高等反应工程 第二章.ppt

C hemical R eaction E ngineering 理想均相反应器分析第二章 C hemical R eaction E ngineering 学习目标?1 、掌握理想与间歇反应器的基本方程,并能将方程进行无因次化,明确认识无因次数群的物理意义。?2 、理解间歇反应末期动力学和配料比的工程实践意义,能图解表达其最优时间,分析每条线和交点的含义。?3 、能够对分子数变化的反应进行活塞反应器设计;应用最优反应温度法进行多段绝热固定床反应器设计。?4 、理解全混流的热稳定性问题,区分稳态与动态下反应器热稳定性的判别方法与两者的差异。 C hemical R eaction E ngineering ?均相反应器的特征是在反应器内任取一尺度远小于反应器的微元( 但仍含有大量分子) , 在微元内不存在组成和温度的差异, 即已达到分子尺度的均匀。因此, 在均相反应器内不存在微元尺度的质量传递和热量传递, 而只有由物料的宏观运动引起的传质和传热。理想间歇反应器理想间歇反应器活塞流反应器活塞流反应器全混流反应器全混流反应器理想均相反应器 C hemical R eaction E ngineering 理想间歇反应器 理想间歇反应器 C hemical R eaction E ngineering ?当搅拌足够强烈,反应物料粘度较小,反应速率不是太快时,在任一瞬时反应器内各处物料的组成和温度均为一致,即任一处的组成和温度皆可作为整个反应器状态的代表,此谓理想间歇反应器。 间歇反应器的物料衡算和能量衡算方程 C hemical R eaction E ngineering ◎辅助时间占的比例大,劳动强度高,生产效率低. ◎操作灵活性大,便于控制和改变反应条件◎非稳态操作,反应过程中,温度、浓度、反应速度随着反应时间而变◎同一瞬时,反应器内各点温度、浓度分布均匀* ◎结构简单、加工方便,传质、传热效率高◎反应物料一次加入,产物一次取出 C hemical R eaction E ngineering C hemical R eaction E ngineering ?间歇反应器的操作是非定态的,釜内物料的组成和温度随反应进程而改变。用于描述反应进程的模型必须包含浓度变化和温度变化。又由于两者的偶合关系,这些方程必须联立求解。) (H-BA????其物料与能量衡算基本方程: 2-1 2-2 一、间歇反应器的基本方程累积热反应热与外界交换热 C hemical R eaction E ngineering ?相应初始条件为:?? 00 A ACC??? 00TT?式中: c A为反应物 A 的浓度 x A为 A 的转化率 c p为反应物比定压热容 U为总传热系数 T c为冷却( 或加热)介质温度 c A0为其初浓度 m为反应物料总质量 V R为反应器容积 A R为传热面积 C hemical R eaction E ngineering ☆令量纲为一(无因次化): 0A Ac cf?浓度 0T T???? t?反应时间 0T ??冷却介质温度 0 RT E??活化能温度τ-总反应时间量纲为一的主要目的是:减少方程中参变量数,便于将分析结果普遍化;每一个量纲为一参数都是两个量的互比值,具有明确的物理意义, 能更直接地根据其数值的大小判断对过程的影响。量纲为一的主要目的是:减少方程中参变量数,便于将分析结果普遍化;每一个量纲为一参数都是两个量的互比值,具有明确的物理意义, 能更直接地根据其数值的大小判断对过程的影响。