您所在位置： &
 &  & 
第五组_反应器计算与操作优化.ppt25页
本文档一共被下载：
次 ,您可全文免费在线阅读后下载本文档。
文档加载中...广告还剩秒
需要金币：120 &&
第五组_反应器计算与操作优化.ppt
你可能关注的文档：
??????????
??????????
τC：空时，为反应器有效体积与物料初始进料的体积流量的比值，h τ：停留时间，为反应器有效体积与反应器内物料的体积流量的比值。 SV：空速，对于均相反应，空速是空时的倒数，h-1 注意：由于反应过程物料的密度可能发生变化，体积流量也将随之变化，只有在恒容过程，称为物料在反应器中的停留时间才是准确的。即 τC
τ 求解方法 解析法 恒温恒容不可逆PFR的计算 零级反应： 一级反应： 二级反应： 就反应过程而言，PFR和BR两种反应器具有相同的效率。因BR是间歇过程，存在非生产时间，其生产能力低于PFR。
图解法：与BR相同 当（-rA）不能用解析式表达或表达式较复杂时
* * 返回 武汉理工大学化工原理电子课件 * * 返回 武汉理工大学化工原理电子课件 化学设备过程与设备 ——反应器计算与操作优化 第五组 林长耀 王军 曹润虎 邵丹 徐建 黄逸 目录 一、反应器流动模型的介绍 二、反应动力学基础 三、均相反应速率及反应动力学 四、反应器计算的基本内容和基本方程 五、间歇操作釜式反应器体积和数量的计算 六、间歇操作釜式反应器的动力学计算法 反应器流动模型 理想流动模型 理想置换 流动模型 非理想流动 理想混合 流动模型 （没有返混） （返混达到极 限状态）
（存在不同程度混合）
一、反应器流动模型的介绍 1.理想置换流动模型 含义：理想置换流动模型也称作平推流模型或活塞流模型。与流动方向
相垂直的同一截面上所有的物料质点的年龄相同，各点流速、流向、浓度、温度完全相同，即物料是齐头并肩向前运动的，所有物料质点在反应器中都具有相同的停留时间。 长径比较大和流速较高的连续操作管式反应器中的流体流动可视为理想置换流动。 （没有返混） 2
正在加载中，请稍后...连续流动反应器中的返混测定
实验四& 连续流动反应器中的返混测定
本实验通过单釜与三釜反应器中停留时间分布的测定，将数据计算结果用多釜串联模型来定量表示返混程度，从而认识限制返混的措施。
一、实验目的
1．了解全混釜和多釜串联反应器的返混特性。
&2．掌握停留时间分布的测定方法。
&3．了解停留时间分布与多釜串联模型的关系。
&4．了解模型参数的物理意义及计算方法。
二、实验原理
返混是一个重要的化学工程概念。
在连续流动釜式反应器中，激烈的搅拌使反应器内物料发生混合，反应器出口处的物料会返回流动与进口物料混合，这种空间上的反向流动就是返混，通常称为狭义上的返混。
在连续流动的反应器内，不同停留时间的物料之间的混和称为返混。限制返混的措施是分割，有横向分割和纵向分割。当一个釜式反应器被分成多个反应器后，返混程度就会降低。
２．停留时间
停留时间通常是指从流体进入反应器时开始，到其离开反应器为止的这一段时间。
在连续流动反应器中进行化学反应时，反应进行的程度除了与反应系统本身的性质有关以外，还与反应物料在反应器内停留时间长短有密切关系。停留时间越长，则反应越完全。
在连续流动反应器中，由于反应物料的返混以及在反应器中出现的层流、死角、短路等现象，使得反应物料在反应器中的停留时间有长有短，显然对流动反应器而言，停留时间不象间歇反应器那样是同一个值，而是存在着一个停留时间分布，即形成停留时间分布，它影响着反应的进程和最终结果，所以测定物料的停留时间分布是描述物料在反应器中的流动特性和反应器设计计算的内容之一。
３．停留时间分布的测定方法
在连续流动的反应器内，返混程度的大小，一般很难直接测定，通常是利用物料停留时间分布的测定来研究。然而测定不同状态的反应器内停留时间分布时，我们可以发现，相同的停留时间分布可以有不同的返混情况，即返混与停留时间分布不存在一一对应的关系，因此不能用停留时间分布的实验测定数据直接表示返混程度，而要借助于反应器数学模型来间接表达。
