高等反应工程第二章.ppt

理想均相反应器分析
第二章
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。
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
活塞流反应器
全混流反应器
理想均相
反应器
理想间歇反应器
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
◎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
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。
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
相应初始条件为:
式中:
cA 为反应物A 的浓度
xA 为A 的转化率
cp 为反应物比定压热容
U 为总传热系数
Tc 为冷却( 或加热)介质温度
cA0 为其初浓度
m 为反应物料总质量
VR 为反应器容积
AR 为传热面积
☆令量纲为一(无因次化):
浓度
反应时间
冷却介质温度
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。