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化学反应工程-第三章 釜式及均相管式反应器.ppt 115页

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* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 二、连串反应 间歇及平推流反应器中连串反应 等温间歇反应器中进行连串一级不可逆液相反应。 开始时A的浓度为cA0,而cL0=cM0=0 (a) (b) (c) 图3-20 连串反应的浓度一时间关系 cM cL cA k1=k2 t cM cL cA k1>k2 t cM cL cA k1>1,即使转化率较高,也可得到较高的选择率。 图3-14 一级连串反应Sf-xA图 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 平推流 全混流 k1/k2=0.1 k1/k2=1 k1/k2=10 xA=1-(cAf/cA0) 第六节 半间歇釜式反应器 一、半间歇釜式反应器的特征 半间歇操作又称半连续操作,同时具有间歇操作和连续操作的某些特征。以反应物A和B,产物为R为例,几种常用的半间歇操作方式: 反应物B一次投入反应器,A在反应过程中连续加入,反应过程中不出料,反应结束后一次出料;主要适用于以下情况: 要求严格控制反应器内A的浓度,防止因A过量而使副反应增加的情况; 保持在较低温度下进行的放热反应; A浓度低,B浓度高对反应有利的情况。 反应物A和B同时连续加入反应器,反应过程中不出料,反应完毕后,一次出料。 这种操作可以严格控制A、B的加料比例,而且可以保持A和B都在较低的浓度下进行; 适合于A、B浓度降低对反应有利的场合。 将反应物A、B一次按比例全部投入反应器,反应过程中连续不断地移出产物R; 这种操作方式既能满足A、B的比例要求; 又能保持A、B在反应过程中的高浓度; 对可逆反应尤其合适。 二、半间歇釜式反应器的数学模型 半间歇液相釜式反应器中反应物及产物可以处于互溶的液相或不互溶的液-液非均相。如果属于液-液非均相,还涉及液-液相之间的微观混合等问题。 以等温半间歇液相均相反应为例,作物料衡算如下: 式中是釜式反应器中液相反应物料的体积,随时间而变。设操作开始时先向反应器中加入体积为VR0的物料B,然后连续地输入浓度为cA0的反应物A,体积流量恒定为VA0,过程中不导出物料,故 反应器中进行单一不可逆液相均相等温反应 则: 如果反应物B大量过剩,可按一级反应处理,即 代入上式可得 初始条件为t=0时,VRcA=0,即 则 该式即反应物A的浓度与反应时间的关系。 产物R的浓度cR与反应时间的关系: 由此可计算不同反应时间反应物A和产物R的浓度。 反应物A的浓度与反应时间关系曲线存在着一个极大值。 如果不存在化学反应,由于A的连续加入,器内A的浓度应随时间而增加,有化学反应时,A加入到反应器后消耗一部分,但开始时A的浓度低,反应速率慢,浓度随时间而上升;随浓度增大,反应速率加快,当反应消耗

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