《北学反应工程》款橐 苇3章理想反应罾 3.3连续操作的完全混合流反应器 实际上全混流反应器的有效容积只是分批反应器有效容积的 1/0.81=1.23倍。这一结果表明,分批式反应器的非生产性操作时间t0所占 的比例愈大,它的有效容积就愈接近于全混流反应器的有效容积,甚至会 出现(+10)/r>1.0的情况。以例3-3-1举例,如果 to7\1-xA 就会出现n>1的情况。 [板书]3.3-4全混流反应器的热衡算与热稳定性 [讲解] 大容量的全混流反应器通常很容易实现等温操作,在反应热效应不大 的场合反应器内可以不设置换热面:如果反应的热效应很大则可能需要设 置必要的换热面。但是否要设置换热面则需通过热量衡算来确定。另一方 面,根据全混流反应器的热衡算式还可以考察反应器操作的热稳定性,寻 求实现稳定的定常态操作点的条件 [板书]1.全混流反应器的热衡算方程(通常又称为操作方程式) [讲解] (1)非绝热条件 若忽略反应流体的密度和定压比热Cp随温度的变化,反应器在定常态 下操作时对反应器作热量衡算有 单位时间1单位时间虫单位时回]「单位时间由]「热量的 放热量 入的热量 出的热量传出的热量/[累积量 o 0 V(rAXAH )+voPCpTo-VopCP T-UA(T-Tm)=0 v(raXAH,)=vopCP (T-To)+UA(T-To) (3-3-13) (2)绝热条件 当反应器在没有设置换热面的绝热条件下操作,上式右端的第二项为 零,即 rAX-△H)= VoPC(T-T0) (3-3-14) 将式(3-3-13)或(3-3-14)与全混流反应器的设计方程式(3-3-1)联立求 解来确定反应器容积传热面积或有关反应温度、流体入口温度等操作参数 [举例] 例3-3-2现有一有效容积为075m3的搅拌釜反应器,其内设置有换热 面积为50m2的冷却盘管。欲利用该反应器来进行A→R的一级不可逆 的液相反应,其速率常数-1080531),反应热 (-△H)=2092lJ/mo-A,原料液中A的浓度CA0=0.2mo/L,但不含有反 应物R。此原料液的密度p=1050g/L;定压比热Cp=2.929Jg·°C)。要求原 油的进划油为y=3m3h后应山口的后应由C=004molL奴 作者:傅杨武重庆三峡学院化学工程系 第10页共18页《化学反应工程》教案 第 3 章 理想反应器 3.3 连续操作的完全混合流反应器 ［板 书］ ［讲 解］ ［板 书］ ［讲 解］ ［举 例］ 实际上全 混流反应 器的有效 容积只是 分批反应 器有效容 积 的 1/0.81=1.23 倍。这一结果表明，分批式反应器的非生产性操作时间 所占 的比例愈大，它的有效容积就愈接近于全混流反应器的有效容积，甚至会 出现 0t ( ) t + t0 τ > 1.0的情况。以例 3-3-1 举例，如果 t > τ − t 0 或 x x k x A A A 1 1 1 ln 1 0         − − − t > (3-3-12) 就会出现 η'>1 的情况。 3.3-4 全混流反应器的热衡算与热稳定性 大容量的全混流反应器通常很容易实现等温操作，在反应热效应不大 的场合反应器内可以不设置换热面；如果反应的热效应很大则可能需要设 置必要的换热面。但是否要设置换热面则需通过热量衡算来确定。另一方 面，根据全混流反应器的热衡算式还可以考察反应器操作的热稳定性，寻 求实现稳定的定常态操作点的条件。 １．全混流反应器的热衡算方程(通常又称为操作方程式) （1）非绝热条件 若忽略反应流体的密度和定压比热CP 随温度的变化，反应器在定常态 下操作时对反应器作热量衡算有：       =         −         −         +         累积量 热量的 传出的热量 通过换热面 单位时间内 出的热量 内流体带 单位时间 入的热量 反应流体带 单位时间内 放热量 内反应的 单位时间 V( ) -rA (− ∆H r ) v0ρCPT0 v0ρCPT UA(T −Tm ) ０ V( ) -rA (− ∆Hr )+ v0ρCPT0 − v0ρCPT −UA(T −Tm ) = 0 ( )( ) ( ) ( m ) V -rA − ∆Hr = v0ρCP T − T0 +UA T −T (3-3-13) （2）绝热条件 当反应器在没有设置换热面的绝热条件下操作，上式右端的第二项为 零，即 ( )( ) ( ) A v0ρCP T T0 V -r − ∆H r = − (3-3-14) 将式(3-3-13)或(3-3-14)与全混流反应器的设计方程式(3-3-1)联立求 解来确定反应器容积传热面积或有关反应温度、流体入口温度等操作参数。 例 3-3-2 现有一有效容积为 的搅拌釜反应器，其内设置有换热 面积为5 的冷却盘管。欲利用该反应器来进行 A 的—级不可逆 的液相 反 应，其 速 率常数 3 0.75m 2 .0m R →k ( 5525.9 −    − h T ) 9 1 10 exp   k = 1.0788× ， 反应热 ( ) −∆H = 20921J/mol − A ，原料液中 A 的浓度CA0 = 0.22mol / L ，但不含有反 应物 R。此原料液的密度ρ = 1050g/L ；定压比热 ( P C = 2.929 J g ⋅°C)。要求原 料液的进料速率为 反应器出口的反应液中 经 作者：傅杨武 重庆三峡学院化学工程系 第 10 页 共 18 页 v m h 3 = 3 C = 0 04 mol L