反应时间为：4- dcA 由于等容过程，C4=C40(1-x4),即 (3-6)

9 1. 等温等容液相单一反应 在间歇反应器中，若进行等容液相单一不可逆反 应，则关键反应物A的反应速率式为： ( ) ( ) A A V c A dc r k f c dt = − = 0 ( ) Af A c A c c A dc t k f c = − 0 (1 ) A A A c c x = − 0 0 ( ) Af x A A c A c dx t k f x =  所需反应时间为： 由于等容过程， ，即 (3-6)

表3-1间歇反应器中等温等溶液相单一不可逆反应的动力学结果 反应级数 反应速率 残余浓度式 转化率式 k1=CA0-CA kt C40XA n=0 (TA)v =ke k边 CA=CAo-kt X4 CAO ket=In Cao kt=In n=1 (TA)v=keca CA 1-X4 CA=Csoe k X=1-e-ker 1 k1= XA n=2 (rA)y =kc CA CAO C40 1-XA CA= CAO X4 1+C40k 1+caok t n级 n≠1 TA)v =k.ca k=(-c0)-x2=1+n-0c n-l

10 反应级数 反应速率 残余浓度式 转化率式 n=0 n=1 n=2 n级 n≠1 ( ) A V c A r k c = A ( )V c r k = 2 A ( )V c A r k c = A ( ) n V c A r k c = A0 c A c k t ln c = c A A 0 k t c c = − c A A 0 k t c x = 0 c k t A A c c e − = 1 c k t A x e − = − 1 1 c A k t ln x = − 0 1 1 c A A k t c c = − 0 1 1 A c A A x k t c x = − A A c 0 c c k t = − 0 c A A k t x c = 0 0 1 A A A c c c c k t = + 0 0 1 A c A A c c k t x c k t = + 1 1 0 1 ( ) 1 n n c A A k t c c n − − = − − 1 1 0 1 1 ( 1) n n A A c x n c k t − = + − （ － ）－ 表3－1 间歇反应器中等温等溶液相单一不可逆反应的动力学结果