化学反应工程03_理想流动反应器.ppt

* 2.计算： （1）连串反应在平推流反应器中进行 * * * （2）连串反应在全混流反应器中进行 * * 希望反应器在cP最大时操作 * （3）在平推流和全混流反应器中进行连串反应的比较 * 讨论 1，平推流反应器的选择性永远大于全混流反应器。 2，随转化率增加，平均选择性下降。 3，当k1k2时，意味着前一个反应容易 进行，允许的转化率较大； 当k1k2时，意味着后一个反应容易进行，只好在低转化率下操作。 4，总在低转化率下操作生产效率低，最好在反应的过程中将产物不断分离出去。 Chemical Reaction Engineering 1、 概述 两种传热过程的区别： 物理过程传热（化工原理） —冷热流体交换热量，无热源 化学过程传热（反应工程） —反应+传热，有放热或吸热源 如：放热反应，定态下，放热速率Qg=移热速率Qr 恶性循环 非线性关系 线性关系 第六节；热量传递与反应器的热稳定性 Chemical Reaction Engineering 几个概念：定态、热稳定性、参数灵敏性 A B C 定态—平衡 热稳定性—抗干扰能力 扰动—微小、瞬时 动态问题 A，C—稳定的定态点 B —不稳定的定态点 362℃ 360℃ Z T Tc 床层温度分布 Chemical Reaction Engineering 参数灵敏性：参数波动时，系统状态的变化大小 362 ℃ 362℃ 361℃ Z T Tc 370 ℃ 365 ℃ 361 ℃ 反应器设计与操作要求：定态、热稳定、不灵敏 波动：微小、永久 扰动：微小，瞬时 362℃ 360℃ Z T Tc 床层温度分布 Chemical Reaction Engineering 2.连续流动釜式反应器的热稳定性 2.1 CSTR的热平衡条件 对一级不可逆反应，放热速率： 低温→k小→ Qg与T指数关系 高温→k大→Qg随T变化平缓 S形 A B C 线性 若 移热速率： CSTR Chemical Reaction Engineering 热平衡条件Qg=Qr 定态操作点：A，B，C A B C 多态现象： 在同一操作条件下，可以有 2个或2个以上操作状态，均 满足定态条件Qg=Qr。 如交点A，B，C Chemical Reaction Engineering A B C 2.2 CSTR的热稳定条件 A，C 点是稳定点，B点是不稳定点 C点：⑴扰动使TC ↑，偏离 C点 ∵QrQg ∴自动冷却回到 C点 ⑵扰动使 TC ↓，偏离 C点 ∵QgQr ∴自动升温回到 C点 C点—稳定的定态点（稳定点） B点：⑴扰动使 TB↑，偏离 B点 ∵QgQr ∴自动升温到 C点 ⑵扰动使 TB ↓，偏离 B点 ∵QrQg ∴自动冷却到 A点 B点—不稳定的定态点（不稳定点） 热稳定条件： Chemical Reaction Engineering 操作参数对热稳定性的影响 操作参数：进料流量v，传热系数U、温度Tc （To） 移热速率： Chemical Reaction Engineering 2.3 最大允许温差 定态条件 热稳定条件 最大容许温差 热稳定性要求温差要小，故传热面积要大。（不同点） 放大后，Dt↑ 必须附加面积 （e.g内置盘管） Chemical Reaction Engineering 结果：温度将上升，不稳定，有可能“飞温” ⑵ T=100℃，Tc=90℃（高温介质），ΔT=10℃ 若扰动，T=101℃， 结果：温度不变，保持稳定 理论— 若一反应器在定态下操作，E=110 kJ/mol ⑴ T=100℃，Tc=0℃（低温介质），ΔT=100℃ 若扰动，T=101℃， 直接演算— Chemical Reaction Engineering 2.4 CSTR的参数灵敏性 1 2 着火： →1→突跃→2 称为着火现象（飞温） 3 4 熄火： →3→突降→4 称为熄火现象（熄火） 4 1 2 3 多态区域 超过 ，在高态下操作 低于 ，在低态下操作 Chemical Reaction Engineering 3.讨论与分析 液相反应：热容大，可控性好，闭环稳定。 气固相反应：热容小，可控性差，必须满足热稳定条件。 ⑵反应器的可控性 整体稳定性—存在热反馈（返混，导热作用） 局部稳定性—颗粒、微元 ⑶整体稳定性与局部稳定性 ⑴传热尺度与热稳定性 设备尺度——CSTR，床层内外 颗粒尺度——颗粒与流体 Che