師范類(lèi)《化工基礎(chǔ)》課件 CH7 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)

《師范類(lèi)《化工基礎(chǔ)》課件 CH7 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《師范類(lèi)《化工基礎(chǔ)》課件 CH7 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)（131頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第七章第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)第一節(jié)第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)工程概述化學(xué)反應(yīng)工程概述 第二節(jié)第二節(jié) 化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)第三節(jié)第三節(jié) 典型反應(yīng)器典型反應(yīng)器第四節(jié)第四節(jié) 非理想流動(dòng)及實(shí)際反應(yīng)器的計(jì)算非理想流動(dòng)及實(shí)際反應(yīng)器的計(jì)算 第五節(jié)第五節(jié) 氣固相催化反應(yīng)器氣固相催化反應(yīng)器2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)2第一節(jié)第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)工程概述化學(xué)反應(yīng)工程概述 自然界物質(zhì)運(yùn)動(dòng)或變化過(guò)程分為物理過(guò)程與自然界物質(zhì)運(yùn)動(dòng)或變化過(guò)程分為物理過(guò)程與化學(xué)過(guò)程兩大類(lèi)，其中物理過(guò)程可以不涉及化學(xué)化學(xué)過(guò)程兩大類(lèi)，其中物理過(guò)程可以不涉及化學(xué)反應(yīng)，例如分析力學(xué)，電動(dòng)力學(xué)，統(tǒng)計(jì)力學(xué)等。反應(yīng)，例如分析力

2、學(xué)，電動(dòng)力學(xué)，統(tǒng)計(jì)力學(xué)等。但化學(xué)反應(yīng)過(guò)程卻總是與物理因素如溫度、壓力、但化學(xué)反應(yīng)過(guò)程卻總是與物理因素如溫度、壓力、濃度等，有著緊密的聯(lián)系。所以化學(xué)反應(yīng)工程是濃度等，有著緊密的聯(lián)系。所以化學(xué)反應(yīng)工程是物理與化學(xué)兩類(lèi)因素的綜合過(guò)程。物理與化學(xué)兩類(lèi)因素的綜合過(guò)程。1957年第一次歐洲反應(yīng)工程會(huì)議上確定了年第一次歐洲反應(yīng)工程會(huì)議上確定了“化學(xué)反應(yīng)工程化學(xué)反應(yīng)工程”這一學(xué)科名稱(chēng)。這一學(xué)科名稱(chēng)。2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)3一、工業(yè)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的特征一、工業(yè)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的特征 實(shí)驗(yàn)室中所遇到的化學(xué)反應(yīng)基本上都屬于或近實(shí)驗(yàn)室中所遇到的化學(xué)反應(yīng)基本上都屬于或近似可看作理想條件下的反應(yīng)過(guò)程，然而

3、工業(yè)規(guī)模下似可看作理想條件下的反應(yīng)過(guò)程，然而工業(yè)規(guī)模下的反應(yīng)過(guò)程卻并非如此。的反應(yīng)過(guò)程卻并非如此。在實(shí)驗(yàn)室或小規(guī)模進(jìn)行時(shí)可以達(dá)到相對(duì)比較高在實(shí)驗(yàn)室或小規(guī)模進(jìn)行時(shí)可以達(dá)到相對(duì)比較高的轉(zhuǎn)化率或產(chǎn)率，但放大到工業(yè)反應(yīng)器中進(jìn)行時(shí)，的轉(zhuǎn)化率或產(chǎn)率，但放大到工業(yè)反應(yīng)器中進(jìn)行時(shí)，維持相同反應(yīng)條件，所得轉(zhuǎn)化率卻往往低于實(shí)驗(yàn)室維持相同反應(yīng)條件，所得轉(zhuǎn)化率卻往往低于實(shí)驗(yàn)室結(jié)果，究其原因，有以下幾方面：結(jié)果，究其原因，有以下幾方面：2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)4生產(chǎn)條件下，反應(yīng)體系多維持在連續(xù)流動(dòng)狀態(tài)，生產(chǎn)條件下，反應(yīng)體系多維持在連續(xù)流動(dòng)狀態(tài)，反應(yīng)器的構(gòu)型以及器內(nèi)流動(dòng)狀況、流動(dòng)條件對(duì)反反應(yīng)器的構(gòu)型以

4、及器內(nèi)流動(dòng)狀況、流動(dòng)條件對(duì)反 應(yīng)過(guò)程有極大的影響。應(yīng)過(guò)程有極大的影響。工業(yè)反應(yīng)器中進(jìn)行的過(guò)程包括化學(xué)反應(yīng)，伴隨工業(yè)反應(yīng)器中進(jìn)行的過(guò)程包括化學(xué)反應(yīng)，伴隨有各種物理過(guò)程，如熱量的傳遞、物質(zhì)的流動(dòng)、混有各種物理過(guò)程，如熱量的傳遞、物質(zhì)的流動(dòng)、混合和傳遞等，這些傳遞過(guò)程顯著地影響著反應(yīng)的最合和傳遞等，這些傳遞過(guò)程顯著地影響著反應(yīng)的最終結(jié)果，這就是工業(yè)規(guī)模下的反應(yīng)過(guò)程的特征。終結(jié)果，這就是工業(yè)規(guī)模下的反應(yīng)過(guò)程的特征。大規(guī)模生產(chǎn)條件下，反應(yīng)物系的混合不可能像實(shí)大規(guī)模生產(chǎn)條件下，反應(yīng)物系的混合不可能像實(shí) 驗(yàn)室那么均勻。驗(yàn)室那么均勻。生產(chǎn)規(guī)模下，反應(yīng)條件不能像實(shí)驗(yàn)室中那么容易生產(chǎn)規(guī)模下，反應(yīng)條件不能像實(shí)驗(yàn)室中

5、那么容易 控制，體系內(nèi)溫度和濃度并非均勻?？刂疲w系內(nèi)溫度和濃度并非均勻。2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)5二、化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)的任務(wù)和研究方法二、化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)的任務(wù)和研究方法 1 1、化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)的任務(wù)、化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)的任務(wù)改進(jìn)和強(qiáng)化現(xiàn)有的反應(yīng)技術(shù)和設(shè)備，挖掘潛力改進(jìn)和強(qiáng)化現(xiàn)有的反應(yīng)技術(shù)和設(shè)備，挖掘潛力開(kāi)發(fā)新的技術(shù)和設(shè)備。開(kāi)發(fā)新的技術(shù)和設(shè)備。指導(dǎo)和解決反應(yīng)過(guò)程開(kāi)發(fā)中的放大問(wèn)題。指導(dǎo)和解決反應(yīng)過(guò)程開(kāi)發(fā)中的放大問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)反應(yīng)過(guò)程的最優(yōu)化。實(shí)現(xiàn)反應(yīng)過(guò)程的最優(yōu)化。不斷發(fā)展反應(yīng)工程學(xué)的理論和方法。不斷發(fā)展反應(yīng)工程學(xué)的理論和方法。2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)62 2、化學(xué)反

6、應(yīng)工程學(xué)的研究方法、化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)的研究方法 化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)有著自身特有的研究方法?；瘜W(xué)反應(yīng)工程學(xué)有著自身特有的研究方法。采用的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)法，是一種實(shí)驗(yàn)采用的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)法，是一種實(shí)驗(yàn)-綜合的方法。綜合的方法。數(shù)學(xué)模型法是將復(fù)雜的研究對(duì)象合理地簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型法是將復(fù)雜的研究對(duì)象合理地簡(jiǎn)化成一個(gè)與原過(guò)程近似等效的模型，然后對(duì)簡(jiǎn)化的模成一個(gè)與原過(guò)程近似等效的模型，然后對(duì)簡(jiǎn)化的模型進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，即將操作條件下的物理因素包括型進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，即將操作條件下的物理因素包括流動(dòng)狀況、傳遞規(guī)律等過(guò)程的影響和所進(jìn)行化學(xué)反流動(dòng)狀況、傳遞規(guī)律等過(guò)程的影響和所進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)綜合在一起，用數(shù)學(xué)公式表達(dá)出來(lái)。應(yīng)的動(dòng)力學(xué)綜合

7、在一起，用數(shù)學(xué)公式表達(dá)出來(lái)。數(shù)學(xué)模型是流動(dòng)模型、傳遞模型、動(dòng)力學(xué)模數(shù)學(xué)模型是流動(dòng)模型、傳遞模型、動(dòng)力學(xué)模型的總和。型的總和。2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)7建立數(shù)學(xué)模型的過(guò)程采用了分解建立數(shù)學(xué)模型的過(guò)程采用了分解-綜合的方綜合的方法，將復(fù)雜的反應(yīng)工程問(wèn)題分解為較為簡(jiǎn)單的本法，將復(fù)雜的反應(yīng)工程問(wèn)題分解為較為簡(jiǎn)單的本征化學(xué)動(dòng)力學(xué)和單純的傳遞過(guò)程，然后把兩者結(jié)征化學(xué)動(dòng)力學(xué)和單純的傳遞過(guò)程，然后把兩者結(jié)合，通過(guò)綜合分析的方法提出模型并用數(shù)學(xué)方法合，通過(guò)綜合分析的方法提出模型并用數(shù)學(xué)方法描述。描述。在實(shí)際研究中，往往是先抽提出理想反應(yīng)器在實(shí)際研究中，往往是先抽提出理想反應(yīng)器模型，然后討論實(shí)

