理想反应器生产能力比较在线视频

大家好

下面我们讲解我们的知识点五

理想反应器生产能力的比较

前面我们一共讲了

三种理想反应器

那么它们的生产能力如何

我们在此

进行一个整体的对比分析

我们以单一反应A→P为例

那么我们先给出三种

不同理想反应器

它们所对应的性能的特点

这张图给出了

浓度与时间、转化率与时间

以及反应速度与时间的结果

从图中可以看出来

对于间歇式反应器

和活塞流反应器来讲

如果横坐标采用对比时间

和对比长度两种反应器

所得到的这种图形

可以说是完全可以重叠的

这就表明了

间歇式反应器和活塞流反应器

具有相同的特征

对于全混流反应器

物料达到最大的反混

那么反应器内反应的浓度

也就是出口物料中

所对应的浓度

整个反应过程都是在

低浓度下进行

下面我们就对这九张图

看看它是如何求解的

首先是间歇式反应器

所对应的三张图

我们来看一下

中间这个图它的求解过程

通过我们得到的这个关系式

可以看到

转化率与时间

它是乘以1-e(-kt)的一个关系

所以就是我们中间图

所对应的这个图形

转化率得到之后

我们可以看到

对这个式子进行了一个变换

最后我们得到了反应物的浓度

与我们t之间的一个关系

我们知道反应速度与浓度之间

是满足一个质量作用定律

Rj=KCj

我们把Cj这个关系式

代入到我们的反应速度中

这样的话就可以

得到我们的反应速度

与时间的关系

这是间歇式反应器

这三种图的求解过程

那么活塞流反应器

首先我们是把它的基础设计式

给写出来

那么首先我们还是看中间这个图

通过变换我们得到了转化率

与反应空时之间的关系

同样的道理

我们可以得到Cj

与空时之间的关系

再根据我们的反应速度

与浓度之间的质量作用定律

就可以得到我们的反应速度

与空时之间的关系

但是我们的这个坐标是L

我们知道这个空时与L

它是一一对应的关系

所以说我们的这个表达式

图表中是以L是横坐标

来进行表征的

最后三张图

就是我们的全混流反应器

我们可以看到

它的基础设计式

可以写成这样的一种形式

因为在反应器内是完全混合的

所以我们的浓度、转化率

反应速度均是常数

它们的对应的图形就是三条直线

我们对三种反应器

进行一个总结

如果我们不计BCMT的

辅助时间的话

那么反应性能就是

与活塞流完全相同

这样我们这三种反应器

就可以大致的归为两类

活塞流反应器和间歇式反应器

我们可以说是在

高浓度和变浓度下进行的

而全混流是在低浓度

和恒定的浓度下进行的

下面我们对它进行一个分析

就按照我们刚才所说的

这两类进行分析

我们对比分析

一共分析了三个指标

第一个是叫残余浓度

残余浓度的定义就是

未转化率

也就是说是反应物现存的浓度

除以我们反应物初始浓度

它就等于1-Xj

那么我们对这几个式子

来观察一下

我们在这个表中就可以看到

全混流、活塞流

它们在0级、1级、2级

所对应的表达式

其中我们用红色

来表示出来了一个关系式

这个关系式

我们可以简化成如下形式

可以写成K*Cj0的n-1次方

然后乘以τ

其中这个n是我们的反应级数

我们把这个表达式

称为反应操作系数

我们对反应操作系数

可以看出来

我们的反应操作系数

直接就决定了

我们反应器的残余浓度

一般的趋势

是反应操作系数越大

残余浓度就会越低

第二个我们从转化率

所对应的容积比来进行分析

也就是说对于同一个转化率来讲

这两种反应器所需要的容积

之比是多少

我们首先把活塞流反应器

以及全混流反应器的

基础设计式给出来

我们对反应级数为n级的

动力学方程式进行变换

最后经过变换之后

我们分别代入到

活塞流反应器的基础设计式

和全混流反应器的基础设计式

当中

最后获得了我们这两种反应器

所对应的空时

与我们转化率的关系

那么同一个转化率

所需要的容积比

就可以用如下表达式进行求解

对于恒容系统我们可以说

膨胀率=零

那么上面的这两个式子

可以进行一个简化

如果我们的进料的体系流量

在相等

浓度相同

那么可以对这个式子

进行进一步的简化

得到我们的两种反应器的

体积之比

所对应的一个函数关系式

我们对这个函数关系式

进行一个图解法进行说明

我们用图解法

直接表达了我们说

是达到一定转化率

所需要的体积比率

我们从这个图中可以看到

当转化率非常小的时候

反应器的性能受流动状态的影响

比较小

第二点就是转化率

趋近于零的时候

两者的体积比率也接近于1

并且随着转化率的增加

体积比率的差别

是越来越增加的

第三随着反应级数

和膨胀率的增加

我们可以看到

如果想达到同一个转化率的话

两种反应器的体积比率

就会变得越来越大

另外对于零级反应来讲

我们可以从图中可以看到

由于反应和流动状态无关

因此所需要的这个反应器的体积

是不受流动状态影响的

也就是说我们图中蓝色这条线

所对应的

通过上面对于活塞流

和全混流两种反应器性能的分析

我们可以得到以下几个特点

第一就是对于单一反应

如果反应级数越高

而且对转化率的要求

也非常高的时候

我们采用活塞流反应器

所需要的体积就会比较小

也就是说活塞流反应器

所具有较高的生产能力

第二在实际应用中

反应器的选择与很多因素有关

比如说化学反应的动力学特征

生产规模的大小

设备的费用和操作费用

操作的安全

稳定性和灵活性

而并不是由生产能力来决定的

但是从过程的经济性来看

主要有两个因素有关

一个是反应器的大小

另外是一个产物的分布

第三对于单一反应来说

没有产物分布的问题

因此在反应器设计评价中

反应器的大小

就成了最重要的考虑因素

如果反应器结构

只能采用槽式反应器

那么我们通常采用

多级的槽进行串联

使之尽可能接近于

活塞流的性能

这是对于在实际过程中

如果遇到类似的情况

我们应该选择何种

反应器的一个解析

第三就是我们这两种反应器

所对应的浓度效应

这两种反应器在浓度分布上

无论是时间上还是空间上

都是不一样的

我们从残余浓度到固定转化率

所需要的反应容积

都取决于反应速度

而反应速度又取决于

我们的物料浓度

因此之所以出现

上两项的差异

是因为反应器中浓度的分布

不同造成的

那么这三种反应器

两类反应器的比较

它们之间具体的不同的

我们可以从形状结构

操作状态 混合情况

以及我们的浓度反应速度

生产能力

物料返混情况

从不同的

我们进行了一个对比分析

并且列表进行显示

我们可以看到

我们的三种反应器它的生产能力

其中活塞流和间歇式反应器

它的生产能力是比较高的

但是间歇式反应器

是存在辅助时间

而活塞流不需要辅助时间

对于全混流它的生产能力

是比较低

但是它不需要辅助时间

所以说在我们遇到

实际生产过程中

我们如果要求生产能力

比较高的时候

通常采用的就是活塞流反应器

活塞流反应器

是理想的反应器

一般在实际过程中

我们采用多级串联来实现

尽可能达到活塞流反应器的效果

好本讲到此结束（谢谢）