1、1,课前提问？,1.反应持续时间tr、停留时间t和平均停留时间、空间时间 tr简称为反应时间BR。反应物料进行反应达到所要求的反应程度或转化率所需时间，其中不包括装料、卸料、升温、降温等非反应的辅助时间。t停留时间又称接触时间，用于连续流动反应器（PFR、CSTR等），指流体微元从反应器入口到出口经历的时间。反应器有效容积VR与流体特征体积流率V0之比值。,2,2.BR、PFR、CSTR中物料衡算方程中累积量Fb有何不同，为什么？,3,3.为什么动力学方程在间歇反应器中测定？,BR设计计算方程为 恒容条件下， 上式可简化为：间歇反应器内为达到一定转化率所需反应时间tr，只是动力学方程式的直接积
2、分，与反应器大小及物料投入量无关。,4,求VR,求FA,4.简述BR设计计算过程VR,5,理想置换反应器,指通过反应器的物料沿同一方向以相同速度向前流动，像活塞一样在反应器中向前平推，故又称为活塞流或平推流反应器，英文名称为Plug (Piston) Flow Reactor，简称PFR。,6,理想置换反应器的特性,无返混，停留时间相同； 轴向截面，不同径向位置的流体特性（组成、温度等）是一致的； 定常态操作，反应器内状态只随轴向位置改变，不随时间改变。 PFR实际生产管径较小、长度较长、流速较大的管式反应器，列管固定床反应器等。,7,理想置换反应器的设计方程,现取长度为dl、体积为dVR的一
3、微元体系，对关键组份A作物料衡算，如图所示，这时dVR=Stdl，式中St为截面积。,8,进入量-排出量-反应量=累积量故 FA-(FA+dFA)-(-rA)dVR=0由于 FA=FA0(1-xA)微分 dFA=-FA0dxA所以 FA0dxA=(-rA)dVR 为PFR物料平衡方程的微分式。对整个反应器而言，应将上式积分。,9,上式为平推流反应器的积分设计方程。,10,恒容过程：设计方程关联了反应速率、转化率、反应器体积和进料量四个参数，可根据给定条件从三个已知量求另一个未知量。,11,例1-4条件同例1-3，计算转化率分别为80、90时所需平推流反应器的大小。 解：对PFR代入数据xA=0
4、.8时：xA=0.9时：,12,变容反应过程,反应前后摩尔数不同（P不变时）系统物流体积变化反应物浓度变化反应速率变化。,13,膨胀因子和膨胀率,为了表征由于反应物系体积变化给反应速率带来的影响，引入两个参数，膨胀因子和膨胀率。,14,膨胀因子,反应式 计量方程定义膨胀因子即关键组份A的膨胀因子等于反应计量系数的代数和除以A组分计量系数的相反数。,15,膨胀因子是由反应式决定的，一旦反应式确定，膨胀因子就是一个定值，与其它因素一概无关。,16,膨胀因子的物理意义,关键组分A消耗1mol时，引起反应物系摩尔数的变化量。对于恒压的气相反应，摩尔数的变化导致反应体积变化。A0是摩尔数增加的反应，体积
5、。 A0是摩尔数减少的反应，体积。 A=0是摩尔数不变的反应，体积不变。,17,膨胀率,定义膨胀率即A组分的膨胀率等于物系中A组分完全转化所引起的体积变化除以物系的初始体积。,18,膨胀因子与膨胀率的关系,可以推导出 P25yA0是A组分的摩尔分数,19,例1-5均相气相反应A3R，其动力学方程为-rA=kcA，该过程在185，400kPa下在一平推流反应器中进行，其中k=10-2s-1，进料量FA0=30kmol/h，原料含50惰性气，为使反应器出口转化率达80，该反应器体积应为多大?,20,解：该反应为气相反应A3R已知yA0=0.5，因此A=yA0A=1 平推流反应器设计方程,21,22
6、,例1-6在一个平推流反应器中，由纯乙烷进料裂解制造乙烯。年设计生产能力为14万吨乙烯。反应是不可逆的一级反应，要求达到乙烷转化率为80，反应器在1100K等温，恒压600kPa下操作，已知反应活化能为347.3 kJmol-1 ，1000K时，k=0.0725 s-1 。设计工业规模的管式反应器。,23,解题思路,逆向法：,24,解：设A为乙烷，B为乙烯，C为氢气反应器流出的乙烯的摩尔流率是：,25,进料乙烷的摩尔流率是：计算1100K时反应速率常数：,26,膨胀因子：膨胀率： 进口体积流量：,27,平推流反应器设计方程,28,全混流反应器,又称全混釜或连续流动充分搅拌槽式反应器，简称CST
7、R。 反应器中各处物料T、C瞬间都相同。,29,全混流反应器特性,物料充分返混； 各处物料参数均一； 反应器出口组成与器内物料组成相同； 连续、稳定流动，是一定态过程。,30,全混流反应器基本设计方程,全混釜中各处物料均一，故选整个反应器有效容积VR为物料衡算体系，对组分A作物料衡算。,31,整理得到：恒容条件下设计方程为：,32,例1-7 条件同例1-3的醇酸树脂生产，若采用CSTR反应器，求己二酸转化率分别80、90时，所需反应器的体积。 解：由例1-3已知：,33,由设计方程代入数据，xAf=0.8时代入数据，xAf=0.9时,34,将例1-3，1-4，1-7的结果汇总达到同样结果 VCSTR VBRVPFRVBRVPFR是由于间歇过程需辅助工作时间所造成的。 VCSTR VBR是由于全混釜的返混造成反应速率下降所致。当转化率增加时，所需反应体积迅速增加。,35,本章小结,定义概念建立动力学方程：r=kcAmcBn，积分-微分法 返混：BR/PFR非理想流动反应器CSTR 时间：tr停留时间t,36,反应器设计方程,37,作业,P35-P363，4，5，14，18，19，23,
