理想流动式反应器详解.ppt

对2级反应, k?CA0为无因次量,它与 x , N 的关系为 有一等温一级不可逆液相反应在CSTR反应器中进行反应，转化率为 xA = 60%, 若再串接二个体积相同的CSTR则转化率可达多少？如果单级连续釜要达到三级串联的转化率，则其反应器体积为原体积的几倍？ 解：对于CSTR反应器： 因为是一级反应，所以： 即： 若再串联两个体积相同的CSTR，有： 如果单釜要达到三釜串联的转化率，则： 4 釜式与管式反应器串联 (-1/rA) CA CA1 CA2 CA0 ?2 ?1 V CA0 CA1 CA2 ?1 ?2 为什么第一段反应改用釜式反应器 因为高浓段反应速率快,发热量大, 而CSTR撤热方便且温度场易于保持均一 高浓段 (-1/rA) ～CA 曲线变化较缓, 空时增加(与平推流比)不多 5 循环反应器(带侧支流)（开环?闭环） 假设: 1反应器是平推流反应器 2非定容 3循环流量? v2 , ?循环比 解: 即 而依据 x1的定义 巳知 FA0, CA0,CA2, ? 求 V=？ FA2 CA2, v2 FA0 FA1 CA1, v1 ?FA2 V CA0, v0 若是液流 , 则v2= v0 ，求 CA1=？ xA1=？ FA2 CA2, v2 FA0 FA1 CA1, v1 ?FA2 V CA0, v0 因为内部有返混 非平推流 当?变化由 0 ∝ 循环反应器相当于 CSTR PFR xA2 -1/rA ? 1 1+ ? V ≠ 循环反应器体积V的计算 xA2 x1 FA0 FA2 因为xA1 ≠ 0 xA1 V ≠ (1+?)FA2 FA1 FA0 xA1 xA2 应为 F*A0 0 FA1 无循环流 (1+?)FA2 xA1 xA2 a) 一级反应： b) 一级可逆： c)? 二级反应： 自催化反应过程 CA xA2 xA1 β 1 xA1 xA1 x1 FA0 A + P P + P 时，反应器体积最小 转化率x的优化: 间歇反应器的 xopt 若每批操作辅助时间为 t’ 则总周期为 t+t’ 为追求该釜的最大生产 能力 x /(t+t’), 求 x opt 或 t opt 解: 若t’= 1hr, k=1/hr有 CSTR的 xopt d(Mt / Fp) / dx = 0 式中Mt= V Mr + FA0 Ma =[Fp / k CA0(1-x)]Mr + (Fp/x)Ma 解得: V CA0 FA0 CA0 A+P Fp V 第五节 反应器的优化 设反应为一级, 有 设反应为一级,则有 Fp=V k CA0(1-x) 若原料单价为 Ma 反应器运行费单价为 Mr 总成本为 Mt=V Mr + FA0 Ma 总成本最低的 xopt应满足下式 在CSTR反应器中由A的饱和溶液（CA0＝0.1 mol/L）生成R反应为 A?R ，rR=kCA，k=0.2hr-1 。在CA0＝0.1 mol/L 时反应物A的成本MA=0.5$/ molA，包括安装，辅助设备，仪器，企业管理费用，劳动力及折旧等在内的反应器成本Mm=0.01$/(hr·L) 。要求R的生成速率为100mol/hr，若未反应的A被丢弃，为获得最低的R成本，应该用多大的反应器、进料流量和转化率？，在此条件下产品R的成本单价是多少？ 解：总成本：Mt＝V×Mm＋FA0×MA 对一级反应有： R的生成速率：FR＝FA0×xA＝100 mol/hr 例 令： 则xA＝0.5。即最佳操作时的转化率为xA＝0.5。 进料流率： 进料流量： 反应器体积： 产品R的成本为： 选择性的优化 若a1＞ a2, b1＞ b2 则应提高CA0 , CB0 若CA0,CB0己给定,则应 选择PFR而不选CSTR 对间歇反应器应采用 瞬间加入,而不用流加 CA CB CA CB t t CA0 CB0 CA CB CA0 CB0 CA0 CB0 CA0 CB0 CA0 CB0 CA0CB0 ? A P A S A+B P A+B S 平行反应 相对瞬时选择性 瞬间选择性 总选择性 是状态函数 与经历有关 φ CA CA0 CA φ φ CA CA CA0 CA CA0 CA 对CSTR过程,由于反应只在出口浓度CA下反应 所以CA浓度下的瞬