文档介绍：间歇釜式反应器
反应器计算和基本方程式
间歇釜体积和数量的计算
间歇釜式反应器(BR)
间歇操作的釜式反应器,所有反应物均在操作前一次加入,随着反应的进行,釜内温度、浓度和反应速度都随时间变化,一直进行至达到预定的转化率出料为止。
间歇反应器是分批操作,其操作时间由两部分组成,由反应时间τ和辅助时间τ‘(即装料、缷料、检查及清洗设备等所需时间)组成。
釜内各点物料的浓度、温度、反应速度相同,随时间而变,生产周期存在反应时间(生产时间)τ和非生产时间τ‘。
其结构简单、操作方便、灵活性大、应用广泛。但是设备生产效率低、不易保持每批质量稳定、高转化率下体积较大。一般用于液—液相、气—液相等系统,如染料、医药、农药等小批量多品种的行业。
反应器计算的内容和基本方程式
反应器计算的基本内容
选择合适的反应器型式
根据反应系统动力学特性,如反应过程的浓度效应、温度效
应及反应的热效应,结合反应器的流动特征和传递特性,如反应
器的返混程度,选择合适的反应器,以满足反应过程的需要,使
反应结果最优。
确定最佳操作条件
操作条件,如反应器的进口物料配比、流量、温度、压力和最终转化率等,直接影响反应器的反应结果,也影响反应器的生产能力。对正在运行的装置,因原料组成的改变,工艺参数调整是常有的事。现代化大型化工厂工艺参数的调整,是通过计算机集散控制完成的。计算机收到参数变化的信息,并根据已输入的数学模型和程序,计算出结果,送给相应的执行机构,完成参数的调整。
计算完成生产任务所需的反应器体积
反应器体积的确定是反应器计算的核心内容。根据所确定的操作条件,针对所选定的反应器型式,计算完成规定生产能力所需的反应器有效体积,同时由此确定反应器的结构和尺寸。
反应器计算的基本方程
反应器计算可以采用经验法和数学模型法。经验计算法是根据已有的装置生产定额,进行相同生产条件、相同结构生产装置的工艺计算。经验计算法的局限性很大,只能在相近条件下进行反应器体积的估算。
如果改变反应过程的条件或改变反应器结构,以改进反应器的设计,或者进一步确定反应器的最优结构、操作条件,经验计算法是不适用的,这时应该用数学模型法计算。根据小型实验建立的数学模型(一般需经中试验证),结合一定的求解条件——边界条件和初始条件,预计大型设备的行为,实现工程计算。
数学模型法计算的基础是描述化学过程本质的动力学模型以及反映传递过程特性的传递模型。基本方法是以实验事实为基础,建立上述模型,并建立相应的求解边界条件,然后求解。
反应器计算的基本方程包括
描述浓度变化的物料衡算式;
描述温度变化的能量衡算式;
描述压力变化的动量衡算式;
描述反应速率变化的动力学方程式。
物料衡算式
依据:质量守衡定律。
基准: 取温度、浓度等参数保持不变的单元体积和单元时间作为空间基准和时间基准。
衡算式:对任一组分A在单元时间Δτ、单元体积ΔV内:
[A的积累量]=[A的进入量]-[A的离开量]-[A的反应量]
目的:给出反应物浓度或转化率随反应器内位置或时间变化的函数关系。
热量衡算式
(1)依据: 能量守衡定律。
(2)基准: 取温度、浓度等参数保持不变的单元体积和单元时间作为空间基准和时间基准。
(3)衡算式
在单元时间Δτ、单元体积ΔV内(以放热反应为例):
[积累的热量]=[原料带入的热量]+[反应产生的热量]-[出料带走的热量]-[传给环境或热载体的热量]
(4)目的:给出温度随反应器内位置或时间变化的函数关系。