页数：30页文件大小：2.35 MB来源： 化学反应工程ppt课件
本课件讲透变温平推流反应器与反应器组合。由物料衡算与热量衡算联立求解浓度与温度分布，引入绝热温升概念，比较多级平推流与多级全混流串联的体积计算与优化，并系统分析平行反应与连串反应的选择率与操作方式。
工业实际中，没有一个反应器是绝对等温的。变温平推流反应器需将物料衡算式与热量衡算式联立求解，得到浓度分布与温度分布。
与等温平推流相比，变温情形需同时跟踪浓度与温度沿管长的变化，两者相互耦合，计算时必须联立求解。
热量衡算式涉及物料温度变化、传给环境的热量与反应热三项。
绝热温升是重要的工程概念：绝热条件下，由热量衡算式可导出温度与转化率之间的线性关系，其斜率即为绝热温升。
推导中所引式（3-19）～（3-21）及具体算式以原课件图片为准。
多级平推流反应器的串联：多段平推流反应器串联时，总反应效果与单一平推流反应器相同。
图中 1、2…n 级串联结构以原课件图片为准。
思考题：请考虑要使并列的两路得到相同的转化率，则两路的流量比是多少？
提示：两路达到相同转化率要求停留时间相同，因此流量比由两路的反应体积之比确定。
原题附图中两路的结构参数以原课件图片为准。
多级全混流反应器的串联：将若干全混流反应器串联，可减小返混的不利影响，使总体效果介于单个全混流与平推流之间。
串联结构以原课件图片为准。
稳态、定容多级全混流反应器串联的计算：对一级反应、m 级反应器串联，可由各级物料衡算式逐级递推，得到最终出口浓度与总转化率。
递推公式以原课件图片为准。
当各级反应器体积相同时，可进一步简化，得到出口转化率与单级体积的关系，进而求出反应总体积。该情形下每一级的停留时间相同，出口转化率可按等比关系逐级递推，计算大为简化。
算式以原课件图片为准。
多级全混流反应器串联——图解：各级反应体积不同时，可用图解方式逐级确定各级出口转化率，直至达到规定的总转化率。
图示以原课件图片为准。
多级全混流反应器串联的优化：优化目标为总反应体积最小。对一级不可逆反应，各级出口转化率应满足一定的最优分配条件（i=1,2,…,m−1）。
优化条件的具体算式以原课件图片为准。
理想流动反应器的组合与反应体积比较：反应器体积相同、进行一级不可逆反应时，不同组合方式（a）、（b）所得转化率不同。
组合结构以原课件图片为准。
本页给出（c）（d）（e）（g）（f）等多种理想流动反应器的组合形式，用于比较其反应效果。不同组合的返混程度介于平推流与全混流之间，可按串联、并联与旁路等基本方式组合分析。
组合结构以原课件图片为准。
理想流动反应器的组合在工业生产中的应用：可用理想反应器的组合来模拟某个真实反应器的行为，在缺乏详细流动模型时据此估算转化率与选择性。
相同的反应、相同进料流量和浓度、相同温度和最终反应率下，比较一个全混流反应器与一个平推流反应器所需的体积。
比较结论与图示以原课件图片为准。
多个全混流反应器串联与一个平推流反应器的比较：分别讨论一级不可逆反应与二级不可逆反应两种情形。
比较结论以原课件图片为准。
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率
一、平行反应——一个反应物 A→L（主反应）、A→M（副反应）
工程措施：平推流反应器采用低的单程转化率；全混流反应器可加入稀释剂，或采用反应后物料循环。
两个反应物 A+B→L（主反应）、A+B→M（副反应），间歇操作时的浓度选择原则：
连续流动操作时的浓度选择原则与间歇操作一致：
二、连串反应（一级反应）：反应物 A 先生成中间产物 L，L 再继续反应生成最终产物 M。
通常以中间产物 L 为目的产物、M 为副产物，讨论的重点是如何获得 L 的最高收率。
动力学方程与初始条件以原课件图片为准。
一级连串反应各组分浓度随时间的变化规律：
因此 L 存在一个最优反应时间：超过该时间后 L 继续转化为 M，其收率反而下降，这是连串反应操作控制的关键。
本页以辐射照射为类比说明流动类型对反应结果的影响：(a) 对反应液整体均匀照射；(b) 对小部分反应液照射。两者辐射能量相同，但反应结果不同。
以 L 为主产物时的操作原则：
3. 流动类型的影响：对于不可逆的连串反应且以反应的中间物为目的产物时，返混总是对选择性不利。
图中左右对比示意以原课件图片为准。
连串反应的最佳反应时间与最大收率（间歇反应器或平推流反应器）：由 CL 对时间求极值可得最佳反应时间、最大出口浓度与最大收率。
带（*）的公式以原课件图片为准。
一级不可逆连串反应，不论采用哪一种反应器，主产物最大收率与反应物初浓度无关，只与 k2/k1 的比值有关。
全混流反应器中同样可求出最佳反应时间、最大出口浓度与最大收率。
（a）平推流 （b）全混流比较结论：
本章要点：
反应机理：1) A+( )=(A)；2) (A)=(B)+S；3) (B)=B+( )。
1 为控制步骤时：S 不被吸附，分母中没有 S 的吸附项。
完整方程以原课件图片为准。
内扩散有效因子的定义式：等温催化剂单位时间内颗粒中的实际反应量，与按外表面反应组分浓度及颗粒内表面积计算的反应速率之比。
公式以原课件图片为准。
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