8、際反應(yīng)器和理想反應(yīng)器的偏離，模型，然后討論實(shí)際反應(yīng)器和理想反應(yīng)器的偏離，再通過(guò)校正和修改，最后建立實(shí)際反應(yīng)器的模型。再通過(guò)校正和修改，最后建立實(shí)際反應(yīng)器的模型。2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)8反應(yīng)工程與其它學(xué)科的關(guān)系反應(yīng)工程與其它學(xué)科的關(guān)系三、與化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)相關(guān)的學(xué)科三、與化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)相關(guān)的學(xué)科反應(yīng)工程 化工熱力學(xué)工程控制傳遞過(guò)程催化劑化學(xué)工藝流體力學(xué)穩(wěn)定性反應(yīng)動(dòng)力學(xué)計(jì)量化學(xué)放大設(shè)計(jì)最優(yōu)化技術(shù)最優(yōu)化技術(shù)2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)9化學(xué)熱力學(xué)：化學(xué)熱力學(xué)：主要是確定物系的各種物性常數(shù)，分析反應(yīng)的可能主要是確定物系的各種物性常數(shù)，分析反應(yīng)的可能性和可能達(dá)到的程度

9、等。性和可能達(dá)到的程度等。反應(yīng)動(dòng)力學(xué)：反應(yīng)動(dòng)力學(xué)：專(zhuān)門(mén)闡明化學(xué)反應(yīng)速度與各項(xiàng)物理因素之間的定量專(zhuān)門(mén)闡明化學(xué)反應(yīng)速度與各項(xiàng)物理因素之間的定量關(guān)系。關(guān)系。催化劑：催化劑：催化劑的問(wèn)題一般屬于化學(xué)或工藝的范疇。但也牽催化劑的問(wèn)題一般屬于化學(xué)或工藝的范疇。但也牽涉到許多工程上的問(wèn)題。如粒內(nèi)的傳熱、微孔中的涉到許多工程上的問(wèn)題。如粒內(nèi)的傳熱、微孔中的擴(kuò)散、催化劑擴(kuò)大制備時(shí)各階段操作條件對(duì)催化劑擴(kuò)散、催化劑擴(kuò)大制備時(shí)各階段操作條件對(duì)催化劑活性結(jié)構(gòu)的影響、催化劑的活化和再生等等?；钚越Y(jié)構(gòu)的影響、催化劑的活化和再生等等。2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)10化學(xué)工藝：化學(xué)工藝：主要是設(shè)備型式、操作方

10、式和流程。主要是設(shè)備型式、操作方式和流程。傳遞工程：傳遞工程：裝置中的動(dòng)量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞裝置中的動(dòng)量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞(簡(jiǎn)稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)“三三傳傳”)問(wèn)題。問(wèn)題。工程控制：工程控制：一項(xiàng)反應(yīng)技術(shù)的實(shí)施有賴(lài)于適當(dāng)?shù)牟僮骺刂?。為此一?xiàng)反應(yīng)技術(shù)的實(shí)施有賴(lài)于適當(dāng)?shù)牟僮骺刂?。為此需要了解關(guān)于反應(yīng)過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性和有關(guān)的最優(yōu)化需要了解關(guān)于反應(yīng)過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性和有關(guān)的最優(yōu)化問(wèn)題，不過(guò)應(yīng)當(dāng)注意的是對(duì)于反應(yīng)裝置而言是最優(yōu)問(wèn)題，不過(guò)應(yīng)當(dāng)注意的是對(duì)于反應(yīng)裝置而言是最優(yōu)化的條件，末必與整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)最優(yōu)化所要求的條化的條件，末必與整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)最優(yōu)化所要求的條件相一致。件相一致。2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工

11、程基礎(chǔ)11新技術(shù)開(kāi)發(fā)的步驟：新技術(shù)開(kāi)發(fā)的步驟：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 提出數(shù)學(xué)模型提出數(shù)學(xué)模型中型實(shí)驗(yàn)中型實(shí)驗(yàn) 數(shù)學(xué)模型驗(yàn)證數(shù)學(xué)模型驗(yàn)證數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用 大設(shè)備的設(shè)計(jì)大設(shè)備的設(shè)計(jì) 放大的依據(jù)：相似論放大的依據(jù)：相似論(相似特征數(shù)相似特征數(shù)Re、Pr、Nu、Pe、Sc等等)2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)12 綜上所述，可見(jiàn)目前化學(xué)反應(yīng)工程處理問(wèn)題的方法是實(shí)驗(yàn)研究和理論分析并舉。在解決新過(guò)程的開(kāi)發(fā)問(wèn)題時(shí)，可先建立動(dòng)力學(xué)和傳遞過(guò)程模型，然后再綜合成整個(gè)過(guò)程的初步的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)數(shù)學(xué)模型所作的估計(jì)來(lái)制定試驗(yàn)，特別是中間試驗(yàn)方案，然后用試驗(yàn)結(jié)果來(lái)修正和驗(yàn)證模型。2022-11-17第

12、七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)13規(guī)模生產(chǎn)區(qū)別于實(shí)驗(yàn)研究u規(guī)模生產(chǎn)是化學(xué)反應(yīng)過(guò)程和熱量傳遞、質(zhì)量傳遞等規(guī)模生產(chǎn)是化學(xué)反應(yīng)過(guò)程和熱量傳遞、質(zhì)量傳遞等物理過(guò)程共同作用的結(jié)果。傳遞的影響：物理過(guò)程共同作用的結(jié)果。傳遞的影響：u1、濃度分布、濃度分布CD (Concentration Distribution)u2、溫度分布、溫度分布TD (Temperature Distribution)u3、停留時(shí)間分布、停留時(shí)間分布RTD(Residence Time Distribution)u上述上述CD、TD、RTD的產(chǎn)生，與化學(xué)本身的機(jī)理無(wú)的產(chǎn)生，與化學(xué)本身的機(jī)理無(wú)關(guān)，與傳遞過(guò)程有關(guān)，故工業(yè)規(guī)模的化學(xué)反應(yīng)必須關(guān)

13、，與傳遞過(guò)程有關(guān)，故工業(yè)規(guī)模的化學(xué)反應(yīng)必須與傳遞規(guī)律結(jié)合起來(lái)研究，因而顯得復(fù)雜而困難。與傳遞規(guī)律結(jié)合起來(lái)研究，因而顯得復(fù)雜而困難。2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)14第二節(jié)第二節(jié) 化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)1122110nnnn10niii 一、化學(xué)計(jì)量學(xué)一、化學(xué)計(jì)量學(xué)化學(xué)計(jì)量式化學(xué)計(jì)量式也可以寫(xiě)成也可以寫(xiě)成或或112211nnnn u計(jì)量系數(shù)取值：反應(yīng)物為負(fù)，生成物為正。計(jì)量系數(shù)取值：反應(yīng)物為負(fù)，生成物為正。2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)15)/(dd13hmkmoltnVrii)/(dd3hmkmoltcrii二、化學(xué)反應(yīng)速率的表示方式二、化學(xué)反應(yīng)速率的表示方式

14、在間歇系統(tǒng)中，反應(yīng)速率可以表示為單位反應(yīng)時(shí)間內(nèi)單位在間歇系統(tǒng)中，反應(yīng)速率可以表示為單位反應(yīng)時(shí)間內(nèi)單位反應(yīng)混合物體積中組分反應(yīng)混合物體積中組分i的反應(yīng)量或產(chǎn)物的生成量。即：的反應(yīng)量或產(chǎn)物的生成量。即：關(guān)鍵組分：反應(yīng)物中相對(duì)量較少的組分，又叫著眼組分，關(guān)鍵組分：反應(yīng)物中相對(duì)量較少的組分，又叫著眼組分，一般用一般用A表示。表示。3d /()dAAcrkmolmht 2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)16x 已轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵組分的物質(zhì)的量進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)的關(guān)鍵組分的物質(zhì)的量00AAAANNxN對(duì)于連續(xù)系統(tǒng)，反應(yīng)物對(duì)于連續(xù)系統(tǒng)，反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率可以用下式定義：的轉(zhuǎn)化率可以用下式定義：0(1)AAANN

