化学反应工程第四章课件.ppt
第四章 管式反应器,天津大学化工学院反应工程教学组,.,2,理想流动模型 等温管式反应器设计 管式与釜式反应器反应体积的比较 循环反应器 变温管式反应器计算,本章内容,.,3,4.1 理想流动模型,流动模型：反应器中流体流动与返混情况的描述。,返混：在流体流动方向上停留时间不同的流体粒子之间的混合称为返混，也称为逆向混合。,(1)径向流速分布均匀(2)轴向上无返混,活塞流模型（平推流）,层流,湍流,活塞流,(1)径向上物料的所有参数都相同(2)轴向上不断变化,.,4,管径较小，流速较大的管式反应器可按活塞流处理,4.1 理想流动模型,全混流模型,径向混合和轴向返混都达到最大,反应物系的所有参数在径向上均一，轴向上也均一，即：各处物料均一，均为出口值,剧烈搅拌的连续釜式反应器可按全混流处理,.,5,4.2 等温管式反应器的设计,进入量=排出量+反应量+累积量,4.2.1单一反应,单一反应,比较,.,6,4.2.2 复合反应,4.2 等温管式反应器的设计,平行反应,恒容过程,.,7,4.2.2 复合反应,4.2 等温管式反应器的设计,连串反应,恒容过程,k1 k2,.,8,例：4.2在活塞流反应器（PFR）中，于923K等温下进行丁烯脱氢反应生产丁二烯：C4H8 C4H6+H2原料气为丁烯与水蒸汽的混合气，丁烯的摩尔分数10%，操作压力为105 Pa，973K时，k=1.07910-4 kmol/(h.m3.Pa)若要丁烯的转化率达35%，空时为多少？,解,.,9,例4.4 管式，4.05MPa,936K下进行如下反应,yT0=25,yH075,流速0.1m/s,求XTf=80%时,所需的反应器长度二甲基萘、一甲基萘及萘的收率,独立反应数？关键组分？,解,T、D、M,.,10,恒容,设计方程,(XT,YD,YM),.,11,(反应器长度),.,12,4.2.3 拟均相模型,解,.,13,4.3 管式与釜式反应器反应体积的比较,1.正常动力学,相同条件下，PFR所需的反应体积小于CSTR和BR,CSTR单釜,CSTR两釜串,PFR或BR,.,14,4.3 管式与釜式反应器反应体积的比较,2.反常动力学,CSTR单釜,CSTR两釜串,PFR或BR,结论？,.,15,3.有极大值情况,4.3 管式与釜式反应器反应体积的比较,.,16,（1）PFR反应器,解,设计方程（B、C）,.,17,（2）采用CSTR反应器,设计方程（B、C）,.,18,4.4 循环反应器,.,19,4.5 变温管式反应器4.5.1 管式反应器的热量衡算,反应器内流体流动符合活塞流假定反应器内温度分布径向均匀，轴向变化,控制体积,基本假设,热力学第一定律,dVr,.,20,（4.26）,反应热,温度变,.,21,单一反应,复合反应？,.,22,4.5.2 绝热管式反应器,绝热,.,23,吸热反应,等温反应,放热反应,t,Z,.,24,图4.8 可逆放热反应温度与转化率关系,.,25,图4.9 绝热管式反应器最佳进料温度,.,26,（1）催化剂用量（2）反应器轴向温度与转化率分布,例4.7 绝热管式反应器计算,.,27,等温过程,绝热过程,.,28,管式反应器绝热操作温度与浓度分布图,.,29,4.5.3 非绝热变温管式反应器,（1）催化剂用量（2）反应器轴向温度与转化率分布,例4.8 非绝热管式反应器计算,.,30,等温过程,绝热过程,非绝热变温过程,.,31,XAf=60%时催化剂用量,.,32,4.6 管式反应器的最佳温度序列,4.6.1 单一反应,等温操作,变温操作,不可逆或可逆吸热反应?可逆放热反应?,单一反应：生产强度最大复合反应：目的产物的收率（选择性）最大,.,33,4.6.2 复合反应,生产强度最大,P选择性最大,先低温后高温,低温,E1E2,E1E2?,1.等温反应，不存在最佳温度 若E1E2,则温度越高越好,2.非等温反应若E1E2,则温度应先高后低,.,34,例4.9：等温操作时最优操作温度的计算,最优化目标：P收率最大,Topt,设计方程,
