反应级数对理想反应器组合方式效率的研究

对于不同级数的不可逆反应,研究了其在全混流反应器(CSTR)与平推流反应器(PFR)不同组合方式中的最终转化率。对两种理想流动反应器的不同组合方式,如CSTR+PFR串联、PFR+CSTR串联及CSTR与PFR并联,反应的最终转化率随反应级数的不同而变化。当反应级数为负值时,CSTR与PFR并联组合方式的最终转化率最高;当反应级数为0~1之间的数值时,CSTR+PFR串联组合方式的最终转化率最高;而当反应级数大于1时,PFR+CSTR串联组合方式的最终转化率最高;当反应级数为0时,三种组合方式具有相同的最终转化率;但当反应为一级不可逆反应时,两种反应器串联时的最终转化率相同,并高于两种反应器并联时的最终转化率。     

温度特性对理想反应器效率的影响

本文利用数值分析方法,研究了温度特性对理想全混流反应器(CSTR)和平推流反应器(PFR)效率的影响。研究结果表明:在等温条件下,对于在理想反应器中发生的单一一级不可逆反应,PFR的效率高于CSTR;在绝热条件下,对于在理想流动反应器中发生的单一一级不可逆反应,当反应为放热反应时,CSTR的效率高于PFR;当反应为吸热反应时,PFR的效率高于CSTR。基于上述比较结果可知,理想反应器的效率不仅与其类型相关,而且还与反应器的温度特性及反应的热效应有关。上述结果可对理想反应器的选型提供有效的指导。     

供热速率对稳态非等温理想反应器效率的影响

利用数值分析方法,通过具体实例计算,分析了供热速率对稳态非等温理想反应器效率的影响。研究结果表明:对于一级不可逆吸热反应,无论理想流动反应器是否等温或非等温操作,反应器与外界环境是否存在换热,以及当反应器与外界环境换热时具有大小不同的换热速率,对于具有相同反应体积的理想反应器,PFR中关键组分的转化率均高于CSTR中关键组分的转化率,这可为发生一级不可逆吸热反应的化工生产过程的反应器选型提供指导。     

系统观念下理想反应器的理解

以系统思维范式出发,探讨了理想反应器的本质特性,对于间歇反应器(BR)、连续搅拌全混流反应器(CSTR)和活塞流反应器(PFR)的宏观和微观特性进行了系统分析,对三种理想反应器的特征进行了比较和归纳,并从系统角度进行了理想反应器体积计算的推导和总结,得到了适宜所有理想反应器的计算模型,该计算模型有统一的型式和不同的边界条件,有利于学生理解和应用。     

氯苯反应器数学模型的研究

通过对氯苯反应器中气、液两相传质及反应特征的分析,提出了按照CSTR串联PFR模型设计氯苯反应器的观点。其中CSTR为主要反应区域,约占全塔反应体积的80%。进一步的计算表明,用模型预测的反应器出口转化率与反应器的实际转化率一致。     

可逆放热反应过程流程结构的确定

根据可得区法及可得区分区法的基本思想,针对SO2氧化工业实例,以预热温度作为控制变量,利用绝热反应最大速率曲线和反应平衡速率曲线,采用几何图示法,将反应时间和未转化率空间分成3类区域,即CSTR(全混流反应器)区、PFR(平推流反应器)区和非操作区。利用这些不同区域及其连接边界的特性,不用构造可得区,就可以简捷、方便地确定绝热可逆放热反应过程的适宜流程结构。     

基于导数分析的反应器网络综合方法

对反应器网络综合问题进行了研究，分析了瞬时选择性对关键组份组成的偏导数与最佳反应器类型之间的关系，给出了确定最优反应器的三条规则。对δS/δC符号不变的反应体系，用这些规则可获得最优反应器网络。对一般的反应体系，假设了五种典型S－CA曲线所对应的反应过程，分别对不同曲线类型给出了确定最优反应器网络的方法。此外，按本文方法所得的最优反应器网络结构是一个CSTR或PFR或由CSTR、PFR组成的串联结构。由dS/dCA的符号及其变化情况决定。给出了两个说明本文方法的例子，结果表明本文方法简单并可获得与文献相同或相似的结果。     

对二甲苯氧化反应器连续全混流模型

在对二甲苯液相催化氧化动力学研究的基础上,比较了化学反应速率与气液传质速率的相对大小。结果表明,工业反应器中,该氧化过程受化学反应控制,动力学是影响反应速率的主要因素。从而不计传质,并将反应器考虑成CSTR模型,模拟计算结果与实际值比较吻合。用此模型对影响反应的各工艺条件的计算机试验表明,停留时间延长、催化剂浓度增加、温度升高、Br/Co(摩尔比)比增大有利于提高TA收率和降低4-CBA浓度,但燃烧消耗加剧;Co/Mn(摩尔比)配比对主反应影响不大,但燃烧副反应随Co/Mn配比增大而增大。     