停留时间分布的测定不仅广泛应用于化学反应工程及化工分离过程，而且应用于涉及流动过程的其它领域。它也是反应器设计和实际操作所必不可少的理论依据。
停留时间分布测定所采用的方法主要是示踪响应法。它的基本思路是：当系统达到稳定后，在反应器入口以一定的方式加入示踪剂，然后通过测量反应器出口处示踪剂浓度的变化，间接地描述反应器内流体的停留时间。常用的示踪剂加入方式有脉冲输入、阶跃输入和周期输入等。本实验选用的是脉冲输入法。
脉冲输入法是在极短的时间内，将示踪剂从系统的入口处注入注流体，在不影响主流体原有流动特性的情况下随之进入反应器。与此同时，在反应器出口检测示踪剂浓度c(t)随时间的变化。整个过程可以用图1形象地描述。
图4-1& 脉冲法测得停留时间分布
物料在反应器中的停留时间完全是一个随机过程，须用概率分布方法来定量描述。
概率分布密度函数ｆ(t)就是系统的停留时间分布密度函数。因此，ｆ(t)dt就代表了流体粒子在反应器内停留时间介于t到t+dt之间的概率。
由停留时间分布密度函数的物理含义，可知
　　　　　
所以&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&（3-1）
由此可见跟示踪剂浓度成正比。因此，本实验中用水作为连续流动的物料，以饱和KNO3作示踪剂，在反应器出口处检测溶液电导值。在一定范围内，KNO3浓度与电导值成正比，则可用电导值来表达物料的停留时间变化关系，即，这里，为t时刻的电导值，为无示踪剂时的电导值。
停留时间分布密度函数在概率论中有二个特征值，平均停留时间（数学期望）和方差。
的表达式为：　　　　　　　　&&&&&&&&&&&&&&&
采用离散形式表达，并取相同时间间隔，则：
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&（3-3）
的表达式为：
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&（3-4）
也用采用离散形式表达，并取相同时间间隔，则：
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&（3-5）
若用无因次对比时间来表示，即&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
无因次方差&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
4．返混程度的评价
在测定了一个系统的停留时间分布后，如何来评价其返混程度，则需要用反应器模型来描述，这里我们采用的是多釜串联模型。
所谓多釜串联模型是将一个实际反应器中的返混情况作为与若干个全混釜串联时的返混程度等效。这里若干个全混釜个数N是虚拟值，并不代表反应器个数，N称为模型参数。多釜串联模型假定每个反应器为全混釜，反应器之间无返混，每个全混釜体积相同，则可以推导得到多个釜串联反应器的停留时间分布函数关系，并得到无因次方差与模型参数存在关系为
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&（3-8）
当, &&,&&& 为全混釜特征；
当，， 为平推流特征；
这里是模型参数，是个虚拟釜数，并不限于整数。
三、实验装置、仪器及试剂
1．实验装置
连续流动反应器中的返混测定装置（华东理工）：实验装置由单釜和三釜串联二个系统组成，实验用脉冲示踪法接受响应信号，通过在进口注入KNO3饱和溶液，由电导率仪显示出口的电导值（毫伏数），通过计算机在线采集，在屏幕上显示停留时间分布密度函数曲线。
图4-2& 连续流动反应器返混实验装置图
1–全混釜（3L）；2、3、4–全混釜（1L）； 5–转子流量计；
6–电机；7–电导率仪；8–电导电极；9–计算机；10–计算机
四、实验步骤
１．准备工作
（１）配制饱和KNO3溶液，然后注入仪器顶上的饱和KNO3溶液专用瓶。
（２）连接好入水管线，打开自来水阀门，使管路充满水。并把水箱注满水。
（３）电导率仪的校正：
接通电导率仪的电源，设备上的电导率仪有数字显示，按电导率仪使用说明书分别调节“调零”、调温度和电极常数等，进行电导率仪的校正。
