多釜串联反应器

五、多釜串联理想混合反应器1.代数法10RiAiAiAiVCCvr（2-59）011221(1)(1)(1)(1)ANAiiNNCCkkkk当n=1时：111AiAiiiCCk上一节课的内容)()1(010RiiiNiAANVkCC　　　11(1)ANixkrArA～CACA3CA2CA1CA0CA图2-16多釜串联全混流反应器图解计算1/rA面积=τCA3CA2CA1CA0CA图2-17多釜串联全混流反应器空时2.图解计算法10RiAiAiAiVCCvr上一节课的内容1111()()AiAiAiAiAiiirCCCC最大矩形法上一节课的内容最大矩形法上一节课的内容※结论※P36总反应体积最小的条件：反应物沿流动方向，各釜的体积依次增大，即小釜在前，大釜在后。n1时:各釜反应体积依次减小。0n1时:n=1时:各釜体积相等。n=0时:串联釜式反应器的总反应体积与单一釜式反应器的反应体积相等，串联操作无必要。单釜操作优于串联操作。n0时:上一节课的内容多级反应器的串联0V12in2RVRiVRnV0Ax1RV0AC1Ax2Ax1,iAxiAx,1,NAxANx……iAiAxxAAAiRirdxCVV,1,00,)...(...,1,2110021NANAAAAAxxAAxxAAxxAAAnrdxrdxrdxCNAAxxAAArdxC,00与单一平推流反应器相同2、平推流反应器串联v上一节课的内容6.1单一反应1）反应器的选型Ⅰ)Ar1随Ax单调递增此时所需的反应容积：（对于n0的不可逆等温反应均有此特征）单釜全混流多釜串联全混流间歇反应器平推流反应器6、反应器的型式和操作方法的评比与选择上一节课的内容xAAr1xAAr1xAAr10AC0AC01AC02AC03AC平推流反应器全混流反应器多釜串联全混流单釜全混流多釜串联全混流间歇反应器平推流反应器上一节课的内容容积效率：指同一反应，在相同的温度、产量和转化率条件下，平推流反应器与理想反应器所需的总体积比，即ppmmVV容积效率不仅与反应器类型有关，还与反应级数有关对于零级反应对于一级反应对于二级反应1ln1111AAAxpxmxpAmx3）从容积效率讨论反应器的选型上一节课的内容Ⅰ）对于单一反应组分的平行反应，如：APs或:APRs对比速率P与Ac之间可能有三种变化形状：a)随的增大而单调地增大反应器内的返混作用将是不利的平推流反应器多釜串联单釜全混流反应器PAc6.21平行反应12()12nnRASrkCrk2-72上一节课的内容Ⅱ）两组分参加的平行反应A+BPs1111bBaAPcckr222bBaAScckr两产物速率之比为：SPPrrS212121bbBaaAcckk可见，为提高产物P的收率，应使PS增大上一节课的内容间歇操作操作选择上一节课的内容连续流动操作操作选择上一节课的内容SPAkk21一级不可逆串联反应P17,18122210maxkkkAPkkCC相应的反应时间Topt为：1212lnkkkktopt——平推流、间歇釜式反应器上一节课的内容6.22连串反应全混流时，产物最大浓度和相应于最大浓度下的空时25.0120max1kkCCAP211kkopt对于一级不可逆串联反应，平推流反应器对产物P来说总是优于全混流反应器。原因？上一节课的内容(2)B慢慢地加入A中(1)A慢慢地加入B中(3)A与B迅速混合6.23连串–平行反应上一节课的内容结论a、对于单一反应，除零级反应，为达到相同转化率下的生产能力，平推反应器所需的反应器体积比理想混合反应器小。n0b、复杂反应中，对于平行反应，主要控制反应器内物料的浓度，高浓度有利于反应级数高的反应；连串反应，应控制反应器内物料的平均停留时间；连串-平行反应可采用不同的加料方式来控制产物的分布。c、温度对复杂反应的产物分布也有重大影响。平行反应，升温有利于活化能高的反应；对于连串反应，若生产目的产物反应的活化能高于其他副反应，宜采用高温，反之亦然。上一节课的内容第四节理想混合反应器的热稳定性热稳定性概念*热平衡与热稳定：对连续流动反应器，若物料流量、组成和温度；冷却（或加热）介质的温度等参数不变，则反应器的操作状态不变，处于定态，反应器达到热平衡。当出现某种干扰时，反应会偏离原有定态。干扰消除后，会出现两种情况：一种是有自衡能力，能自行恢复到原有状态，则具有稳定性；一种是无自衡能力，不能自行恢复到原有状态，使反应器不能正常运转，温度失控，甚至发生冲料，爆炸等危险，谓之不稳定性。1、热稳定性原理v0CpT0vCpTVkCA（-△H）KA(T-Tm)00()()()APmVkCHvCTTKATT00/001ArERTvCHQveVA反应放热速率Qr与反应温度呈非线性关系Qc与反应温度呈线性关系00000cpwppwQvCTTKATTvCKATvCTKAT反应除热速率Qr,QcQrTQcQc’Qc’’deabc在哪点操作？反应器具有稳定性必需满足两个条件：rcQQ稳态条件：稳定条件：crdQdQdTdT2、影响热稳定性的因素1、改变v0和AQr,QcQrTQcQc’deabc00/001ArERTvCHQveVA00000cpwppwQvCTTKATTvCKATvCTKAT？Qc,QrTQrQc2、改变T0、TwT0”T0T0’00000cpwppwQvCTTKATTvCKATvCTKAT起燃点熄火点3、T与Tw间的最大温差002020EErRTRTrAAccwEcrRTAERTrcwAdQEQVAeCHVAeCHdTRTdQQKATTKAdTdQdQEKAVAeCHdTdTRTQQKATTVAeCH两式相除，则2wRTTTTE热稳定又一条件：活化能越大，容许的冷却推动力越小。习题2:在反应体积为1m3的釜式反应器中，环氧丙烷的甲醇溶液与水反应生产1,2-丙二醇：该反应对环氧丙烷为一级，反应温度下反应速率常数等于0.98h-1，原料液中环氧丙烷的浓度为2.1kmol/m3,环氧丙烷的最终转化率为90%。（1）若采用间歇操作，辅助时间为0.65h,则1,2-丙二醇的日产量是多少？（2）有人建议改在定态下连续操作，其余条件不变，则1,2-丙二醇的日产量又是多少？23223HCOCHCHHOHCOHCHOHCH解：（1）一级不可逆反应：丙二醇的浓度=丙二醇的产量=3101,,0.98,2.1/,0.9rAAAAVmrkCkhCkmollX0001111lnln2.3510.9810.9()(2.350.65)1AfrthkXVQttQR0000()(235065)=113Vvttv..v/302.10.91.89/AACXkmolm1.891/30.63/15.15/日kmolhkmol(2-8式)00R009=109810910109AfAfvxv.V..kxv.丙二醇的产量=0.1091.890.2058/4.939/日kmolhkmol(2)采用定态下连续操作RAf0Af(1)Vxvkx