典型操作单元的控制 反应器的控制 戴连奎 浙江大学智能系统与决策研究所 浙江大学信息学院控制系 2000/12/15
典型操作单元的控制 反应器的控制 戴连奎 浙江大学智能系统与决策研究所 浙江大学信息学院控制系 2000/12/15
内容 0引言 反应速度与反应平衡 反应器数学模型 0反应器的基本控制方案 典型反应器的控制方案
内 容 引 言 反应速度与反应平衡 反应器数学模型 反应器的基本控制方案 典型反应器的控制方案
化学反应过程种类 操作方式(是否连续进料与连续出料): 连续与间歇; n热交换形式(是否与外界存在热量交换): 绝热与非绝热; 0反应物生成物的形态: 均相与非均相(如气、固流化床); 物料是否循环: 单程反应与循环反应;
化学反应过程种类 操作方式（是否连续进料与连续出料）： 连续与间歇； 热交换形式（是否与外界存在热量交换）： 绝热与非绝热； 反应物/生成物的形态： 均相与非均相（如气、固流化床）； 物料是否循环： 单程反应与循环反应；
反应过程物流方式 进反后处理人产品 其它物料 加热或冷却 (a)单程型 进料 反应器 后处理工序 溶剂或其它 未反应物料 加热或冷却 b)循环型
反应过程物流方式 反应器 后处理工序 进料 产品 其它物料 加热或冷却 ( a )单程型 反应器 后处理工序 进料 产品 溶剂或其它 加热或冷却 + + 未反应物料 ( b )循环型
反应器种类 反应 油气 固相经提升或再 再生器 升 管反应器 进料油 体 待生催化剂
反应器种类 再 生 器 提 升 管 反 应 器 沉 降 器 待生催化剂 再生催化剂 空气 烟气 进料油 反应 油气 气体 固 相 经 提 升 或 再 生
化学反应速度 考虑化学反应:aA+bB→l+mM+Q 定义:单位时间内单位反应体积中某一反应物或生成物 摩尔数的变化量。对反应物A,其反应速度为 I dna ko dn 对生成物M,其反应速度为r dEMo 相互关系: 几
化学反应速度 aA+ bB → lL + mM +Q 定义：单位时间内单位反应体积中某一反应物或生成物 摩尔数的变化量。对反应物A，其反应速度为 0 1 = = dt dC dt d n V r A A A 0 1 = = dt dC dt d n V r M M 对生成物M，其反应速度为 M 考虑化学反应： r m r l r b r a rA B L M 相互关系： − = − = = =
影响反应速度的因素 对于单向反应,反应速度通常可表示为 r=kCacB 其中CACB为反应物A、B的摩尔浓度;∝、β为反应物 A、B的反应级数,a+B为反应级数;k为反应速度常数, 通常为温度的函数, E k=ko expl RT T个,C4个,C个→r个
影响反应速度的因素 对于单向反应，反应速度通常可表示为 CA CB r = k 其中CA、CB为反应物A、B的摩尔浓度；α、β为反应物 A、B的反应级数，α+β为反应级数；k为反应速度常数， 通常为温度的函数， = − RT E k k0 exp T , CA , CA r
化学反应平衡 对于可逆反应:a4+bB台L+mM+Q 总的反应速度为ra=kC4CB2-k2CACB 0时,反应达到平衡(反应物与生成物的浓 度均不变)。而化学平衡常数为 K K C Bucks M k. cuic K与反应温度有关:若正向反应为吸热反应,则反应 温度T↑→K;反之,则T↑→K↑;
化学反应平衡 aA+ bB lL + mM + Q 总的反应速度为 当 r总 = 0 时，反应达到平衡（反应物与生成物的浓 度均不变）。而化学平衡常数为 对于可逆反应： 1 2 1 2 1 2 A B CL CM r 总 = k C C − k 1 2 1 2 2 1 A B L M C C C C k k K = = K与反应温度有关：若正向反应为吸热反应，则反应 温度T↑→ K↑；反之，则T↑→ K↑；
反应转化率、产率与收率 对于可逆反应 A+B分C+…(主反应) A+B台C+…(副反应) 转化率 参加反应的A的摩尔数 100% 进入反应器的A的摩尔数 产率=转化为产品C的A的摩尔数*0%0 参加反应的A的摩尔数 收率=转化为产品C的的摩尔数*10% 进入反应器的A的摩尔数
反应转化率、产率与收率 ( ) ( ) ' 副反应 主反应 + + + + A B C A B C 对于可逆反应： *100% 进入反应器的 的摩尔数 参加反应的 的摩尔数 转化率 A A = *100% 参加反应的 的摩尔数 转化为产品 的 的摩尔数 产率 A C A = *100% 进入反应器的 的摩尔数 转化为产品 的 的摩尔数 收率 A C A =
操作条件对化学反应的影响 浓度。提高反应物的浓度、降低生成物的浓度,可提 高总的反应速度与转化率; 反应压力。对于有气体参加的可逆反应,增加总压 力,化学平衡向摩尔数减少的反应方向移动; 反应温度。温度升高,正反向反应速度均提高。在 平衡条件下,对吸热反应有利。 催化剂。催化剂不影响化学平衡,但加快反应速度 例子:氨的合成反应与变换反应 3H2+N2分2NH3+Q,H20+CO分CO2+12
操作条件对化学反应的影响 浓度。提高反应物的浓度、降低生成物的浓度，可提 高总的反应速度与转化率； 反应压力。对于有气体参加的可逆反应，增加总压 力，化学平衡向摩尔数减少的反应方向移动； 反应温度。温度升高，正反向反应速度均提高。在 平衡条件下，对吸热反应有利。 催化剂。催化剂不影响化学平衡，但加快反应速度。 例子：氨的合成反应与变换反应 3H2 + N2 2NH3 +Q H2 0+CO CO2 + H2