第五章釜式连续反应器.docx

第五草进实会式从应态

5.1连续釜式反应器的特点及应用

5.2连续釜式反应器的设计

5.3连续釜式反应器的并联与串联一

5.4釜式反应器的热量衡算与定态操作

5.5返混对复杂反应产品分配的影响

2

连续釜式反应器的特点

·定义：连续釜式反应器是一种以釜式反应器实现连续生产的

操作方式。

·与间歇釜式相比，具有生产效率高，劳动强度低，操作费用

小，产品质量稳定，易实现自控等优点。

物料随进随出，连续流动，原料进入反应釜后，立即被稀释，使反应物浓度降低，所以，釜式连续反应器的反应推动力较小，反应速率较低，可使某些对温度敏感的快速放热反应得

以平稳进行。

由于釜式反应器的物料容量大，当进料条件发生一定程度的

波动时，不会引起釜内反应条件的明显变化，稳定性好，操

作安全。

稳态操作时，反应器内所有参数不随时间变化，符合理想混

实现理忍混合假设的必要余件

叶轮的排料速率(循环量)为进料流量的5～10倍。

该判据可由以下公式表示：QR/Q5~10,其中Qp为进

料流量；叶轮的排料速率Q可由以下经验公式估算：

QRnd?=NoR

式中：

n为搅拌器转数；d为搅拌器叶轮直径；Nog为无因次准

数。在有挡板的条件下，对于推进式叶轮Nor=0.5;

对于涡轮式叶轮(六叶，宽径比为1:5),

Nor=0.93D/d(用于Re104,D为反应器内径；d为搅

拌器桨径)。

连续金式及应容位结构上通常与间欲会式反

器相同。其常见的进出料方式如下

连续釜式反应器的进出料方式

5.2连续含式反应器的设

5.2.1反应体积

稳态操作时，连续釜式反应器内物料的浓度、温

度、压力等操作参数不随时间变化，符合理想混

合假设。由于不存在时间变量，可取整个反应釜

作为衡算单元，对关键组份A作物料衡算

输入量=FuoCAo=nAO

输出量=FvCA=nA

反应量=rAVR

累计量=0,所以

全混釜衡算模型的建立FoCAo=FvCA+rAVk

液相反应时，可视为恒容，Fo=Fu而且稳态

操作时，XA=XApCA=CAp于是

由于所以

由于

这就是等温恒容液相连续釜式反应器的设计方程。

在给定操作条件以及反应的动力学方程后，可由

简单的代数计算求得反应体积。

如票反应器的进料转化平X?0=U,

根据转化率的定义C?0-CA=CAo(x?-XAo),得到

其中r一般具有rA=Aoexp(-Ea/RT)C“Cg”…的

形式，由于其中的温度、浓度均为恒定值，所以亦为恒定值，即连续釜式反应器中进行的是恒速率的化学反应，这是连续釜式反应器区

别于其它类型反应器的重要特征。

5.2.2停图时间

在连续操作的反应系统中，反应体积与进料的体积

流量之比定义为停留时间，以π表示。

对于釜式连续反应器，由于物料的停留时间并不相

同，所以由上述定义计算得到的停留时间称为平均

停留时间。

对于恒容过程

此式可用代数法求解析解，例如在连续釜式反应

器中，进行二级不可逆反应：

ra=kCA2=k(CAo(1-x?))2,则停留时间

由此可见，对于给定的化学反应，若其动力

学方程已知，则Vk、T仅为转化率X?的函数，

即

t=f(x?)或x?=f(T)

如果FA的表达式较为复杂，如三级反应或非整数级反应，求其解析解可能比较困难，此

时，可借助计算机求其数值解，或采用图解

法求解

5.2.3平均仔留时间的图解法求能

给定转化率求停留时间以及给定停留时间求

转化率实际上是求下列方程组的解。

由方程组的解的几何意义可知，其解就是方

程所代表的曲线的交点，因此，上述方程组

可采用图解法求解。

于FA～X?直角坐标系中描绘曲线A=kC?0°(1-X)-MN

①已知停留时间t,求终点转化率x

过原点O作斜率为CdT的直线交MN于P点，P点的横

坐标即为终点转化率，直线OP称为物料衡算线。

②已知终点转化率xAf求

停留时间t:

在x?轴上截取OQ=xAp

过Q作垂线，交MN于P点，由直线OP的斜率可

计算出t,进而求得反

单釜连续的图解法应体积Vk

图解法的优点在于既可用已知的动力学方科

作图，也可以用实验数据作图，因此，在缺

乏动力学数据的情况下，图解法尤其显示出

其优越性。

例5.1等温条件下，一液相分解反应A→B+C,

rA=kCA,已知操作条件下速率常数k=0.6/h。

A的起始浓度为1.0kmol/m3,恒容，要求A的