化学反应过程与设备(反应器设计和优化)

均相反应器的设计和优化

项目2 反应器设计和 优化

均相反应器的设计和优化

问题： 1 反应器设计的任务是什么？ 2 如何完成反应器的设计任务？ 3 什么是反应器的优化？ 4 如何进行反应器的优化？

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均相反应器的设计和优化

任务1 间歇操作釜式反应器设计

工作任务： 根据化工产品的生产条件和工艺要求进行间歇操作釜式 反应器的设计。

解决思路： 根据反应特性和工艺要求初步选定反应器类型后，然后计 算出反应器的有效体积，进而算出反应器体积，并根据国家 或行业化工设备标准进行选型。

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一、反应器中的流体流动模型

流动模型 是对反应器中流体流动与返混状态的描述。反应器中 流体的流动模型是针对连续过程而言的。 理想臵换流动模型 理想流动 模型 理想混合流动模型

特点：返混量为无穷大；反应釜内 物料的各种参数完全一致；存在停 留时间分布。 理想混合的适用条件？

特点：没有返 混，或者返混 量为零；垂直 于流动方向任 一横截面上物 料的所有参数 都相同；而沿 流动方向上连 续变化。 理想臵换的适 用条件？

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反应器内反应物的浓度变化： 理想混合流动 理想臵换流动

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返混不是一般意义上的混合，而是专指不同时刻进入

反应器的物料之间的混合，是逆向的混合，或者说是 不同年龄质点之间的混合。

返混带来的最大影响是反应器进口处反应物高浓度区

返混及其 影响

的消失或降低。 返混改变了反应器内的浓度分布，产生停留时间分布， 对反应过程、结果和反应器的工程放大产生影响。

降低返混程度的措施：分割。分为横向分割和纵向分

割。 常见例子：连续多釜串联、高径比的流化床设挡板等。 思考： 间歇反应器、理想臵换反应器、理想混合反应器的返混情况？

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非理想 流动

实际工业反应器中物料偏离理想臵换和理想混合的流 动统称为非理想流动。 实际反应中流动状况偏离理想流动的原因：

滞留区的存在 存在沟流与短路 循环流 流体流速分布不 均匀 扩散

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反应器中沟流、死角、短路的非理想流型举例:

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二、均相反应动力学基础

1.基本概念

宏观动力学：研究宏观反应过程的动力学称为宏观动力学。 宏观反应过程：化学反应过程与质量、热量和动量传递过 程同时进行，也即化学反应与物理变化过程的综合，称为 宏观反应过程。

本征动力学：排除了一切物理传递过程的影响而得到的反应 动力学，称为化学动力学或本征动力学。

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2.化学反应速率的表达

2.1对均相、等温、等压、封闭系统的单一反应： 重 点

aA bB rR sS

反应物：

ri

1 dni V d

rA

1 dn A , V dt

rB

1 dn B , V

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