15、x0 ddAAANNx 連續(xù)系統(tǒng)：連續(xù)系統(tǒng)：反應(yīng)物和產(chǎn)物在整個(gè)反應(yīng)器內(nèi)處于連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)物和產(chǎn)物在整個(gè)反應(yīng)器內(nèi)處于連續(xù)流動(dòng)狀態(tài)，系統(tǒng)達(dá)到定態(tài)后，物料在反應(yīng)器內(nèi)沒(méi)有積累，系統(tǒng)狀態(tài)，系統(tǒng)達(dá)到定態(tài)后，物料在反應(yīng)器內(nèi)沒(méi)有積累，系統(tǒng)中的濃度、溫度等參數(shù)在一定位置處是定值，即不隨時(shí)間中的濃度、溫度等參數(shù)在一定位置處是定值，即不隨時(shí)間而變化，但在反應(yīng)器中不同位置這些參數(shù)是不同的。因此，而變化，但在反應(yīng)器中不同位置這些參數(shù)是不同的。因此，對(duì)連續(xù)系統(tǒng)，物系中各參數(shù)是空間位置的函數(shù)。對(duì)連續(xù)系統(tǒng)，物系中各參數(shù)是空間位置的函數(shù)。2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)17 連續(xù)系統(tǒng)中單位時(shí)間反應(yīng)物或產(chǎn)物的量或濃度連

16、續(xù)系統(tǒng)中單位時(shí)間反應(yīng)物或產(chǎn)物的量或濃度無(wú)變化，不能用間歇系統(tǒng)的公式。無(wú)變化，不能用間歇系統(tǒng)的公式。連續(xù)系統(tǒng)中反應(yīng)速率可以表示為單位反應(yīng)體積連續(xù)系統(tǒng)中反應(yīng)速率可以表示為單位反應(yīng)體積中某一反應(yīng)物或產(chǎn)物的摩爾流量的變化。即：中某一反應(yīng)物或產(chǎn)物的摩爾流量的變化。即：n,i3Rd /()diqrkmolmhV 2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)18三、動(dòng)力學(xué)方程三、動(dòng)力學(xué)方程,Arf T c化學(xué)反應(yīng)的速率主要受溫度和各組分的濃度化學(xué)反應(yīng)的速率主要受溫度和各組分的濃度影響：影響：對(duì)一個(gè)已知的反應(yīng)體系，只有一個(gè)濃度獨(dú)立：對(duì)一個(gè)已知的反應(yīng)體系，只有一個(gè)濃度獨(dú)立：,Airf T c對(duì)于大多數(shù)體系，可寫(xiě)

17、成：對(duì)于大多數(shù)體系，可寫(xiě)成：Airk Tfc2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)190expcgEkkRT2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)20d1dAAnrVt d1dAAnkcVt 1 1、一級(jí)反應(yīng)、一級(jí)反應(yīng)AArkc01AAArkcx根據(jù)定義式根據(jù)定義式由于反應(yīng)前后體積不變由于反應(yīng)前后體積不變ddAAckct 分離變量：分離變量：ddAAck tc 00AAtcAcAdck dtc 積分：積分：0lnAAcktc1ln1ktx或或一級(jí)反應(yīng)的速率方程式一級(jí)反應(yīng)的速率方程式:2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)210lnAAcktc1ln1ktx一級(jí)反應(yīng)各參數(shù)間的關(guān)

18、系一級(jí)反應(yīng)各參數(shù)間的關(guān)系A(chǔ)Arkc01AAArkcxAArkc2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)222 2、二級(jí)反應(yīng)、二級(jí)反應(yīng)如果如果ABAB兩反應(yīng)物初始濃度相等，因在反應(yīng)過(guò)兩反應(yīng)物初始濃度相等，因在反應(yīng)過(guò)程消耗的物質(zhì)的量也相等，則程消耗的物質(zhì)的量也相等，則2AArkc2201AArkcxddAAcrt 代入代入得：得：2ddAAckct 移項(xiàng)積分：移項(xiàng)積分：020ddtcAcAAAck tc 011AAktcc00111AAcxc01Axcx2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)23二級(jí)反應(yīng)各參數(shù)間的關(guān)系二級(jí)反應(yīng)各參數(shù)間的關(guān)系011AAktcc2AArkc2201AArkcx

19、01Axktcx2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)243、可逆反應(yīng)12AAPrk ck c其速率方程式為：其速率方程式為：當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，的生成和消失速率相等：當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，的生成和消失速率相等：12AePek ck c12PeAeckKkc當(dāng)當(dāng)c cp0p0=0=0時(shí)：時(shí)：0011PeAAeAeAeAAeAeccxxKccxxPA1k2k2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)25對(duì)于有惰性組分的體系，對(duì)于有惰性組分的體系，設(shè)總濃度為：設(shè)總濃度為：cT=cA+cP+ci，則有則有cP=cT-cA-ci代入：代入：12AAPrk ck c有有12()AATAirk ck c

20、cc122()()ATikk ck cc達(dá)到平衡時(shí)，達(dá)到平衡時(shí)，rA=0，則，則212()()TiAek cckk c122()()AATirkk ck cc1212()()AAekk ckk c12()()AAekkcc120()()AAeAkk cxx2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)26需要用兩個(gè)或更多的獨(dú)立的計(jì)量方程來(lái)需要用兩個(gè)或更多的獨(dú)立的計(jì)量方程來(lái)描述的反應(yīng)即為復(fù)合反應(yīng)。此時(shí)在反應(yīng)系統(tǒng)描述的反應(yīng)即為復(fù)合反應(yīng)。此時(shí)在反應(yīng)系統(tǒng)中同時(shí)存在幾個(gè)獨(dú)立地發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，其中同時(shí)存在幾個(gè)獨(dú)立地發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，其數(shù)目與獨(dú)立的計(jì)量方程數(shù)相同。數(shù)目與獨(dú)立的計(jì)量方程數(shù)相同。三、復(fù)合反應(yīng)三、復(fù)合

21、反應(yīng)2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)27幾個(gè)反應(yīng)都是從相同的反應(yīng)物按各自的計(jì)量關(guān)系同幾個(gè)反應(yīng)都是從相同的反應(yīng)物按各自的計(jì)量關(guān)系同時(shí)地發(fā)生反應(yīng)則稱(chēng)為平行反應(yīng)：時(shí)地發(fā)生反應(yīng)則稱(chēng)為平行反應(yīng)：1.1.平行反應(yīng)平行反應(yīng)1kABP 2kABS 反應(yīng)速率：反應(yīng)速率：111pabpABdcrk c cdt222abSSABdcrk c cdt速率比為：速率比為：121212paabbPABSSdcrkccrdck 2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)282.2.連串反應(yīng)連串反應(yīng)12kkAPS 1AAAdcrk cdt 12PPAPdcrk ck cdt2SSPdcrk cdt反應(yīng)速率方程：

22、反應(yīng)速率方程：各組分濃度：各組分濃度：10k tAAcc e121021k tk tPAkcceekk120211211k tk tSAcck ek ekk2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)292022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)30作業(yè)：下冊(cè)作業(yè)：下冊(cè)P194，62022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)31第三節(jié)第三節(jié) 典型反應(yīng)器典型反應(yīng)器一、反應(yīng)器的類(lèi)型一、反應(yīng)器的類(lèi)型1.1.按物料相態(tài)分類(lèi)按物料相態(tài)分類(lèi)均相反應(yīng)器均相反應(yīng)器非均相反應(yīng)器非均相反應(yīng)器2.2.按按操作狀況操作狀況分類(lèi)分類(lèi)間歇反應(yīng)器間歇反應(yīng)器半間歇或半連續(xù)反應(yīng)器半間歇或半連續(xù)反應(yīng)器連續(xù)反應(yīng)器。連續(xù)反應(yīng)器。2

23、022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)323.3.按反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)按反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)反應(yīng)器反應(yīng)器釜式或槽式釜式或槽式管式管式塔式塔式噴嘴式噴嘴式空管空管填充管填充管回轉(zhuǎn)筒式回轉(zhuǎn)筒式鼓泡塔鼓泡塔固定床固定床流化床流化床2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)332022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)34回轉(zhuǎn)筒式反應(yīng)器噴嘴式反應(yīng)器2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)35二、間歇攪拌反應(yīng)器二、間歇攪拌反應(yīng)器(BSTR)(BSTR)1.1.結(jié)構(gòu)與操作特點(diǎn)結(jié)構(gòu)與操作特點(diǎn) u 反應(yīng)物料一次加入；反應(yīng)物料一次加入；u 充分?jǐn)嚢?，整個(gè)反應(yīng)器內(nèi)物料充分?jǐn)嚢?，整個(gè)反應(yīng)器內(nèi)物料的濃度

