文档介绍：《化学反应工程》教案第 3 章理想反应器 反应器的型式与操作方法的评选
第三章理想反应器
反应器型式与操作方法的评选(1)
教学目标
1. 了解影响反应器经济性的因素,过程的经济性主要受两个因素影响:反应器的大小,
体积越小越好;产物的分布:选择性越高越好。
2. 了解操作条件选择的依据:温度影响、浓度影响、加料方式。
3. 撑握单一反应的反应器选型的依据、方法;最优温度的选定。
4. 撑握串联反应、平行反应等复合反应的选型依据(以目标产物收率为主要目标)、
方法;影响选择性的因素。
教学重点
1. 单一反应的反应器选型的依据、方法;最优温度的选定。
2. 撑握串联反应、平行反应等复合反应的选型依据(以目标产物收率为主要目标)、
方法;影响选择性的因素。
教学难点
1. 单一反应的反应器选型的依据、方法;最优温度的选定。
2. 撑握串联反应、平行反应等复合反应的选型依据(以目标产物收率为主要目标)、
方法;影响选择性的因素。
教学方法
讲授法
学时分配
2 学时
授课时间
200 年月日
教学过程
作者:傅杨武重庆三峡学院化学工程系
《化学反应工程》教案第 3 章理想反应器 反应器的型式与操作方法的评选
[复习旧课] ;
;
。
[引言] 化学反应工程研究的目的是实现工业反应过程的优化。而所谓工业反
应过程的优化,就是在一定的范围内,选择一组优惠的决策变量,使“系
统”对于确定的评价标准达到最佳状态。化学反应过程的优化包括设计优
化和操作优化:
设计优化基础
工业反应过程的优化
操作优化
1)设计优化:就是根据给定的生产能力,确定反应器的型式、结构
和适宜的尺寸及操作条件;
2)操作优化:就是指反应器的操作,必须根据各种因素的变化对操
作条件做出相应的调整,使反应器处于最优条件下运转,以达到优化的目
标。
设计优化是工业反应过程优化的基础。
优化目标是过程优劣的评价标准(一般表达为决策变量的函数关系,
构成目标函数),而工业反应过程的经济收益是评价生产过程最主要的优化
目标。在建立工业反应过程优化目标和定量关系,即优化目标函数时,要
把过程的经济目标和技术目标联系起来,再进行过程的优化计算以确定最
优的反应设备和操作条件。
工业反应过程的技术目标:
①反应速率:涉及反应器的尺寸,亦即设备的设资费用;
②反应选择性(选择率):涉及生产过程的原料消耗费用;
③能量消耗:生产过程操作费用的重要组成部份。
由于能量消耗是从整个车间基至整个工厂作为一个系统而加以考虑
的,所以下面以反应速率和选择性两个目标加以讨论。
[引入新课] (1)单一反应
不存在选择性问题,唯一目标是反应速率。为了获得最大反应速率,
要求一定的温度、浓度及基最优温度在过程的规定值上。而反应速率涉及
设备尺寸(亦即设备投资费用),故对简单反应,本节将对反应器选型和最
优温度的优化进行讨论。
A、反应器的选型; B、最优温度。
(2)复杂反应
对于复杂反应过程,则选择率是优化的主要目标。选择性决定了产品
中原料的消耗程度。根据现代工业发展统计表明,原料的消耗费用在产品
作者:傅杨武重庆三峡学院化学工程系
《化学反应工程》教案第 3 章理想反应器 反应器的型式与操作方法的评选
成本中占有极大比重,可达到 70%以上,而反应器设备和催化剂一般在产
品成本中仅占很少份额,约占 2%~5%。因此,对复杂反应过程选择率将
比反应速率重要得多,选择性是主要择术目标。
A、选择性。
[板书] -1 反应的评选
[讲解] 由于单一反应不存在副反应,故不存在产品分布问题。所以,在反应
器选型时只需考虑如何有利于反应速率的提高。对于单一反应,反应速率
与反应物浓度的关系可能有下述三种性状:
(1) 1 (−r )和 x 呈单调上升,如图 3-6-1 所示,对于 n > 0 的不可逆
A A
等温反应均有图示的特征。
C
τ/ A0
τ2 τ3
τ/CA0 τ1
CA0 C