模拟乙烷裂解炉管中流体返混对烧焦过程的影响

针对裂解炉管弯头处流体运动状态变化的特点,采用柱塞流反应器(PFR)与串联全混流反应器(CSTR)组合的反应器模型,耦合计算了炉膛传热和辐射段炉管内的烧焦过程.将烧焦时焦炭表面氧分压、烧焦速率、炉管出口气体温度和碳氧化物含量、焦炭层厚度等影响的模拟结果与无返混的PFR模型的模拟结果进行了比较.结果表明:两种模型模拟的炉管出口气体温度和碳氧化物含量均与生产实际基本相合,但有返混的模型能更准确地描述烧焦结束时残碳在管内的分布特点.     

电化学反应器中Fenton试剂分解4-硝基酚动力学

以4-硝基酚为处理对象,在电化学反应系统中考察了Fenton试剂投加量,亚铁离子与过氧化氢的摩尔比(Fe²⁺/H₂O₂) ,初始pH值和过氧化氢投加时间等因素对4-硝基酚分解速率的影响。电化学处理系统由圆筒型电解槽和贮槽组成,并分别视为平推流反应器(PFR)与全混式反应器(CSTR),由此建立相应的数学模型。通过模型可确定4-硝基酚分解的准一级反应速率常数。结果显示,当(Fe²⁺/H₂O₂)一定时,准一级反应速率常数随着Fenton试剂投加量的增加而增加;而Fenton试剂投加量一定时,过氧化氢的快速投加能提高准一级反应速率常数;对准一级反应速率常数存在最佳的(Fe²⁺/H₂O₂)比值或初始pH值。     

工业渣油催化裂化过程六集总组合反应器模型

工业渣油催化裂化反应主要发生在提升管段和出口的沉降器段的复杂流体动力学区域。通过对工业现场装置流程和过程数据的分析,将发生裂化反应的整个反应器中提升管部分作为活塞流反应器(PFR)和沉降器部分作为全混流反应器(CSTR)的串联组合反应器,并按照渣油催化裂化反应特点建立了简化的6集总组分的串行和并行动力学反应网络模型。所建立的稳态催化裂化反应产率预测模型在数学上表现为提升管部分的微分方程组和沉降器部分的代数方程组。模型设置7个装置因数来校正模型的计算产率与实测产率之间的偏差,并采用工业现场数据回归装置因数。通过对工业装置数据的计算比较,得到的模型产率预测精度很好地满足在线软测量计算要求。     

压力对煤焦CO_2气化反应动力学参数的影响

采用自制的加压固定床微分反应器对加压下(达到2.0 MPa)的煤焦CO2气化动力学进行了研究分析。研究了总压和CO2分压及煤种对煤焦CO2气化反应速率的影响,分析讨论了压力对n级速率方程和L-H速率方程应用于煤焦气化反应动力学的影响。研究结果表明:均相动力学模型更适合HLH褐煤焦CO2气化反应过程,而随机孔模型更适合SM烟煤焦CO2气化反应过程;总压一定时2种煤焦CO2气化反应速率随CO2分压增大而增大,CO2分压一定时,煤焦CO2气化反应速率随总压增大而减小;对于n级速率方程,CO2分压指数随总压增大而减小,对于L-H速率方程,速率常数k1随总压增大而减小,同时速率常数k3随总压增加而增大。为了便于预测加压下煤焦CO2气化速率,文中提出了一种简单实用的经验速率方程式。     

微通道反应器内CO2传质反应行为研究

以水平放置圆形截面的微通道反应器,进行K_2CO_3-CO_2两相流传质实验。研究气速、液速、管径以及反应时间对微通道中瞬时吸收速率及气液两相传质的影响。实验结果表明:雷诺数Re与流动状态关系与传统理论类似;微通道中气液两相传质系数在0.1—6 s~(-1)之间,K_(La)随液体表观速率的增大而增大;随气体表观速率的增大而减小,属于液膜控制反应;随通道尺寸的增大,传质系数减小;瞬时吸收速率随时间先增大后减小并趋于平稳。     