24、和溫度保持均勻；的濃度和溫度保持均勻；u 常配有夾套或蛇管，以控制反常配有夾套或蛇管，以控制反應(yīng)溫度；應(yīng)溫度；u 間歇反應(yīng)器操作的一個(gè)生產(chǎn)周間歇反應(yīng)器操作的一個(gè)生產(chǎn)周期包括加料、反應(yīng)、出料、清洗；期包括加料、反應(yīng)、出料、清洗；u 由于劇烈攪拌，物料達(dá)到分子尺度上的均勻，且由于劇烈攪拌，物料達(dá)到分子尺度上的均勻，且濃度溫度處處相等并隨時(shí)間變化。濃度溫度處處相等并隨時(shí)間變化。2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)362.2.間歇攪拌釜式反應(yīng)器的計(jì)算間歇攪拌釜式反應(yīng)器的計(jì)算 以反應(yīng)物以反應(yīng)物A A為基準(zhǔn)對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行物料衡算，為基準(zhǔn)對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行物料衡算，反應(yīng)物反應(yīng)物A A消耗速率消耗速率=r=r

25、A AV V物料衡算式可變?yōu)槲锪虾馑闶娇勺優(yōu)锳AdnrVdt Adndt反應(yīng)物反應(yīng)物A A積累速率積累速率=1AAdnrV dt 或或式中：式中：r rA A 組分組分A A的反應(yīng)速度，的反應(yīng)速度，kmolkmolm m-3-3s s-1-1 V V反應(yīng)混合物的體積，反應(yīng)混合物的體積，m m3 3 t t反應(yīng)時(shí)間，反應(yīng)時(shí)間，s s n nA A反應(yīng)混合物的物質(zhì)的量，反應(yīng)混合物的物質(zhì)的量，kmolkmol2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)37AAdcrdt ,0,00AAAcxAAAcAAdcdxtcrr如果反應(yīng)過(guò)程中如果反應(yīng)過(guò)程中,反應(yīng)混合物的體積不發(fā)生變化反應(yīng)混合物的體積不發(fā)生變化

26、,即為恒容過(guò)程即為恒容過(guò)程,有有n nA A=VcVcA A或或dndnA A=VdcVdcA A,則則反應(yīng)時(shí)間為反應(yīng)時(shí)間為c cA,0A,0為為A A的初始濃度的初始濃度;x xA A為為A A的轉(zhuǎn)化率的轉(zhuǎn)化率 間歇反應(yīng)器的反應(yīng)時(shí)間僅與反應(yīng)速率有關(guān)，而間歇反應(yīng)器的反應(yīng)時(shí)間僅與反應(yīng)速率有關(guān)，而與反應(yīng)器的容積無(wú)關(guān)。與反應(yīng)器的容積無(wú)關(guān)。2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)38,0,00AAAcxAAAcAAdcdxtcrr2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)39,0,00AAAcxAAAcAAdcdxtcrr2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)40 如果已知單位時(shí)間平均處理

27、物料的體積如果已知單位時(shí)間平均處理物料的體積v，那么反應(yīng)器體積那么反應(yīng)器體積V VR R計(jì)算公式為：計(jì)算公式為：()RVv tt/TRVV 裝料系數(shù)裝料系數(shù)，一般為，一般為0.40.40.80.8。對(duì)不發(fā)生泡沫。對(duì)不發(fā)生泡沫不沸騰的液體，取上限。不沸騰的液體，取上限。式中式中V VR R為反應(yīng)器的有效容積。為反應(yīng)器的有效容積。實(shí)際反應(yīng)器的體實(shí)際反應(yīng)器的體積積VT要比有效容積大，則要比有效容積大，則 間歇反應(yīng)器的一個(gè)操作周期除反應(yīng)時(shí)間間歇反應(yīng)器的一個(gè)操作周期除反應(yīng)時(shí)間t t外，外，還有加料、出料、清洗等非生產(chǎn)時(shí)間，稱(chēng)輔助還有加料、出料、清洗等非生產(chǎn)時(shí)間，稱(chēng)輔助時(shí)間時(shí)間tt。2022-11-17第

28、七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)41例：在間歇釜式反應(yīng)器中例：在間歇釜式反應(yīng)器中,己二酸與己二醇以等物質(zhì)己二酸與己二醇以等物質(zhì)的量比的量比,在在343K時(shí)進(jìn)行縮聚反應(yīng)生產(chǎn)醇酸樹(shù)脂，以硫時(shí)進(jìn)行縮聚反應(yīng)生產(chǎn)醇酸樹(shù)脂，以硫酸為催化劑，其反應(yīng)速率方程式為酸為催化劑，其反應(yīng)速率方程式為rA=kcAcB，cA=cB。在在343K時(shí)，時(shí)，k=1.97L?kmol-1?min-1。己二酸的起始濃度己二酸的起始濃度cA0=0.004 kmol.L-1。若每天處理。若每天處理2400kg己二酸，己己二酸，己二酸的轉(zhuǎn)化率為二酸的轉(zhuǎn)化率為80%80%，每批操作的輔助時(shí)間為，每批操作的輔助時(shí)間為1h1h，試，試計(jì)算反應(yīng)器的總?cè)莘e

29、。裝料系數(shù)計(jì)算反應(yīng)器的總?cè)莘e。裝料系數(shù)取取0.750.75。解：解：rA=kcAcB=kcA2111 97k.L kmolmin31 97 1060.3110 1182.mkmolh011AAAxtkcx10 800 1182 4 10 80.8 46.(h)2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)42平均每小時(shí)要處理的物料體積為：平均每小時(shí)要處理的物料體積為：240024 146 4v 310 171.(mh)則間歇反應(yīng)器的反應(yīng)體積為：則間歇反應(yīng)器的反應(yīng)體積為：RVv tt0 1718 461.31 62.(m)間歇反應(yīng)器的實(shí)際容積為：間歇反應(yīng)器的實(shí)際容積為：31 622 160 75R

30、TV.V.(m).間歇反應(yīng)器的總?cè)莘e為間歇反應(yīng)器的總?cè)莘e為2.16m2.16m3 3。2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)43三、平推流反應(yīng)器三、平推流反應(yīng)器(PFR)(PFR)1.1.平推流平推流流入反應(yīng)器的流體，在垂直于流動(dòng)方向的任一流入反應(yīng)器的流體，在垂直于流動(dòng)方向的任一載面上，各質(zhì)點(diǎn)的流速相同，平行向前流動(dòng)，恰似載面上，各質(zhì)點(diǎn)的流速相同，平行向前流動(dòng)，恰似汽缸中活塞的移動(dòng)，故稱(chēng)為汽缸中活塞的移動(dòng)，故稱(chēng)為活塞流或平推流活塞流或平推流。其特點(diǎn)是其特點(diǎn)是先后進(jìn)入反應(yīng)器的物料之間完全無(wú)混先后進(jìn)入反應(yīng)器的物料之間完全無(wú)混合，而在垂直于流動(dòng)方向的任一載面上，物料的參合，而在垂直于流動(dòng)方向的

31、任一載面上，物料的參數(shù)都是均勻的。沿反應(yīng)器軸向上物料之間沒(méi)有混合，數(shù)都是均勻的。沿反應(yīng)器軸向上物料之間沒(méi)有混合，而徑向上物料之間混合均勻。物料質(zhì)點(diǎn)在反應(yīng)器內(nèi)而徑向上物料之間混合均勻。物料質(zhì)點(diǎn)在反應(yīng)器內(nèi)停留的時(shí)間都相同。停留的時(shí)間都相同。2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)442022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)452.2.活塞流反應(yīng)器的計(jì)算活塞流反應(yīng)器的計(jì)算 設(shè)一反應(yīng)器體積為設(shè)一反應(yīng)器體積為V VR R，進(jìn)、出反應(yīng)器的物料參數(shù)，進(jìn)、出反應(yīng)器的物料參數(shù)如圖示，其中如圖示，其中q qv v、q qn n，分別為反應(yīng)物，分別為反應(yīng)物A A的體積和摩爾的體積和摩爾流量。流量。定態(tài)操作時(shí)

32、，對(duì)關(guān)鍵組分定態(tài)操作時(shí)，對(duì)關(guān)鍵組分A A進(jìn)行物料衡算進(jìn)行物料衡算:進(jìn)入微元體積的反應(yīng)物進(jìn)入微元體積的反應(yīng)物A A的速率的速率q qn,An,A=q qn,A,0n,A,0(1-(1-x xA A)=)=q qv,0v,0c cA,0A,0(1-(1-x xA A)2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)46A A反應(yīng)消耗的速率反應(yīng)消耗的速率 r rA AdVdVR R流出微元體積反應(yīng)物流出微元體積反應(yīng)物A A的速率的速率q qn,An,A+dqdqn,An,A,=q qv,0v,0c cA,0A,0(1-(1-x xA A-dxdxA A)根據(jù)物料衡算式可得根據(jù)物料衡算式可得q qn,An