首先校正釜1的电导率仪，再将仪表上的温度设定在室温，切换到测量状态下，此时校正灯灭，调节调零按钮，使得显示的数字为0，然后切换到校正状态，此时校正灯亮，调节电导常数按钮，使得显示的数字与釜1的电极的电导常数保持一致。最后把仪表状态切换到测量状态下，即完成电导率仪的校正。其他的电导率仪的校正操作一样。
（１）打开总电源，红色指示灯亮。接通电磁阀和水泵的电源，开启入水阀门，向水槽内注水，启动水泵，慢慢打开进水转子流量计的阀门(注意!初次通水必须排净管路中的所有气泡，特别是死角处)。调节三釜的进水流量计，流量在25L/h，直至各釜充满水，并能正常地从最后一级流出，并使每个釜均保持流量稳定。
（２）分别开启釜1、釜2、釜3、釜4搅拌马达开关，调节马达转速的旋钮，使四釜搅拌程度在300RPM左右。
（３）系统稳定一段时间后，打开电脑，点击桌面上的“多釜串联实验装置”图标，进入操作界面，按下“趋势图”按钮，调节“实验周期”、“阀开时间”，使显示值为实验所需值(推荐实验周期25-30分钟，阀开时间1-5秒)，点击“开始”按钮，软件自动记录数据，与此同时，开启电磁阀开关，注入示踪剂。
（４）待测试结束，三条记录曲线重叠在一起时，点击“结束”按钮后，点击“保存数据”按钮保存数据文件
（１）实验结束后，应将调速仪转速降为零并关闭水泵。
（２）将示踪剂进样系统切换到水瓶，设定阀开时间为20秒，进行清洗，反复三四次。
（３）依次关闭电磁阀、电导率仪、总电源开关，打开釜底排水阀，将水排空。退出实验程序，关闭计算机，结束实验。
五、实验数据记录与处理
1．实验原始数据记录
表4-1& 原始数据记录
1L（t）（mv）
2L（t）（mv）
3L（t）（mv）
L0（1）=&&&&&&&&&&&&
L0（2）=&&&&&&&&
&&&&&L0（3）=
2．实验数据处理
按照实验原理中的表达式进行计算，主要参数是：、、、。用得到的原始数据做电导值对时间的曲线图。
注意要点：
1．每次实验都要进行电导率仪的校正。
2．转速调节时须缓慢进行，太快会引起搅拌浆飞车，产生大量气泡，不利于实验操作。
3．调节流量稳定后方可注入示踪剂，整个操作过程中注意控制流量。
4．实验数据用手工计算时，不能简单约去，应按为不是等值的方法计算。文档分类：
下载后只包含 1 个 PDF 格式的文档，没有任何的图纸或源代码，
下载前请先预览，预览内容跟原文是一样的，在线预览图片经过高度压缩，下载原文更清晰。
您的浏览器不支持进度条
下载文档到电脑，查找使用更方便
还剩?页未读，继续阅读
淘豆网网友近日为您收集整理了关于连续流动釜式反应器的文档，希望对您的工作和学习有所帮助。以下是文档介绍：Copyrighted
East China University of Science and Technology
Shanghai 200237
Peoples Republic of China Copyrighted
East China University of Science and Technology
Shanghai 200237
Peoples Republic of China 第五章连续流动釜式反应器在第四章中讨论了理想管式反应器的基本设计方程及各类化学反应的反应结果。与间歇反应器相比,虽然二者的反应器型式不同,操作方式也不同,但对同一反应,在相同的操作条件和反应器的时间或空间条件下,可得到完全相同的反应结果。本章将讨论另一类基本反应器型式----连续流动釜式反应器(简称CSTR)。这种反应器虽然也是连续流动反应器的一种,但由于其混合状况与上述二种反应器完全不同,从而引起反应器性能的很大变化。本章主要阐述连续流动釜式反应器的特征和设计计算等问题。5.1 连续流动釜式反应器的基本设计方程5.1.1全混流假定第三章所讨论的间歇反应器中,由于釜式容器里设置了一定桨叶的机械搅拌装置,并进行强烈搅拌,使釜内物料的温度和浓度达到均一,这个全釜均一的浓度是随着反应的进行而不断变化的,其温度也可改变。