文档介绍：第4章变温过程均相反应器
反应温度的选择:
(1)温度↑放热量(吸热量)↑,有利于可逆反应向吸热反应方向移动平衡点;
(2)复杂反应:温度↑有利于活化能高的反应;
(3)考虑反应器材料的承受能力
高温:特种合金钢
低温:抗冷脆的材料
反应器跟外界的传热方式
(1)绝热式:与外界没有热交换,反应器外包裹性能良好的绝缘层,放出的热量全部用于升高体系的温度或反应所需的热量全由反应物料带入。
用途:适用于热效应不大的反应
特点:结构简单、反应器空间利用率高,常常优先考虑(例如:铂重整、乙苯脱氢、SO2氧化等)
(2)换热式反应器:大多数化学反应伴有可观的反应热效应,需要输出或输入热量以使反应温度控制在一定的范围内,这一类反应器按传热方式又可以分成很多类型:
夹套反应釜
盘管式
外加热
列管式
套管式
管式裂解炉
特点:适用性强、应用比较普遍。
(3)自热式反应器:是用反应放出的能量来加热反应原料,达到热量自给平衡的一类反应器,从整个反应器来看,是一个绝热式反应器;但在反应器内部又存在着热量交换。
特点:设备紧凑、热量利用率高、容易密封所以可以耐受高压、造价高、操作弹性小
例如:合成氨反应器压力400-1000个大气压
非等温反应器的设计通常须求解联立的能量守恒和质量守恒方程;得到温度分布T(L)与转化率分布X(L);而对于绝热式的流动反应器,
可单独由能量方程求解得到T-X关系,如图所示,放热反应随着出口转化率的增加出口料液温度上升(热量积累型),而吸热反应则相反(热量消耗型),这样再由T-x关系,转而解出T-l,x-l,及(-rA)-l的关系。这就是变温操作反应器计算的基本思路。
热量衡算方程
在变温操作中,仅仅用物料衡算式已不能决定反应的状态,这时还必须使用热量衡算式。另一方面,即便是等温反应器,其反应温度也要由热量衡算式来确定。所以,过于反应器的设计和分析,热量衡算式是必不可少的。以下为热量衡算通式:
设计非等温反应器需要:
VR/FA0=f1(xA,(-rA)) ------物料衡算
(-rA)=f2(xA,T) --------------动力学方程
T=f3(xA) ------------------热量衡算
1) 基础设计式
设有一液相反应A→P在反应过程中温度变化,其动力学方程为:
作全釜的物料衡算
(1)
作全釜热量衡算:其热量衡算可依式(-1)写出, 对BR,取单元时间△t=dt,单元体积△V=VR,式(-1)中的Ⅰ项=Ⅱ项=0。 BR的热量衡算式为:
A-单位反应相体积具有的传热表面积m2/m3
CV-定容比热容,KJ/(kg K)
ρ-反应混合物密度,kg/m3
U-总传热系数,KJ/(m2 h K)
Tm-传热介质温度,K。
△HA-组分A的反应热 KJ/kmolA
(2)