33、,A=q qn,An,A+d+dq qn,An,A+r rA AdVdVR Rq qV,A,0V,A,0c cA,0A,0(1-(1-x xA A)=)=q qV,0V,0c cA,0A,0(1-(1-x xA A-dxdxA A)+)+r rA AdVdVR Rq qV,0 V,0 c cA,0A,0dxdxA A=r rA AdVdVR R或或?qū)φ麄€(gè)反應(yīng)器積分得對(duì)整個(gè)反應(yīng)器積分得簡(jiǎn)化上式得簡(jiǎn)化上式得,0,000RA fVxARRVAAdxVdVqcr,00,0A fxRAAVAVdxcqr 或或2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)47 上式是活塞流反應(yīng)器的基本計(jì)算式上式是活塞流反應(yīng)

34、器的基本計(jì)算式,關(guān)聯(lián)了關(guān)聯(lián)了q qV,0V,0、V VR R、r rA A、c c,A,A（x x,A,A）、）、等參數(shù)，等參數(shù)，其中其中為空間時(shí)間，定義為反應(yīng)物料以入口狀為空間時(shí)間，定義為反應(yīng)物料以入口狀態(tài)體積流量通過(guò)反應(yīng)器所需的時(shí)間。態(tài)體積流量通過(guò)反應(yīng)器所需的時(shí)間。與間歇攪拌釜式反應(yīng)器的基本計(jì)算方程比較，與間歇攪拌釜式反應(yīng)器的基本計(jì)算方程比較，二者的基本計(jì)算方程除在時(shí)間表達(dá)方式上不同外，二者的基本計(jì)算方程除在時(shí)間表達(dá)方式上不同外，其余完全相同。其余完全相同。,0,0AA fcRAcVAVdcqr對(duì)恒容過(guò)程對(duì)恒容過(guò)程c cA A=c cA,0A,0(1-(1-x xA A),),則則dxdx

35、A A=-=-dcdcA A/c cA,0A,0代入上式代入上式2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)482022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)49,0,0AA fcRAcVAVdcqr2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)502022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)51從理想管式反應(yīng)器和間歇反應(yīng)器的表達(dá)式比較，從理想管式反應(yīng)器和間歇反應(yīng)器的表達(dá)式比較，可以看出它們完全相同。可以看出它們完全相同。理想管式反應(yīng)器中各個(gè)截面上的濃度和轉(zhuǎn)化率理想管式反應(yīng)器中各個(gè)截面上的濃度和轉(zhuǎn)化率等參數(shù)只是空間位置的函數(shù)；間歇反應(yīng)器則隨時(shí)間等參數(shù)只是空間位置的函數(shù)；間歇反應(yīng)器則隨時(shí)間而變化。這

36、些參數(shù)經(jīng)歷了相同的變化過(guò)程，反應(yīng)的而變化。這些參數(shù)經(jīng)歷了相同的變化過(guò)程，反應(yīng)的推動(dòng)力是一致的。就反應(yīng)過(guò)程而言，兩種反應(yīng)器具推動(dòng)力是一致的。就反應(yīng)過(guò)程而言，兩種反應(yīng)器具有相同的效率。有相同的效率。因?yàn)殚g歇反應(yīng)器存在非生產(chǎn)時(shí)間，故生產(chǎn)能力因?yàn)殚g歇反應(yīng)器存在非生產(chǎn)時(shí)間，故生產(chǎn)能力低于管式反應(yīng)器。低于管式反應(yīng)器。3.3.管式反應(yīng)器和間歇反應(yīng)器的比較管式反應(yīng)器和間歇反應(yīng)器的比較2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)52例：己二酸例：己二酸(A)(A)與己二醇與己二醇(B)(B)以等物質(zhì)的量比，在以等物質(zhì)的量比，在343K時(shí)進(jìn)時(shí)進(jìn)行縮聚反應(yīng)生產(chǎn)醇酸樹(shù)脂。由實(shí)驗(yàn)測(cè)得其反應(yīng)速率方程式為行縮聚反應(yīng)生產(chǎn)醇酸

37、樹(shù)脂。由實(shí)驗(yàn)測(cè)得其反應(yīng)速率方程式為rA=kcAcB，cA=cB，在，在343K時(shí)，時(shí)，k=0.1182m3?kmol-1?h-1。A的分的分子量為子量為146，A的的起始濃度起始濃度cA0=4 kmol.m-3。若每天處理。若每天處理2400kg己二酸，己二酸的轉(zhuǎn)化率為己二酸，己二酸的轉(zhuǎn)化率為80%80%，試計(jì)算使用理想管，試計(jì)算使用理想管式反應(yīng)器所需的容積。并與間歇釜式反應(yīng)器進(jìn)行比較。式反應(yīng)器所需的容積。并與間歇釜式反應(yīng)器進(jìn)行比較。解：根據(jù)平推流反應(yīng)器中二級(jí)反應(yīng)的公式：解：根據(jù)平推流反應(yīng)器中二級(jí)反應(yīng)的公式：01AfAAfxkcx 0.800.1182 410.80 8.463124000.1

38、7124 146 4Vqmh30.171 8.461.45RVVqm 2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)53 V VR R V VT T轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率80%80%間歇反應(yīng)釜間歇反應(yīng)釜 9.46 1.62 2.169.46 1.62 2.16理想管式理想管式 8.46 1.45 1.458.46 1.45 1.45轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率90%90%間歇反應(yīng)釜間歇反應(yīng)釜 20.04 3.43 4.5720.04 3.43 4.57理想管式理想管式 19.04 3.25 3.2519.04 3.25 3.25u 兩類(lèi)反應(yīng)器所需容積：兩類(lèi)反應(yīng)器所需容積：V VR R間間V VR R平平。u 間歇反應(yīng)器有

39、輔助時(shí)間和裝料系數(shù)的影響。間歇反應(yīng)器有輔助時(shí)間和裝料系數(shù)的影響。2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)54四、全混流反應(yīng)器（四、全混流反應(yīng)器（CSTRCSTR）1.1.全混流全混流 特點(diǎn)特點(diǎn)u 反應(yīng)器內(nèi)物料的參數(shù)處處均反應(yīng)器內(nèi)物料的參數(shù)處處均勻，且等于流出物料的參數(shù)；勻，且等于流出物料的參數(shù)；u 但物料質(zhì)點(diǎn)在反應(yīng)器中停留但物料質(zhì)點(diǎn)在反應(yīng)器中停留的時(shí)間各不相同，即形了成停留的時(shí)間各不相同，即形了成停留時(shí)間分布。時(shí)間分布。全混流是指連續(xù)穩(wěn)定流入反應(yīng)器的物料在強(qiáng)烈的攪全混流是指連續(xù)穩(wěn)定流入反應(yīng)器的物料在強(qiáng)烈的攪拌下與反應(yīng)器中的物料瞬間達(dá)到完全混合，又稱(chēng)理想混拌下與反應(yīng)器中的物料瞬間達(dá)到完全混合

40、，又稱(chēng)理想混合流。合流。2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)552.2.全混流反應(yīng)器的計(jì)算全混流反應(yīng)器的計(jì)算 進(jìn)入反應(yīng)器的物料粒子與反應(yīng)器中已有的粒子之間瞬間進(jìn)入反應(yīng)器的物料粒子與反應(yīng)器中已有的粒子之間瞬間混合均勻，反應(yīng)器內(nèi)處處組成相同?；旌暇鶆?，反應(yīng)器內(nèi)處處組成相同。根據(jù)連續(xù)流動(dòng)物料衡算式，可得根據(jù)連續(xù)流動(dòng)物料衡算式，可得,0,0,(1)n An AA fA fRqqxr V或或,0,0,0,VAVA fA fRqcqcr V整理得整理得:,0,0AA fRVA fcxVqr,0,0AA fRVA fccVqr2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)562022-11-17第七章

41、 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)573.3.平推流反應(yīng)器與全混流反應(yīng)器的比較平推流反應(yīng)器與全混流反應(yīng)器的比較,0,0AA fRVA fcxVqr,0,0AA fRVA fccVqr2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)58例：己二酸例：己二酸(A)(A)與己二醇與己二醇(B)(B)以等物質(zhì)的量比，在以等物質(zhì)的量比，在343K時(shí)進(jìn)時(shí)進(jìn)行縮聚反應(yīng)生產(chǎn)醇酸樹(shù)脂。由實(shí)驗(yàn)測(cè)得其反應(yīng)速率方程式行縮聚反應(yīng)生產(chǎn)醇酸樹(shù)脂。由實(shí)驗(yàn)測(cè)得其反應(yīng)速率方程式為為rA=kcAcB，cA=cB，在，在343K時(shí)，時(shí)，k=0.1182m3?kmol-1?h-1。A的的分子量為分子量為146，A的的起始濃度起始濃度cA0=4 kmol.