本章要讨论的是连续流动釜式反应器,其结构和间歇釜式反应器相同,但进出物料的操作是连续的,即一边连续恒定地向反应器内加入反应物,同时连续不断地把反应产物引出反应器,这样的流动状况称之谓全混流。当然,这种全混流也是一种理想化的假定,它与第四章阐述的平推流相对应,是两种理想的流动模型。实际工业生产中广泛应用的连续釜式搅拌反应器,只要达到足够的搅拌强度,其流型很接近于全混流。这里要讨论的都限于定态操作范围,即假定反应器在稳定操作条件下,任何空间位置处物料浓度、温度和加料速度都不随时间而发生变化的定常状态。5.1.2 连续流动釜式反应器中的反应速率前已证明,对间歇搅拌釜式反应器和理想管式反应器,当各项操作条件相同时,能够得到完全相同的反应结果。唯一的差别是理想管式反应器的空时与间歇反应器的反应时间相当。这就表明,如果不计间歇反应过程中加料、出料、清洗和升降温度等辅助生产时间,则在一定反应时间内达到规定产量和转化率所需间歇反应器的体积和同一反应时间内流过理想管式反应器的物料体积相同。也就是说,在理想管式反应器中实现反应过程的连续化时,本身并未得到强化。连续化只是节省了辅助生产时间,并提供了操作和控制的方便。现在考察分析连续流动釜式反应器的特点。将间歇搅拌釜改为图5-1所示的连续进料和连续出料的连续操作。在连续釜式反应器中,反应原料以稳定的流速进入反应器,反应器中的反应物料以同样稳定流速流出反应器。由于强烈搅拌的作用,刚进入反应器的新鲜物料与已存留在反应器内的物料在瞬间达到完全混合,使釜内物料的浓度和温度处处相等。这种停留时间不同的物料之间的混合,称为逆向混合或返混。这是反应器连续化后出现的一个新的宏观动力学因素。这里所说的逆向,是时间概念上的逆向,不同于一般的搅拌混合。在间歇反应器中,由于反应器中的物料的停留时间都是相同的,反应器内各物料组分的搅拌混合,只是反应器内各空间位置上不同浓度物料之间的混合。不存在时间概念上的逆向混合。至于在平推流反应器中,根本不存在轴向混合现象,也就不存在逆向混合。而在连续流动釜式反应85Copyrighted
East China University of Science and Technology
Shanghai 200237
Peoples Republic of China Copyrighted
East China University of Science and Technology
Shanghai 200237
Peoples Republic of China 器中,逆向混合程度最大。实际生产中的多数连续流动搅拌釜式反应器,由于搅拌充分,可认为属于全混流反应器。根据全混流的定义,既然釜内物料浓度处处相等,则在反应器出口处即将流出反应器的物料浓度也应该与釜内物料浓度一致。因此,流出反应器的物料浓度应该与反应器内的物料浓度相等。连续流动釜式反应器中的反应速率即由釜内物料的浓度和温度所决定。连续流动釜式反应器的特点,可归结为:(1) 反应器中物料浓度和温度处处相等,并且等于反应器出口物料的浓度和温度。图5-1 连续釜式反应器示意图(2) 物料质点在反应器内停留时间有长有短,存在不同停留时间物料的混合,即返混程度最大。(3) 反应器内物料所有参数,如浓度、温度等都不随时间变化,从而不存在时间这个自变量。5.1.3 连续流动釜式反应器的基本方程图5-1为一连续流动釜式反应器。因在反应器中物料浓度和温度处处均匀,可以对整个反应器进行物料衡算和热量衡算。如首先考虑在连续流动釜式反应器中进行的是等温、等容反应过程A
P,则可对物料A作物料衡算。假定反应器在定态条件下进行,则可得:VrCvCvAAA)(000?+=
(5-1)式中----进料体积流率;0vV----反应器体积;0AC、----分别为进料和出料中反应物A的浓度;AC)(Ar?----反应物A的反应速率上式即为连续流动釜式反应器的基本设计方程式,它可写成)(vV??==τ
(5-2)这里的与平推流反应器中的空时完全相同,是表示反应器生产能力的一个参数。τ5.2 连续流动釜式反应器中的均相反应对反应动力学的叙述中已经知道,任何一个反应过程,通常都可把反应速率动力学方程式表示成如下形式)()(AACkfr=?
