例如:某厂生产醇酸树脂是使己二醇和己二酸以等摩 尔比在70℃用间歇釜并以H2SO作催化剂进行缩聚反 应而生产的,实验测得该反应动力学方程为 kC4 kmol(A/Lmin) k=1.97L/(kmol·min Ca=0.004kmol/L 若每天处理2400kg己二酸,每批操作辅助生产时间为 Ih,反应器装填系数为075,求 (1)转化率分别为x=0.5、0.6、0.8、0.9时,所需 反应时间为多少? (2)求转化率为08、0.时,所需反应器体积为多 少?
⚫ 例如：某厂生产醇酸树脂是使己二醇和己二酸以等摩 尔比在70℃用间歇釜并以H2SO4作催化剂进行缩聚反 应而生产的，实验测得该反应动力学方程为： 若每天处理2400kg己二酸，每批操作辅助生产时间为 1h，反应器装填系数为0.75，求： （1）转化率分别为xA=0.5、0.6、0.8、0.9时，所需 反应时间为多少？ （2）求转化率为0.8、0.9时，所需反应器体积为多 少？ C kmol L k L kmol r k C kmol A L A A A 0.004 / 1.97 /( min) ( )/( min) 0 2 = = − =
●解:(1)达到要求的转化率所需反应时间为: d ,=CA0 JO KC2(1-xA kC 0.51 xA=0.5 2.10h 197×0.0041-0.560 0.6 0.6,tr -=3.18h 197×0.0041-0.660 0.81 0.8 1.97×0.041-0.860=85h 0.91 xA=0.9 190 197×0.0041-0.960 由上述结果可见,随转化率的增加,所需反应时间急剧增 加。因此,在确定最终转化率时应该考虑到这一情况
⚫ 解：（1）达到要求的转化率所需反应时间为： –由上述结果可见，随转化率的增加，所需反应时间急剧增 加。因此，在确定最终转化率时应该考虑到这一情况。 Af Af A x A A A r A x x kC x kC dx t C A f − = − = 1 1 (1 ) 0 0 2 2 0 0 xAf t r 2.10h 60 1 1 0.5 0.5 1.97 0.004 1 0.5, = − = = xAf t r 3.18h 60 1 1 0.6 0.6 1.97 0.004 1 0.6, = − = = xAf t r 8.5h 60 1 1 0.8 0.8 1.97 0.004 1 0.8, = − = = xAf t r 19.0h 60 1 1 0.9 0.9 1.97 0.004 1 0.9, = − = =
●(2)反应体积的计算 当xA=0.8时, ●总操作时间为 t,=t+t=8.5+1=9.5 每小时处理己二酸(分子量为146)等总体积量为 2400 171L/h 24×146×0.004 ●反应器有效容积为: VR=v·t1=171×9.5=1630L=163m3 ●实际所需反应器体积为: 1.63 =2.17mt q0.74 5
⚫ （2）反应体积的计算 –当xA=0.8时， ⚫ 总操作时间为： ⚫ 每小时处理己二酸（分子量为146）等总体积量为： ⚫ 反应器有效容积为： ⚫ 实际所需反应器体积为： t t = t r + t'= 8.5+1 = 9.5h v 171L/ h 24 146 0.004 2400 0 = = 3 0 ' VR = v t t = 1719.5 = 1630L = 1.63m 3 ' 2.17 0.75 1.63 m V V R R = = =
同理,可计算x:=09时所需反应器体积 t1=19+1=20h R=171×20/1000=3.42m R=342/0.75=4.65m3
–同理，可计算xA=0.9时所需反应器体积： 3 ' 3 3.42 / 0.75 4.65 171 20 /1000 3.42 19 1 20 V m V m t h R R t = = = = = + =
三、反应器的热量衡算 变温操作 热量衡算 ●单位时间由环境传+单位时间内反=反应器内热量 入反应器的热量应的放热量 的积累速率 UA(Tm-7)+(-r4)(-△H) d(cplT) U:总括传热系数 mn:冷却(或加热)介质温度 T:反应器內物料温度; 传热面积 C、p:定容比热、密度;AH:反应焓变,吸热为正,放热为 负
三、反应器的热量衡算 ⚫ 变温操作 –热量衡算 ⚫ 单位时间由环境传 + 单位时间内反 = 反应器内热量 入反应器的热量 应的放热量 的积累速率 – U：总括传热系数； Tm ：冷却（或加热）介质温度 – T：反应器内物料温度； A ：传热面积； – Cv、ρ：定容比热、密度；ΔHr：反应焓变，吸热为正，放热为 负。 dt d C VT UA T T r H V v m A r ( ) ( ) ( )( ) − + − − =