理想间歇反应釜.ppt

第三章 理想间歇反应釜 Batch Stirred Tank Reactor (BSTR) 第一节 理想间歇反应釜的特征 第二节 对理想间歇反应器做摩尔物料衡算(重点） 需要多大的一个间歇反应釜？（考点） 从该表中，你可以分析出什么有用的结论？？ 一类特殊的反应：自催化反应 第四节 理想反应器中的复杂反应 4.2 可逆反应的反应速率问题 * * * * * 反应釜、间歇、理想 学会进行摩尔物料衡算 将物料衡算式与反应动力学方程结合，来分析间歇反应釜中的各种反应特征 概念要明确 反应器建模的基础 本章最难的部分 1、所有反应物料被同时加入到反应釜中，并且在瞬间混合均匀，即预混合时间为零。 2、反应过程中的任一时刻 ，反应器内物料的浓度和温度处处均一（相等） 间歇与连续：间歇即分批进料与出料， 连续即连续进料与出料 组分A流入 FAIN 组分A流出 FAOUT 组分A反应消耗（ ）V 组分A累积于此区域（ ） V 对A组分：流入=流出+反应消耗+累积 0 反应体积处决于：需处理的一批物料的体积 而反应釜的体积应该略大于反应体积，为什么？？？ 装填系数一般取0.4～0.85，不起泡、不沸腾物料取0.7～0.85，起泡、沸腾物料取0.4～0.6 下面我们看一道计算反应釜体积的例题 拟在等温间歇反应器进行氯乙醇的皂化反应 Cl CH2CH2 OH ＋NaHCO3→OH CH2CH2 OH ＋NaCl＋CO2 以生产乙二醇，产量为20kg／h。使用15％(质量)的NaHCO3水溶液及30％(质量)的氯乙醇水溶液作原料，反应器装料中氯乙醇和碳酸氢钠的摩尔比为1∶1，混合液相对密度为1.02。该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为一级，在反应温度下反应速率常数等于5.2L／(mol·h)。要求转化率达到95％。 (1)若辅助时间为0.5h，试计算反应器的有效体积。 (2)若装填系数取0.75，试计算反应器的实际体积。 解题思路：反应器的有效体积，即一批物料的体积！ 现在已知混合液密度，计算体积须知道一批物料（反应物）的质量！ 现已知的是产物的单位时间的质量，很明显，通过化学计量学可以求得 反应物的单位时间的质量 那么，处理一批物料需要多少时间呢？该时间应该等于反应时间+辅助时间 辅助时间已知，唯一剩下的问题就是求反应时间 而反应时间可以通过物料横算式+动力学方程联立求解，从而解决了第一问 实际体积比反应体积要大，大多少处决于装填系数！而装填系数已知 从而第二个问题也得到解决 Cl CH2CH2 OH ＋NaHCO3—→OH CH2CH2 OH ＋NaCl＋CO2 62 80.5 84 NP=20/62=0.3226 mol/h NA0=NB0=NP/0.95=0.3396 mol/h 0.3W1/80.5=0.15W2/84=0.3396 mol/h ∴ W1=91.126 kg/h W2=190.167 kg/h W=W1＋W2=281.239 kg/h v0=W/ρ=281.239/1.02=275.78 L/ h 第一步：求出单位时间 的进料体积 反应时间 ： 那么处理一批反应物料所需要的时间=2.97+0.5=3.47h 第二步：求处理一批物料 所需的时间 .第三步：反应器有效体积 V=v0 (tr＋t0)=275.78×(2.97＋0.5)=956.92 L 第四步：反应器实际体积=956.92/0.75=1275.893 L 第三节 理想间歇反应器中的简单反应 积分： t/cA0 [rA]-1 x xAf xA0 n级 n≠1 n=2 n=1 n=0 转化率式 残余浓度式 反应速率 反应级数 表3－1 理想间歇反应器中整级数单反应的反应结果表达式 对于任意级反应，当CA0、xAf或CAf确定后，kt即为定值：当k↗，t↘；当k↘，t↗。对于任一级反应都是如此。 2. 当转化率xAf确定后，反应时间与初始浓度的关系和反应级数有关。 0级反应： ， 成正比 1级反应： ， 无关 2级反应： ， 成反比 利用上述的反应特性，可以定性判别反应级数。例如采用相同的反应时间，改变反应物的初始浓度，观察转化率随反应物初始浓度的变化 3.残余浓度和反应时间的关系（转化率和反应时间的关系） 0级反应： ， 直线下