釜式及管式反应器.pptx

反应器的特性
流动状态
混合状态
传热特性

这些特性随反应器的几何结构和几何尺寸而异反应器开发的任务理想反应器的内涵理想反应器1、间歇釜式反应器BatchReactor化学实验室内装有电动搅拌装置的玻璃三口烧瓶即和釜式反应器极为相似，故可用三口烧瓶进行反应开发、操作条件及动力学研究，便于移植于工业反应器中进行生产。优点：操作灵活，适应不同操作条件与不同产品品种，适用于小批量、多品种，反应时间较长的产品生产。
缺点：不能连续操作，装填料需要较多人力物力、耗费较多的非生产时间。
应用：精细合成液-液均相或非均相反应；有色冶金、化学矿加工中的液-固相反应，生物反应中的微生物发酵反应，聚合物生产中的乳液、悬浮液聚合，油脂加氢等反应
2、间歇反应器的数学模型以表示反应物料在整个反应器中占有的体积，当反应物被充分搅拌达到完全混合的前提下，以反应物A为基准的通用摩尔衡算方程可写成恒容条件下（多数情况）

这说明，在充分混合的间歇反应器中，反应是依照它的动力学特征进行的。流动过程对反应没有影响。如果间歇反应器中的物料由于搅拌而处于均匀状态，则反应物系的组成、温度、压力等参数在每一瞬间都是一致的（理想），但随操作时间或反应时间而变化，故独立变量为时间。（1）反应时间的计算
已知反应动力学方程和组分A的浓度变化，就能按式计算反应时间。
一般采用数值积分或图解法。图解积分示意图（2.）实际操作时间实际操作时间=反应时间t+辅助时间t′
辅助时间包括加料、调温、缷料和清洗等时间。

（3.）反应器体积
VR=Q0(t+t′)

式中Q0为单位时间所处理的物料量。如果间歇反应器中的物料由于搅拌而处于均匀状态，则反应物系的组成、温度、压力等参数在每一瞬间都是一致的（理想），但随操作时间或反应时间而变化，故独立变量为时间。间歇系统
组分由理想气体状态方程可以得到

浓度和转化率的关系

（4）间歇反应器中的单反应

设有单一反应A→R

动力学方程为.残余浓度式
计算经反应时间t后A的残余浓度。
.转化率式
计算经反应时间t后A的转化率。
A的残余浓度和转化率可用公式计算。
间歇反应器中反应速率、转化率和残余浓度的计算结果列于表（1）。反应级数.残余浓度和反应时间的关系

0级反应：，CA随t直线下降；
1级反应：CA随t较缓慢下降；
2级反应：CA随t缓慢下降。

对于一级或二级不可逆反应，在反应后期，CA的下降速率，即xA的上升速率相当缓慢。若追求过低的残余浓度，即过高的转化率，则在反应后期要花费大量的反应时间。例1
以乙酸（A）和正丁醇（B）为原料在间歇反应器中生产乙酸丁酯，操作温度为100°C，每批进料1kmol的A和4.96kmol的B。已知反应速率
试求乙酸的转化率为0.5，0.9，0.99所需的反应时间。
已知乙酸与正丁醇的密度分别为960kg/m3和740kg/m3
解：

显然A是关键组分，不过量，对于1kmolA来说，投料情况是由于反应为液相反应，体积不变对每1kmolA而言，每次投料体积（有效反应体积）为
当转化率为0.5时，t＝0.535h，
当转化率为0.9时，t＝4.81h，
当转化率为0.99时，t＝52.9h。
￥不能片面追求转化率，导致反应时间过长，大幅度增加操作费用。（5）间歇反应器中等温等容液相单一可逆反应的动力学表达式
对于单一可逆反应，要考虑化学平衡，KC为液相反应的平衡常数。
为了便于讨论，课本表3-2应该都假定了反应为基元反应。
假定产物初始浓度为零可逆反应的动力学速率方程
对于通用液相可逆反应

平衡时的浓度由热力学关系式进行关联

平衡常数

的单位为

一级反应
反应达到平衡时若有CA-t的实验数据，则可根据上式计算出速率常数k和k’，由此得到平衡常数KC1级、2级反应
反应达到平衡时3、间歇釜式反应器的工程放大及操作优化
（1）工程放大
由间歇反应器的设计方程可得一个重要的结论：反应物达到一定的转化率所需的反应时间，只取决于过程的反应速率或动力学因素，与反应器的大小无关。反应器的大小是由反应物料的处理量决定的。
由此可见，上述计算反应时间的表达式，既适用于小型设备又可用于大型设备，只要保证相同的反应条件和装置的合理放大，即可达到同样的反应效果
实验室用的小型反应器要做到等温操作比较容易，而大型反应器就很难做到；同时大型反应器要通过搅拌使容器内的物料混合均匀、浓度均一也比较困难，所以生产规模的反应效果与实验室反应器相比，还是有差异的。
间歇反应器的反应体积根据单位时间的反应物料处理体积Q0及操作周期来确定间歇反应器的反应体积

实际体积而单位时间的产品产量mol可以定义为
例：在间歇釜中一级不可逆反应，液相反应A→2R
k=9.52×109exp[-7448.4