42、m-3。若每天處理。若每天處理2400kg己二酸，己二酸的轉(zhuǎn)化率為己二酸，己二酸的轉(zhuǎn)化率為80%80%，試計(jì)算使用全混流，試計(jì)算使用全混流反應(yīng)器所需的容積。反應(yīng)器所需的容積。解：根據(jù)全混流反應(yīng)器中二級(jí)反應(yīng)的公式：解：根據(jù)全混流反應(yīng)器中二級(jí)反應(yīng)的公式：2200.8042.30.1182 410.801AfAAfxkcx 3124000.17124 146 4Vqmh30.171 42.37.19RVVqm u 比前面幾類(lèi)反應(yīng)器所需容積都大。比前面幾類(lèi)反應(yīng)器所需容積都大。2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)59五、多釜串聯(lián)反應(yīng)器（五、多釜串聯(lián)反應(yīng)器（MMFRMMFR）每一級(jí)反應(yīng)器都是全混流

43、反應(yīng)器；每一級(jí)反應(yīng)器都是全混流反應(yīng)器；反應(yīng)器之間，流體不相互混合。反應(yīng)器之間，流體不相互混合。前一級(jí)反應(yīng)器出口的物料濃度為后一級(jí)反應(yīng)器入口的濃前一級(jí)反應(yīng)器出口的物料濃度為后一級(jí)反應(yīng)器入口的濃度。度。串聯(lián)級(jí)數(shù)越多，各級(jí)之間反應(yīng)物濃度差別越小，整個(gè)多串聯(lián)級(jí)數(shù)越多，各級(jí)之間反應(yīng)物濃度差別越小，整個(gè)多釜串聯(lián)反應(yīng)器越接近平推流反應(yīng)器。釜串聯(lián)反應(yīng)器越接近平推流反應(yīng)器。如果生產(chǎn)過(guò)程中所需的全混流反應(yīng)器體積比較大，會(huì)如果生產(chǎn)過(guò)程中所需的全混流反應(yīng)器體積比較大，會(huì)采用幾個(gè)較小的全混流反應(yīng)器串聯(lián)。采用幾個(gè)較小的全混流反應(yīng)器串聯(lián)。多釜串聯(lián)反應(yīng)器如下圖所示。其特點(diǎn)為：多釜串聯(lián)反應(yīng)器如下圖所示。其特點(diǎn)為：2022-11

44、-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)60對(duì)第對(duì)第i i個(gè)反應(yīng)器進(jìn)行物料衡算得：個(gè)反應(yīng)器進(jìn)行物料衡算得：,1,1,A iV iA iV iAiR icqcqr V定容過(guò)程，定容過(guò)程，,0,1,.VVV iV Nqqqq 則有則有,1,0R iA iA iiVAiVccqr,0,1()AA iA iiAicxxr或或2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)61 涉及每級(jí)反應(yīng)器的有效容積涉及每級(jí)反應(yīng)器的有效容積V VR,iR,i、串聯(lián)反應(yīng)器的級(jí)數(shù)、串聯(lián)反應(yīng)器的級(jí)數(shù)N N、最終轉(zhuǎn)化率、最終轉(zhuǎn)化率x xA,NA,N、反應(yīng)物最終濃度、反應(yīng)物最終濃度c cA,NA,N等四個(gè)參數(shù)，等四個(gè)參數(shù)，可用代數(shù)法和圖解法

45、?？捎么鷶?shù)法和圖解法。1.1.代數(shù)法代數(shù)法 ,A iiA irk c,1,A iA iiiA icck c,1,1A iiiA ickc 或或?qū)σ患?jí)反應(yīng)對(duì)一級(jí)反應(yīng):AP 2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)62即有即有,01 1,11AAckc,122,21AAckc,1,1 A iiiA ickc,1,1A NNNA Nckc 所有上式連乘，有所有上式連乘，有,01,(1)NAiiiA Nckc第一釜第一釜第二釜第二釜第第i i釜釜.第第N N釜釜2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)63011A,A,NNiicck 生產(chǎn)中往往各級(jí)反應(yīng)器的體積相等生產(chǎn)中往往各級(jí)反應(yīng)器的體積相等

46、,反應(yīng)條件相同反應(yīng)條件相同,有有有有12N 12Nkkkk111A,NNxk 01A,A,NNcck 2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)642.2.圖解法圖解法 對(duì)定容反應(yīng)過(guò)程，將第對(duì)定容反應(yīng)過(guò)程，將第i i級(jí)釜的基本計(jì)算式為級(jí)釜的基本計(jì)算式為:其出口濃度其出口濃度,A ic和和,A ir為直線關(guān)系，斜率為為直線關(guān)系，斜率為 1/i，截距為，截距為,1A ic/i如圖所示。如圖所示。兩條線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)上兩條線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)上C CA A即為釜出口的濃度。即為釜出口的濃度。,1,A iA iiAiccr,1,1A iAiA iiicrc 即：即：2022-11-17第七章

47、 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)65 如果已知釜數(shù)如果已知釜數(shù)N,N,按按上法作圖上法作圖,第第N N根操作線根操作線與動(dòng)力學(xué)關(guān)系線的交點(diǎn)與動(dòng)力學(xué)關(guān)系線的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)即為最終出口的橫坐標(biāo)即為最終出口的濃度。的濃度。如果已知釜數(shù)和最如果已知釜數(shù)和最終出口的濃度，需要確終出口的濃度，需要確定總體積或體積流量時(shí)，定總體積或體積流量時(shí)，則要采用試差法。則要采用試差法。2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)66作業(yè)：下冊(cè)作業(yè)：下冊(cè)P443，4，7，9，112022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)67第四節(jié)第四節(jié) 非理想流動(dòng)及實(shí)際反應(yīng)器的計(jì)算非理想流動(dòng)及實(shí)際反應(yīng)器的計(jì)算 活塞流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器是兩種理想活

48、塞流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器是兩種理想流動(dòng)模型，是反應(yīng)器內(nèi)物料混合的兩個(gè)極端情流動(dòng)模型，是反應(yīng)器內(nèi)物料混合的兩個(gè)極端情況，實(shí)際反應(yīng)器中流體的流動(dòng)狀況往往偏離理況，實(shí)際反應(yīng)器中流體的流動(dòng)狀況往往偏離理想流動(dòng)，存在一定程度的返混面介于兩者之間。想流動(dòng)，存在一定程度的返混面介于兩者之間。在研究上，往往從理想流動(dòng)出發(fā)，找出非理想在研究上，往往從理想流動(dòng)出發(fā)，找出非理想流動(dòng)與理想流動(dòng)的偏離，并尋求度量偏離程度流動(dòng)與理想流動(dòng)的偏離，并尋求度量偏離程度的方法，由此建立非理想流動(dòng)模型。的方法，由此建立非理想流動(dòng)模型。2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)682022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)69溝

49、流或短路溝流或短路 部分粒子易于在反應(yīng)器中阻力最小、部分粒子易于在反應(yīng)器中阻力最小、路程最短的通路以較其它流體粒子快得多的速度流過(guò)；路程最短的通路以較其它流體粒子快得多的速度流過(guò)；死角死角 器內(nèi)與主流相比移動(dòng)非常慢器內(nèi)與主流相比移動(dòng)非常慢(小一個(gè)數(shù)量級(jí)小一個(gè)數(shù)量級(jí))或停滯不前的區(qū)域；或停滯不前的區(qū)域；旁路旁路 專(zhuān)指流體粒子偏離了流動(dòng)的軸心，而沿阻力專(zhuān)指流體粒子偏離了流動(dòng)的軸心，而沿阻力小的邊緣區(qū)域流動(dòng)。小的邊緣區(qū)域流動(dòng)。一、非理想流動(dòng)對(duì)理想流動(dòng)的偏離一、非理想流動(dòng)對(duì)理想流動(dòng)的偏離引起實(shí)際反應(yīng)器流況偏離理想流動(dòng)的原因多種多樣。引起實(shí)際反應(yīng)器流況偏離理想流動(dòng)的原因多種多樣。2022-11-17第七

50、章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)70 幾種實(shí)際反應(yīng)器中的非理想流動(dòng)如圖幾種實(shí)際反應(yīng)器中的非理想流動(dòng)如圖6 6一一1212所所示。示。反應(yīng)器的幾何構(gòu)造和流體的流動(dòng)方式是造反應(yīng)器的幾何構(gòu)造和流體的流動(dòng)方式是造成偏離理想流動(dòng)、形成一定程度返混的根本原成偏離理想流動(dòng)、形成一定程度返混的根本原因因，它導(dǎo)致了流體在反應(yīng)器中停留的時(shí)間不一。，它導(dǎo)致了流體在反應(yīng)器中停留的時(shí)間不一。不同的反應(yīng)器的流況各異，可用停留時(shí)間分布不同的反應(yīng)器的流況各異，可用停留時(shí)間分布來(lái)描述。來(lái)描述。對(duì)管式反應(yīng)器還有管內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)的軸向擴(kuò)散對(duì)管式反應(yīng)器還有管內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)的軸向擴(kuò)散和徑向流速分布等。和徑向流速分布等。2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)