(5-3)如把该动力学函数式代入式(5-2),即可解得在一定处理量和反应转化率的情况下所需反应器体积大小,或是对某一反应器在确定生产能力条件下所能达到的反应程度等。86Copyrighted
East China University of Science and Technology
Shanghai 200237
Peoples Republic of China Copyrighted
East China University of Science and Technology
Shanghai 200237
Peoples Republic of China 5.2.1 解析解对整级数反应的解析解,如对一级不可逆反应,则有AAkC)r(=?
(5-4)代入式(5-2)可解得τ+=kCCAA110
(5-5)如为二级反应,同样可求得τ?τ+=AAAA0002141
(5-6)表5-1列出了连续釜式反应器和理想管式反应器在不同反应级数时反应结果的表达式,以资比较。表5-1 理想管式和连续釜式反应器中反应结果比较反应器型式反应级数理想管式反应器连续釜式反应器一级Axk?=τ11ln或τ?=0AAxxk?=τ1或τ+=kCCAA110二级AAAxxkC?=τ10或τ+=AAA00112011播放器加载中，请稍候...
该用户其他文档
下载所得到的文件列表连续流动釜式反应器.pdf
文档介绍：
Copyrighted
East China University of Science and Technology
Shanghai 200237
Peoples Republic of China Copyrighted
East China University of Science and Technology
Shanghai 200237
Peoples Republic of China 第五章连续流动釜式反应器在第四章中讨论了理想管式反应器的基本设计方程及各类化学反应的反应结果。与间歇反应器相比,虽然二者的反应器型式不同,操作方式也不同,但对同一反应,在相同的操作条件和反应器的时间或空间条件下,可得到完全相同的反应结果。本章将讨论另一类基本反应器型式----连续流动釜式反应器(简称CSTR)。这种反应器虽然也是连续流动反应器的一种,但由于其混合状况与上述二种反应器完全不同,从而引起反应器性能的很大变化。本章主要阐述连续流动釜式反应器的特征和设计计算等问题。5.1 连续流动釜式反应器的基本设计方程5.1.1全混流假定第三章所讨论的间歇反应器中,由于釜式容器里设置了一定桨叶的机械搅拌装置,并进行强烈搅拌,使釜内物料的温度和浓度达到均一,这个全釜均一的浓度是随着反应的进行而不断变化的,其温度也可改变。本章要讨论的是连续流动釜式反应器,其结构和间歇釜式反应器相同,但进出物料的操作是连续的,即一边连续...
内容来自淘豆网转载请标明出处.
浏览：25次连续均相管式循环反应器中的返混实验_百度文库
两大类热门资源免费畅读
续费一年阅读会员，立省24元！
连续均相管式循环反应器中的返混实验
上传于||文档简介
&&化​工​实​验
阅读已结束，如果下载本文需要使用0下载券
想免费下载更多文档？
定制HR最喜欢的简历
下载文档到电脑，查找使用更方便
还剩2页未读，继续阅读
定制HR最喜欢的简历
你可能喜欢