分段导数分析法用于苯胺甲醛缩合反应过程综合

苯胺甲醛缩合制多胺的反应是典型的第Ⅲ类反应体系,反应过程复杂。针对反应的阶段性特征,采用分段导数分析法对其进行反应器网络综合,第一阶段应采用DSR或PFR;第二阶段应采用PFR。采用不同的流程结构进行试验,结果为:采用DSR+PFR的流程结构,最终产品中二氨基二苯甲烷(MDA)含量最高;采用PFR+PFR的流程结构,最终产品中二氨基二苯甲烷(MDA)含量次之。试验结果与导数分析法分析结果一致,表明本文所用方法是有效的。     

反应器网络综合分区法中的简捷计算

针对定态、等温、恒容、单股进料的复杂反应过程,首先将反应器网络综合可得区分区法由浓度空间拓展至瞬时选择性-关键反应物未转化率（S-x）空间,然后根据分区法中两条重要曲线的特性（选择性最大曲线dS/dx=0,单程收率最大曲线S=0）建立了以废料最少为目标的反应器网络基本组成单元（PFR和CSTR）的数学模型,并以Van de Vusse反应模式为例将其应用于由分区法确定的最优反应器网络结构的模拟计算.计算结果与文献值一致,表明本文所用方法具有一定的简捷性和实用性.     

分段进气环流反应器传质性能及在葡萄糖氧化中的应用

在多级环流反应器的基础上,发展了一种新型分段进气、多级环流反应器(MS-MSALR)。在气流量为0.2～0.6m3/h的条件下,研究了MS-MSALR中体积传质系数、葡萄糖氧化反应速率随气流量的变化规律,并与多级环流反应器进行了比较。多级环流反应器的体积传质系数随气流量的增加而增大,葡萄糖氧化反应速率随气流量的增加而增加。MS-MSALR的体积传质系数呈抛物线状分布,最大值约为多级环流反应器的2.4倍;反应速率在Q2/Q1较小时取得最大值,并保持不变。     

国外动态

整体催化剂技术美国空气产品和化学品公司 (AirProductsandChemicalsInc .,APCI)与美国庄信万丰公司 (JohnsonMattheyInc.)共同将催化剂与整体环路反应器 (MLR)结合在一起的工艺技术进行商品化。庄信万丰公司专门为MLR设计了系列催化剂。空气产品公司业务开发经理称 ,对许多用淤浆催化剂的操作来说 ,反应速率可增加 10～ 10 0倍 ,选择性和转化率达到95 %甚至更高。MLR工艺将首先用于生产能力低于 1万t/a的使用贵金属催化剂的氢化反应器。带一个整体催化剂构件床的MLR可改装成连续搅拌的罐式反应器(CSTR) ,CSTR中的反应物可通过…     

CABR厌氧生物反应器的结构优化分析

CABR反应器结合了ABR反应器的特点和生物膜反应器的优点,为保证处理效率及控制建造成本,需对其结构进行优化筛选。从化学反应工程学以及流体力学的角度对4个CABR反应器进行研究,分析表明：实际CABR反应器格数越多,反应器整体流态越接近理想平推流反应器流态;CABR反应器结构性能优良,在HRT为48h的运行条件下,其死区率仅为8.04~12.69%左右;从化学反应工程学角度折算其反应速率,4格、6格、8格和12格CABR反应器分别等效于148.35%、181.82%、175.40%和185.81% 倍体积的CSTR反应器。综合考虑反应器效能和容积利用率,比选出6格CABR反应器为最优。     

基于废料最少的反应器网络综合(Ⅰ)同时进行反应与混合的几何表达

将废料最少问题分别等同于选择性、相对选择性和瞬时选择性等多个目标,根据目标函数的定义和在状态空间内反应、混合加工的几何特征,导出了全混流反应器(CSTR)和微分侧流反应器(DSR)两种极限情况下的浓度变化轨迹方程,同时满足这两个方程,可作为反应器系统选择性最大的判据.     

钙硫比和烟气量对灰钙循环烟气脱硫反应器脱硫效率影响的数值模拟

利用ICEM CFD 18.0软件,基于反应动力学实验结果,对额定蒸汽量40 t/h的煤粉锅炉配套的灰钙循环烟气脱硫反应器进行数值模拟,研究钙硫比和烟气量对脱硫效率的影响,同时把模拟结果和工业试验结果进行比较验证。结果表明:不同钙硫比下,反应器内SO2浓度均随反应器高度的增加先升高再降低;烟气脱硫效率随钙硫比的增加而升高,但当钙硫摩尔比从1.0增加到1.4时,脱硫效率无明显变化;不同烟气量条件下,从反应器底部到顶部SO2浓度均逐渐降低,烟气脱硫效率受烟气量影响较小,烟气量增大,脱硫效率略微减小。建议钙硫比和烟气量最佳取值分别为1.0和30 000 m3/h～40 000 m3/h。