51、工程基礎(chǔ)712022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)72 進(jìn)入反應(yīng)器的進(jìn)入反應(yīng)器的 N N個(gè)物料質(zhì)點(diǎn)，停留時(shí)間介于個(gè)物料質(zhì)點(diǎn)，停留時(shí)間介于和和dd之間之間的物料粒子的物料粒子dNdN所占分率為所占分率為dNdNN,N,以以E()dE()d表示表示,則則E()E()即即為停留時(shí)間密度函數(shù)。停留時(shí)間分布密度函數(shù)具有歸一化的為停留時(shí)間密度函數(shù)。停留時(shí)間分布密度函數(shù)具有歸一化的性質(zhì)，即性質(zhì)，即0()1Ed二、停留時(shí)間分布的表示方法二、停留時(shí)間分布的表示方法 停留時(shí)間停留時(shí)間指流體質(zhì)點(diǎn)在反應(yīng)器內(nèi)停留的時(shí)間，指流體質(zhì)點(diǎn)在反應(yīng)器內(nèi)停留的時(shí)間，停留時(shí)間停留時(shí)間分布分布是指反應(yīng)器出口流體中不同停留時(shí)間的流體

52、質(zhì)點(diǎn)的分布是指反應(yīng)器出口流體中不同停留時(shí)間的流體質(zhì)點(diǎn)的分布情況。定量描述流體質(zhì)點(diǎn)的停留時(shí)間分布有兩種方法。情況。定量描述流體質(zhì)點(diǎn)的停留時(shí)間分布有兩種方法。（1 1）停留時(shí)間分布密度函數(shù)）停留時(shí)間分布密度函數(shù)E E（）2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)73 進(jìn)入反應(yīng)器的所有物料的進(jìn)入反應(yīng)器的所有物料的質(zhì)點(diǎn)，停留時(shí)間小于質(zhì)點(diǎn)，停留時(shí)間小于的物料的物料所占的分率，稱(chēng)為停留時(shí)間分所占的分率，稱(chēng)為停留時(shí)間分布函數(shù)布函數(shù)F()F()，即，即0()()FEd顯然顯然,0 0時(shí)，時(shí)，F(xiàn)()F()0 0；，F(xiàn)()F()1 1。()()dFEd（2 2）停留時(shí)間分布函數(shù)）停留時(shí)間分布函數(shù)F F（）F()

53、F()與與E()E()的關(guān)系為：的關(guān)系為：下圖為下圖為F()F()與與E()E()曲線。曲線。2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)74 采用刺激響應(yīng)技術(shù)，又稱(chēng)采用刺激響應(yīng)技術(shù)，又稱(chēng)示蹤法示蹤法，即在反應(yīng)，即在反應(yīng)器的進(jìn)口加入某種示蹤物，同時(shí)在出口測(cè)定示蹤器的進(jìn)口加入某種示蹤物，同時(shí)在出口測(cè)定示蹤物濃度等的變化，確定流經(jīng)反應(yīng)器中物料的停留物濃度等的變化，確定流經(jīng)反應(yīng)器中物料的停留時(shí)間分布。時(shí)間分布。3 3停留時(shí)間分布的測(cè)定方法停留時(shí)間分布的測(cè)定方法 測(cè)定時(shí)利用示蹤物的光、電、化學(xué)或放射等測(cè)定時(shí)利用示蹤物的光、電、化學(xué)或放射等特性。示蹤物除具有上述特性外，還需要具有不特性。示蹤物除具有上述

54、特性外，還需要具有不揮發(fā)、不吸收、易溶于主流體，在很小的濃度下?lián)]發(fā)、不吸收、易溶于主流體，在很小的濃度下也能檢測(cè)出的特性。也能檢測(cè)出的特性。示蹤物的輸入方式主要有示蹤物的輸入方式主要有脈沖法和階躍法。脈沖法和階躍法。2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)75輸入輸入-響應(yīng)關(guān)系曲線右圖。響應(yīng)關(guān)系曲線右圖。由物料衡算由物料衡算,得得0dcqnAVA或或由由E E()的定義得的定義得10dncqAAVAAVncqE)(在穩(wěn)定操作的系統(tǒng)中，若進(jìn)料的體積流量為在穩(wěn)定操作的系統(tǒng)中，若進(jìn)料的體積流量為q qV V，進(jìn)料濃，進(jìn)料濃度度c c0 0，于，于=0=0將一定物質(zhì)的量將一定物質(zhì)的量n n的示蹤物

55、的示蹤物A A在一瞬間注入，在在一瞬間注入，在出口處觀測(cè)示蹤物濃度出口處觀測(cè)示蹤物濃度c cA A隨時(shí)間的變化。隨時(shí)間的變化。（1 1）脈沖示蹤法）脈沖示蹤法2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)76在穩(wěn)定連續(xù)流動(dòng)系統(tǒng)中，若物料體積流量為在穩(wěn)定連續(xù)流動(dòng)系統(tǒng)中，若物料體積流量為q qV V，濃度為濃度為c c0 0，瞬間用相同流量和濃度的示蹤物切換，瞬間用相同流量和濃度的示蹤物切換主流體，同時(shí)在出口處測(cè)示蹤物濃度主流體，同時(shí)在出口處測(cè)示蹤物濃度c cA A隨時(shí)間的隨時(shí)間的變化，直至變化，直至c cA A=c=c0 0為止。所得響應(yīng)關(guān)系曲線如下圖為止。所得響應(yīng)關(guān)系曲線如下圖（2 2）階躍示蹤

56、法）階躍示蹤法2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)77 平均停留時(shí)間是指全部物料質(zhì)點(diǎn)在反應(yīng)器中停留時(shí)間的平均停留時(shí)間是指全部物料質(zhì)點(diǎn)在反應(yīng)器中停留時(shí)間的平均值，在概率上稱(chēng)為數(shù)學(xué)期望，可通過(guò)分布密度函數(shù)來(lái)計(jì)平均值，在概率上稱(chēng)為數(shù)學(xué)期望，可通過(guò)分布密度函數(shù)來(lái)計(jì)算：算：在實(shí)驗(yàn)中得到的是離散情況在實(shí)驗(yàn)中得到的是離散情況(即各個(gè)別時(shí)間即各個(gè)別時(shí)間)下的下的E()E()，可用下式計(jì)算：可用下式計(jì)算：4 4停留時(shí)間分布的數(shù)字特征停留時(shí)間分布的數(shù)字特征用描述隨機(jī)變量的數(shù)字特征來(lái)表征其分布的特點(diǎn)。用描述隨機(jī)變量的數(shù)字特征來(lái)表征其分布的特點(diǎn)。（1）平均停留時(shí)間）平均停留時(shí)間iiiiEE)()(000)()

57、()(dEdEdE2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)78方差描述物料質(zhì)點(diǎn)各停留時(shí)間與平均停留時(shí)間的方差描述物料質(zhì)點(diǎn)各停留時(shí)間與平均停留時(shí)間的偏離程度，即停留時(shí)間分布的離散程度。定義為偏離程度，即停留時(shí)間分布的離散程度。定義為（2 2）方差）方差020022)()()()()(dEdEdE2222)()()()(iiiiiiiEEE用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求方差可用下式用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求方差可用下式2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)79圖所示為不同圖所示為不同2 2的的E()E()曲線。曲線。2 2越大，物料的停留時(shí)間分布越分散，偏離平均停留時(shí)間越大，物料的停留時(shí)間分布越分散，偏離平均停留時(shí)間的

58、程度越大；反之，偏離平均停留時(shí)間的程度越小的程度越大；反之，偏離平均停留時(shí)間的程度越小;2 2=0=0 表明物料的停留時(shí)間分布都相同。表明物料的停留時(shí)間分布都相同。為比較，將為比較，將E()E()和和F()F()與與 聯(lián)系起來(lái)，定義對(duì)比時(shí)間聯(lián)系起來(lái)，定義對(duì)比時(shí)間2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)80u當(dāng)當(dāng)2 2=0=0，為活塞流；，為活塞流；u當(dāng)當(dāng)2 2=1=1，為全混流；，為全混流；u當(dāng)當(dāng)2 21 1，則為非理想流動(dòng)。，則為非理想流動(dòng)。停留時(shí)間分布函數(shù)和密度函數(shù)用停留時(shí)間分布函數(shù)和密度函數(shù)用表示為表示為,用用表示的方差為表示的方差為)()(FF)()(EE2222022-11-17

