常州工程职院化学反应过程与设备课件07连续操作釜式反应器

连续操作釜式反应器¢单个连续釜¢多个串联连续釜è理想混合连续搅拌釜式反应器（CSTR）n连续操作釜式反应器的结构和间歇操作釜式反应器相同，但进出物料的操作是连续的，即一边连续恒定地向反应器内加入反应物，同时连续不断地把反应产物引出反应器。这样的流动状况很接近理想混合流动模型或全混流模型。n在连续操作釜式反应器内，过程参数与空间位置、时间无关，各处的物料组成和温度都是相同的，且等于出口处的组成和温度。n连续操作釜式反应器适用于产量大的产品生产，特别适宜对温度敏感的化学反应。容易自动控制，操作简单，节省人力。稳定性好，操作安全。è单个连续操作釜式反应器（1－CSTR）n基础设计式Ø[A的积累量]=[A的进入量]-[A的离开量]-[A的反应量]0=FA0Δτ-FA0（1-xA’）Δτ-(-rA)VRΔτ物料的平均停留时间：0()RAAAVxFr00()RAAAVxCVrè求解方法n解析法Ø由于反应器中的反应速率恒等于出口处值，因此结合反应动力学方程，将出口处的浓度、温度等参数代入得到出口处反应速率，将其代入基础设计式即得。如：恒温恒容不可逆反应n=0n=1n=201AACxk00(1)(1)AAAAAACxxkCxkx022200(1)(1)AAAAAAACxxkCxkCxn图解法例3-5、例3-6讲解è多个串联连续操作釜式反应器（N－CSTR）n为什么要采用N－CSTR代替1－CSTR？Ø由于1－CSTR存在严重的返混，降低了反应速率，同时容易在某些反应中导致副反应的增加。为了降低逆向混合的程度，又发挥其优点，可采用N－CSTR，这样可以使物料浓度呈阶梯状下降，有效提高反应速率；同时还可以在各釜内控制不同的反应温度和物料浓度以及不同的搅拌和加料情况，以适应工艺上的不同要求。èn-CSTR的基础设计式n在Δτ、ΔV内对任意第i釜内的反应物A进行物料衡算Ø[A的积累量]=[A的进入量]-[A的离开量]-[A的反应量]0=FAi-1Δτ-FAiΔτ-(-rA)iVRiΔτVR=ΣVRi检验：i=1n=1RiAi-1AiAiAi-1iA00AiAiVC-Cx-xτ≡==CV(-r)(-r)i0101()()AAAAAACCCxrrè求解方法n解析法Ø按不同的反应动力学方程式代入依次逐釜进行计算，直至达到要求的转化率为止。例题讲解。n图解法Ø适用于级数较高的化学反应，特别适于非一、二级反应，但只适于（-rA）能用单一组分表示的简单反应，对复杂反应不适用。步骤：1、作出（-rA）-CA曲线2、从起点CA=CA0出发，以-1/τ1为斜率作直线，交曲线于一点，即第一釜的操作状态CA13、过点(CA10)以-1/τ2为斜率作直线,与曲线交点为第三釜操作点.…4、过点(CAN-1,0)以-1/τN为斜率作直线,与曲线交点为第N釜操作点CAN.则出口转化率XAN=1-CAN/CA0若已知CA0、CAN、N，求VR需用试差法。若各釜体积相同，则各直线斜率相同。若各釜温度不同，则应分别作动力学曲线，各釜直线分别与各自曲线相交。连续釜的稳定操作半间歇操作反应器釜式反应器的日常操作与运行èCSTR的热稳定性n热稳定性——影响反应器可操作性的首要因素反应器本身对热和扰动有无自行恢复平衡的能力。有，则是热稳定性的；无，则是热不稳定性的。nCSTR的热稳定条件Qτ——放热速率，kJ/h，Qτ与温度T的函数关系式在Q-标图上为S形曲线，称为反应放热曲线；Qc——移热速率，kJ/h，Qc与T的函数关系式在Q-T坐标图上为一直线。热稳定条件定常条件：Qr=QC稳定条件：注意：CSTR中中进行吸热反应时，没有热稳定性问题。n操作参数对热稳定性的影响Ø进料温度的影响crdQdQdTdT图中，D线时的进料温度一般称为着火温度或起燃温度，相应地称点4为着火点或起燃点。一般称B线的进料温度为熄火温度，点6称熄火点。点4和点6分别是低温操作和高温操作的两个界限。Ø进料流量的影响流量从小到大变化时，操作状态依次变为点9、8、7、6。当流量稍微超过D线所示的量时，定态点立即下跌到点2，反应被吹“熄”。流量由高到低变化时，依次得到1、2、3……各定态点，而在点4出现着火现象。操作中，如果由于物料流量过大，而发生熄火现象，可以一面提高进料的温度，同时减小流量，使系统重新点燃。è半分批操作反应器半分批操作由于其特殊功能，广泛用于精细化工生产中。操作方式(a)主要适应于以下几种情况：①可以在沸腾温度下进行的强烈放热反应，用汽化潜热带走大量反应热；②要求严格控制反应物A的浓度；③B浓度高，A和R浓度低对反应有利的场合；④可逆反应。操作方式(b)主要适用于以下情况：①要求严格控制反应器内A的浓度，防止因A过量而使副反应增加的情况；②保持在较低温度下进行的放热反应；③A浓度低、B浓度高对反应有利的情况。操作方式(c)可以严格控制A、B的加料比例，而且可以保持A和B都在较低的浓度下进行，适合于A、B浓度降低对反应有利的场合。操作方式(d)既能满足A、B的比例要求，又能保持A、B在反应过程中的高浓度，对可逆反应尤其合适。某一反应要求反应物A浓度低、B浓度高对反应有利，应采用以下半间歇操作形式中的______情况ABCD下列__________操作方式适合用于可逆反应。ABCD1、开车2、聚合系统的操作（1）温度控制：三种方式夹套冷却水换热；气相外循环系统调节循环气体的温度；浆液外循环系统调节浆液温度，è釜式反应器的日常运行与操作Ø高密度低压聚乙烯的搅拌釜聚合系统为例说明（3）液位控制聚合釜液位控制在70％左右，通过聚合浆液的出料速率来控制（4）聚合浆液浓度控制主要通过控制溶剂的加入量和聚合产率来实现3、停车Ø间歇釜反应器的仿真操作