4理想管式反应器.

1第四章理想管式反应器2本章设置目的：以理想管式反应器为研究对象，讨论简单反应在PFR中的设计计算，介绍一些反应工程中特有的基本概念。主要内容：1）PFR特点及设计计算方法；2）空时、空速等基本概念；3）变容过程的计算。本章地位：基础、重点篇章。研究内容也是非理想流动管式反应器的设计计算的基础。3平推流或活塞流层流流动湍流流动管式反应器中的流动4.1理想管式反应器平推流定义：严格均匀的速度分布，且轴向没有任何混合的理想流动状态4理想管式反应器的特征：连续定态操作，速度均匀分布；轴向无返混；径向浓度、温度均一。反应结果唯一地由化学反应动力学所确定567固定床反应器dWrdxFWAAA)(0AfxwAAArdxFW00)(满足平推流的基本假定89空速—空时的倒数，用SV表示单位：[时间]-1意义：单位时间、单位反应器体积所能处理进口物料的体积。10停留时间反应物料从进入反应器时算起到离开反应器为止所经历的时间BR：物料停留时间相同，反应时间相同PFR：物料停留时间相同其他反应器：物料停留时间不同平均停留时间11空时与停留时间恒容过程：空时＝停留时间非恒容过程：空时≠停留时间0vv率反应器中物料的体积流反应器体积RVRvdVt0进料体积流率反应器体积0vVR0vv12等温恒容平推流反应器空时、反应时间、停留时间三者关系？空时是反应器的有效容积与进料流体的容积流率之比。反应时间是反应物料进入反应器后从实际发生反应的时刻起到反应达某一程度所需的反应时间。停留时间是指反应物进入反应器的时刻算起到离开反应器内共停留了多少时间。由于平推流反应器内物料不发生返混，具有相同的停留时间且等于反应时间，恒容时的空时等于停留时间，所以三者相等。1314基本方程的图解积分AfAxxAAArdxC0)(0AACCAArdC0)()(1Ar)(1ArxAfCACA015等温等容理想管式反应器中简单反应的结果反应级数反应速率式设计式残余浓度转化率式零级k)r(AkxFVAAR0,000AACvF0VVRAACCk0kCCAA0AAxCk00AACkx一级AAkCr)()1(1ln100AAARxkCFVAACCk0lnkAAeCC0Axk11lnkAex1二级2)(AAkCr)x(xkCFVAAAAR11200011AACCkkCCCAAA001)1(0AAAxCxkkCkCxAAA001二级BAACkCr)(00BACC000AABCCCM)x)(M(xMlnMkCFVAAAAR1111200AAAACMCMCMkC)1(ln100)x)(M(xMlnMkCAAA11110二级自催化反应PAACkCr)()CC(C)CC(ClnCkCFVATAATATAAR00000001PAPATCCCCC000n级nAAkCr)(]1)1[()1(1100nAnAARxnkCFV)(11101nAnACCnk])x[(nkCnAnA111111016min/6)60/20(2,2020)115.01(05.0105.010015.0200000000lsVsCdxrdxrdxCrdxCCVFVRAACCAAxAAAxAAAARARAAAA）解：（lmolCsCCCdrdrdxCrdxCCVFVAAACCAACCAAxAAAxAAAARARAAAAAA/077.013/124060/5.02)11(05.0105.0CC202000000000）（例题174.4变容过程液相反应恒容气相反应反应前后分子数不变恒容反应前后分子数变化变容变容处理方法膨胀率（）法膨胀因子（）法18膨胀率()法定义反应组分A全部转化后系统体积变化分率适用范围：物系体积随转化率呈线性关系)1(0AAxVV001AAAxxxAVVV19AfAfxxnAAAAAARkCdxCrdxCvV00000)(处理方法变容过程：CACA0(1-xA)CA∝（xA，V）∴了解变容过程中CA的表示方式反应器设计：202122用分压表示：23膨胀率特点：包含了惰性组分例：等温变容反应：A2P，计算：情况1：原料中FA0＝1，当xA0=0时，V0＝1当xA=1时，V＝2情况2：原料中FA0＝0.5，惰性组分＝0.5当xA0=0时，V0＝0.5(A)+0.5(惰性组分)=1当xA=1时，V＝1(P)+0.5(惰性组分)=1.51112A5.0115.1A24膨胀因子()法定义：原料A消耗1摩尔时，反应系统总物质量的变化反应：aA＋bBpP＋sS与进料中有无惰性物料无关0，表示反应后分子数增加0，表示反应后分子数减少＝0，表示反应前后分子数不变abaspA)()(25PFR进口总摩尔流率为：PFR某一位置上各组分摩尔流率为：00000SPBAtFFFFFAAAAAAxFFxFF000)1(AABBxFabFF00AAPPxFapFF00AASSxFasFF0026总摩尔流率为：等压过程：膨胀因子和膨胀率的关系为：SPBAtFFFFFAAAAAttxxyVVFF11000AAAy0)1(0000AAAtAAAttxyFxFFF27变分子数反应过程的反应器计算PFR基本方程式：AAAAAxxCC110AfAfxxnAAAAAARkCdxCrdxCvV00000)(变容过程nAAAAnAnAAAnAnAAxyxkCxxkCkCr)11()11()(000反应速率表达式28等温、变容理想管式反应器的设计式(法)反应级数反应速率式设计式零级k)r(AkxFVAAR0一级AAkC)r(])1ln()1([100AAAAAARxxkCFV二级2)(AAkCrAAAAAAAAAARxxxxkCFV1)1()1ln()1(2[12220029等温、变容理想管式反应器的设计式(法)反应级数反应速率式设计式一级反应AmpApAPkr)(])1ln()1([10000AAAAAAApARxyxyPykFV二级反应2Amp2)(ApAPkr]1)1()1ln()1(2[120202002200AAAAAAAAAAAAAPARxxyxyxyyPykFV二级反应A＋BmpBApAPPkr)(]x)yy(ln[yy)y()xxln(yy)y(xy[PykFVABABABAAABAAAAAAApAR000020002002220011111130作业习题4-1和4-5