59、第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)815 5理想反應(yīng)器的停留時(shí)間分布理想反應(yīng)器的停留時(shí)間分布（1）理想置換反應(yīng)器）理想置換反應(yīng)器(活塞流反應(yīng)器活塞流反應(yīng)器),()0,0,()1,EF0,022方差為方差為 活塞流反應(yīng)器中，物料在反應(yīng)器中無(wú)任何返混，活塞流反應(yīng)器中，物料在反應(yīng)器中無(wú)任何返混，且都等于平均停留時(shí)間且都等于平均停留時(shí)間 。其停留時(shí)間分其停留時(shí)間分布函數(shù)為布函數(shù)為:VV q2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)82活塞流反應(yīng)器的活塞流反應(yīng)器的E()和和F()函數(shù)的曲線如圖示。函數(shù)的曲線如圖示。2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)83 若以脈沖法測(cè)定若以脈沖法測(cè)定:設(shè)反應(yīng)器體積為設(shè)反

60、應(yīng)器體積為V V，物料流的體積流量，物料流的體積流量為為q qV V，階躍輸入示蹤劑濃度為，階躍輸入示蹤劑濃度為c cA A,0 0，經(jīng)過(guò)，經(jīng)過(guò)時(shí)間后，測(cè)定出口時(shí)間后，測(cè)定出口示蹤劑濃度為示蹤劑濃度為c cA A，在時(shí)間間隔，在時(shí)間間隔dd內(nèi)，反應(yīng)器內(nèi)示蹤劑物料變內(nèi)，反應(yīng)器內(nèi)示蹤劑物料變化為化為VdcVdcA A，則，則（2 2）理想混合反應(yīng)器）理想混合反應(yīng)器(全混流反應(yīng)器全混流反應(yīng)器)全混流反應(yīng)器中物料的濃度處處相等，物料返混程度最大。全混流反應(yīng)器中物料的濃度處處相等，物料返混程度最大。AAVAVVdcdcqdcq0,或或)(1)(0,0,aAAAVAccccVqddc2022-11-17第

61、七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)84因?yàn)橐驗(yàn)榧醇?,)(AAccFddccddFAA 0,1)(將上式代入將上式代入,分離變量積分得分離變量積分得)exp(1)(F)exp(1)()(ddFE方差為方差為222,12022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)85 全混流反應(yīng)器的全混流反應(yīng)器的F F()和和E E()函數(shù)的曲線如圖示。函數(shù)的曲線如圖示。u=0=0，F(xiàn) F()=1.0)=1.0，E E()為最大值為最大值1u 時(shí)，時(shí)，F(xiàn) F()=0.632,)=0.632,表明有表明有0.6320.632的物料質(zhì)點(diǎn)在的物料質(zhì)點(diǎn)在器內(nèi)器內(nèi)停留時(shí)間小于平均停留時(shí)間。停留時(shí)間小于平均停留時(shí)間。u質(zhì)點(diǎn)在器內(nèi)停留時(shí)間

62、很長(zhǎng)質(zhì)點(diǎn)在器內(nèi)停留時(shí)間很長(zhǎng).2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)86 對(duì)實(shí)際流動(dòng)反應(yīng)器，像理想反應(yīng)器一樣建立對(duì)實(shí)際流動(dòng)反應(yīng)器，像理想反應(yīng)器一樣建立流動(dòng)模型。建立實(shí)際反應(yīng)器流動(dòng)模型的思路是：流動(dòng)模型。建立實(shí)際反應(yīng)器流動(dòng)模型的思路是：研究實(shí)際反應(yīng)器的流動(dòng)狀況和傳遞規(guī)律，設(shè)想非研究實(shí)際反應(yīng)器的流動(dòng)狀況和傳遞規(guī)律，設(shè)想非理想流動(dòng)模型，并導(dǎo)出該模型參數(shù)與停留時(shí)間分理想流動(dòng)模型，并導(dǎo)出該模型參數(shù)與停留時(shí)間分布的定量關(guān)系，然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定停留時(shí)間分布布的定量關(guān)系，然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定停留時(shí)間分布來(lái)確定模型參數(shù)。來(lái)確定模型參數(shù)。常用的非理想流動(dòng)模型有常用的非理想流動(dòng)模型有多釜多釜串聯(lián)模型、軸向擴(kuò)散模型串聯(lián)

63、模型、軸向擴(kuò)散模型等。等。6 6非理想反應(yīng)器中的停留時(shí)間分布非理想反應(yīng)器中的停留時(shí)間分布2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)87（1）多級(jí)理想混合模型）多級(jí)理想混合模型(多釜串聯(lián)模型多釜串聯(lián)模型)假設(shè)假設(shè)一個(gè)實(shí)際反應(yīng)器的返混情況等效于若干級(jí)等一個(gè)實(shí)際反應(yīng)器的返混情況等效于若干級(jí)等體積的全混釜的返混。體積的全混釜的返混。根據(jù)多釜串聯(lián)反應(yīng)器公式根據(jù)多釜串聯(lián)反應(yīng)器公式:)(1iiViiccqddcVVNVVqVqVqV21各釜體積相同各釜體積相同,則則1NNNccddc2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)88積分積分,得得)1(101ecc)1(022eccddc對(duì)于二個(gè)釜對(duì)于二個(gè)釜

64、(N=2)VqV11是第一釜的平均停留時(shí)間是第一釜的平均停留時(shí)間,即即其中其中,1對(duì)于一個(gè)釜對(duì)于一個(gè)釜(N=1)011ccddc得得)21(1 22022ecc其中其中,2是兩個(gè)釜的平均停留時(shí)間是兩個(gè)釜的平均停留時(shí)間,即即2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)89NqNVVN其中其中,101()1(1)!NiNNNNiNccei 因此因此,N個(gè)釜的出口濃度表達(dá)式為個(gè)釜的出口濃度表達(dá)式為根據(jù)以上推導(dǎo)根據(jù)以上推導(dǎo),得多釜串聯(lián)模型的的停留時(shí)間分布函數(shù)得多釜串聯(lián)模型的的停留時(shí)間分布函數(shù)NiiNNNNiNeccFN110)!1()(1)(22212VVqVqVV2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)

65、工程基礎(chǔ)90以對(duì)比時(shí)間以對(duì)比時(shí)間為時(shí)間坐標(biāo)為時(shí)間坐標(biāo),則則)!1()(1NeNENNNNNNNNiiNiNeF11)!1()(1)(NNeNNNE1)()!1()(022021)()()1(dEdE2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)91 多釜串聯(lián)模型停留時(shí)間分布函數(shù)多釜串聯(lián)模型停留時(shí)間分布函數(shù)F()和和E()特征曲線特征曲線如如圖圖619。多。多釜串聯(lián)的流況介于全混流和活塞流釜串聯(lián)的流況介于全混流和活塞流之間，之間，當(dāng)當(dāng) N=1.0時(shí)，為全混流；當(dāng)時(shí)，為全混流；當(dāng) N時(shí)，就是活塞流。時(shí)，就是活塞流。N的值可通的值可通過(guò)方差求?。哼^(guò)方差求?。篘deNNNNN11)!1(012uN越大越

66、大,2越小越小;u當(dāng)當(dāng)N時(shí)時(shí),2=0,為活塞流為活塞流;u當(dāng)當(dāng)N=1,2=1為全混流為全混流.2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)92 實(shí)際流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，有一定程度的返混，即存在一實(shí)際流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，有一定程度的返混，即存在一定程度的停留時(shí)間分布。擴(kuò)散模型是在活塞流的基礎(chǔ)上迭加一定程度的停留時(shí)間分布。擴(kuò)散模型是在活塞流的基礎(chǔ)上迭加一個(gè)流體的軸向擴(kuò)散的校正。模型參數(shù)為軸向擴(kuò)散系數(shù)個(gè)流體的軸向擴(kuò)散的校正。模型參數(shù)為軸向擴(kuò)散系數(shù)D D。（2）分散模型）分散模型(擴(kuò)散模型擴(kuò)散模型)設(shè)流體的流速為設(shè)流體的流速為u u，擴(kuò)散系數(shù)為，擴(kuò)散系數(shù)為D D，進(jìn)入微元的流體濃度，進(jìn)入微元的流體濃度為為c c：反應(yīng)器管長(zhǎng)：反應(yīng)器管長(zhǎng)L L，流通截面，流通截面S S，對(duì)長(zhǎng)為，對(duì)長(zhǎng)為dzdz的微元段進(jìn)行物料的微元段進(jìn)行物料衡算。衡算。2022-11-17第七章 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)93流入微元的物料流入微元的物料流出流體微元的物料流出流體微元的物料主流主流擴(kuò)散擴(kuò)散主流主流擴(kuò)散擴(kuò)散CuSSzcD)(dzzccuSSdzzcSdzzczzcD)(積累積累根據(jù)物料衡算式根據(jù)物料衡算式 流入量流入量=流出量流出