反应器设计和优化.ppt

项目2反应器设计和优化

§教学目标

专业能力目标

知识目标

方法能力目标

社会能力目标

§工作任务

反应器内流体的流动特征主要指反应器内反应流

体的流动状态、混合状态等，它们随反应器的几何结构

和几何尺寸而异。

反应流体在反应器内不仅存在浓度和温度的分布，

而且还存在流速分布。这样的分布容易造成反应器内反

应物处于不同的温度和浓度下进行反应，出现不同停留

时间的微团之间的混合，即返混。

这些流动特征影响反应速率和反应选择率，

直接影响反应结果。所以，研究反应器中的流体

流动模型是反应器选型、计算和优化的基础。流

动模型是对反应器中流体流动与返混状态的描述。

一般将流动模型分为两大类型，即理想流动

模型和非理想流动模型。非理想流动模型是关于

实际工业反应器中流体流动状况对理想流动偏离

的描述。

任务1间歇操作釜式反应器设计

§一、反应器流动模型

§在反应器内，由于物料流动状态的差异会造成器内出

现浓度、温度及停留时间分布，从而对产品的产量和质量

有显著的影响。在化学工业中，处理的物料多数情况下为

流体，流体在反应器中的流动混和状况和流动模型对化学

反应具有重要影响。所谓的模型，是经过合理简化的某个

过程的本质规律。流动模型，是指流体流经反应器时实际

流动和混合的状况进行合理简化后，就其本质规律提出的

物理图象，并以数学语言加以描述。从下面的内容中可得

到进一步理解。

§(一）理想流动模型

§根据反应器内流体的流动状况，可建立两种理想流动

模型:理想置换流动模型和理想混合流动模型。

1.理想置换流动模型

§⑴含义：理想置换流动模型也称作平推流模型或活塞

流模型。与流动方向相垂直的同一截面上各点流速、流向

完全相同，即物料是齐头并肩向前运动的。

⑵特点：在定态情况下，所有分子的停留时

间相同，浓度等参数只沿管长发生变化，与时间

无关。所有物料质点在反应器中都具有相同的停

留时间。

¢⑶反应器内浓度变化

¢长径比较大和流速较高的连续操作管式反应

器中的流体流动可视为理想置换流动。

è2.理想混合流动模型

⑴含义：理想混合流动模型也称为全混流模型。

反应物料以稳定的流量进入反应器，刚进入反应器的

新鲜物料与存留在其中的物料瞬间达到完全混合。反

应器内物料质点返混程度为无穷大。

⑵特点：所有空间位置物料的各种参数完全均匀

一致，而且出口处物料性质与反应器内完全相同。

¢⑶反应器内浓度变化

¢搅拌十分强烈的连续操作搅拌釜式反应器中的流

体流动可视为理想混合流动。

è3.返混及其对反应过程的影响

¢⑴返混含义：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。

Ø间歇反应器中不存在返混

Ø理想置换反应器不存在返混

Ø理想混合反应器返混达到极限状态

Ø非理想流动反应器存在不同程度的返混

¢⑵返混对反应过程的影响

Ø返混带来的最大影响是反应器进口处反应物高

浓度区的消失或减低。

Ø返混改变了反应器内的浓度分布，使器内反应

物的浓度下降，反应产物的浓度上升。但是，这种

浓度分布的改变对反应的利弊取决于反应过程的浓

度效应。

Ø返混是连续反应器中的一个重要工程因素，任

何过程在连续化时，必须充分考虑这个因素的影响，

否则不但不能强化生产，反而有可能导致生产能力

的下降或反应选择率的降低。

¢⑶返混对反应器的意义

Ø对反应过程产生不同程度的影响

在返混对反应不利的情况下，要使反应过程由间歇

操作转为连续操作时，应当考虑返混可能造成的危害。

选择反应器的型式时，应尽量避免选用可能造成返混的

反应器，特别应当注意有些反应器内的返混程度会随其

几何尺