由(3.87)式可得物系与环境交换的热量:
q?UAh(T0?T)?Q0?Cpt(T?T0)?Q0CA0XAf(?Hr)?3?10?3?1.02?4.186(373?298)?3?10?3?2.03?0.9052?78.09?0.5302kJ/s由上式知TC>T,说明应向反应器供热。
3.24 某车间采用连续釜式反应器进行已二酸和已二醇的缩聚反应,以生产醇酸树酯。在正常操作条件下(反应速度,进出口流量等),已二酸的转化率可达80%。某班从分析知,转化率下降到70%,检查发现釜底料液出口法兰处漏料,经抢修后,温度流量均保持正常操作条件。但转化率仍不能提高,试分析其原因。如何使转化率提高到80%?
解:根据上述情况,可能是反应器的搅拌系统有些问题,导致反应器内部存在死区或部分物料走了短路,这些均可导致反应器的效率降低,从而使转化率下降。
4 管式反应器
4.1在常压及800℃等温下在活塞流反应器中进行下列气相均相反应: 在反应条件下该反应的速率方程为:
式中CT及CH分别为甲苯及氢的浓度,mol/l,原料处理量为2kmol/h,其中甲苯与氢的摩尔比等于1。若反应器的直径为50mm,试计算甲苯最终转化率为95%时的反应器长度。
解:根据题意可知甲苯加氢反应为恒容过程,原料甲苯与氢的摩尔比等于1,即:
0.5r?1.5CTCH,mol/l.s
C6H5CH3?H2?C6H6?CH4
CT0?CH0,则有:CT?CH?CT0(1?XT)
示中下标T和H分别代表甲苯与氢,其中:
pT00.5?1.013?105?33CT0???5.68?10kmol/mRT8.314?103?1073FT0?Q0CT0?2/2?1kmol/h?0.278?10?3kmol/s
所以,所需反应器体积为:
Vr?Q0CT0?XT0XTdXdXTT?Q0CT0?0.501.5C1.51.5CTCHT0.95?2.5dX(1?0.95)?1T?0.278?10?3??0.4329??3.006m3?31.51.501.5(5.68?10)(1?XT)1.5?13.006?1531.1m2所以,反应器的长度为:0.05?3.14/4
4.2根据习题3.2所规定的条件和给定数据,改用活塞流反应器生产乙二醇,试计算所需的反应体积,并与间歇釜式反应器进行比较。
解:题给条件说明该反应为液相反应,可视为恒容过程,在习题3.2中已算出:
所以,所需反应器体积:
1ol /lQ0?275.8l/h CA0?1.23mXAVr?Q0CA0?0dXAkCA0(1?XA)(CB0?CA0XA)由计算结果可知,活塞流反应器的反应体积小,间歇釜式反应器的反应体积大,这是由于间歇式反应器有辅助时间造成的。
4.3 1.013×105Pa及20℃下在反应体积为0.5m3的活塞流反应器进行一氧化氮氧化反应:
式中的浓度单位为kmol/m。进气组成为10%NO,1%NO2,9%O2,80%N2,若进气流量为0.6m3/h(标准状况下),试计算反应器出口的气体组成。
解:由NO氧化反应计量方程式可知此过程为变容过程,其设计方程为:
3
Q0XA275.80.95???818.6lkCA01?XA5.2?1.2311?0.95
2NO?O2?2NO2rNO?1.4?10CNOCO2,kmol/m3.s42XAVrdXA?CA0?240Q01.4?10CACB (A)
示中A,B分别代表NO和O2。由题意可知,若能求得出口转化率,由(2.54)式
得:
便可求出反应器出口气体组成。已知:
?iyi0?yA0XA?Ayi?1??AyA0XA
?A????Ai1??,yA0?0.10,yB0