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。     

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。     

移热速率对稳态非等温理想反应器效率的影响

以正丁烷的液相异构化反应为例,探究了移热速率对稳态非等温理想连续搅拌釜式反应器(CSTR)和活塞流反应器(PFR)效率的影响。研究结果表明:从反应器绝热操作到具有一定换热速率,再到冷却介质温度不变的情况,随换热速率增大,达到一定转化率时所需的CSTR和PFR反应体积曲线由一个交点、到两个交点,再到相切,最终无交点,即随换热速率增大,在不同阶段两种理想反应器效率的相对大小不同。此结果可为理想反应器的选型提供指导。     

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。     

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。     

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。     

理想反应器反应效率的比较

理想反应器的设计计算是化学反应工程学科的重要内容,理想流动反应器的组合操作在化学工业中有着广泛的应用。本文通过归纳总结单一反应器中传热条件对单一正级数反应效率的影响,以及在平推流反应器和全混流反应器的组合操作中反应级数对组合操作反应效率的影响,为反应器的计算和选型提供帮助和借鉴。     

膜反应器的理论分析

以化学反应工程的观点,对一级可逆反应的膜反应器进行了理论分析。建立了反应速率和分离速率偶合的联立动力学方程求解方法,得出关于膜反应器的几个基本结论。1.膜反应器能促进反应效果必须具备下列条件:(1)膜的选择性 S_m 要远大于反应平衡常数 K_o 的倒数S_,》K_c~(-1)(2)正反应的速率常数 k 比反应物 R 的分离速率常数 k_R 要大一些。2.膜反应器的理想最大转化率 X_mX_m=1/[1+(S_mK_c)~(-1)]3.当无因次参数 m 为7.9时,膜反应器的相对转化率η为99%,且应该在 m≥7.9附近进行操作。4.膜反应器的各种参数与促进反应效果的最适宜的操作条件有关。通过分析,确定了膜反应器的总转化率有某一个理想的最大值,可得到理想的最大转化率、膜的选择性和平衡常数之间的关系。在设计条件和操作条件下,这种关系对于所研究的膜反应器是有效的。     

多级串联等体积全混流反应器与平推流反应器的等效性研究——以二级不可逆反应为例

在多级串联全混流反应器中针对二级不可逆反应,推导出第N级串级反应器的出口浓度表达式.为与平推流反应器进行比较,引人反应器的相对效率,在平推流反应器中一定的转化率条件下,考察反应速率常数和反应物初始摩尔比大于1的情况下对串联级数的影响.通过实例计算,得出随着相对效率的增大,串联反应器级数随之增大.而当串联级数达到5时,相...     

返混对平行反应产物分布影响的论述

在一定的工艺条件下,流动反应器内物料的返混影响着平行反应的产物分布。通过对各反应级数相同的平行不可逆反应和各反应级数不同的平行不可逆反应的分析,得出在各反应级数相同的不可逆平行反应中,返混对产物的收率和选择性没有影响,但对各反应级数不同的不可逆平行反应中,返混不利于反应级数高的反应。返混的结果使得系统中原料浓度降低,因此,反应速率本身将会降低。当循环比β介于0到∞之间时,适用于某些特殊反应过程。     

水合法制丙二醇的CSTR开车模拟及反应器稳定性分析

以水合法制丙二醇为例,对连续搅拌釜式反应器(CSTR)的开车过程进行了动态模拟研究,分析了开车过程中温度、浓度、转化率随时间的变化曲线,确定了影响反应器开车能否成功的主要因素,并对反应器的抗干扰能力进行了分析.研究结果表明,在反应器进料温度(T0)297.15K的条件下,反应器开车失败;而将反应器的进料温度升至300.00K,可使反应器开车成功:影响反应器开车成功与否的主要因素是反应器的进料温度是否高于其点火温度,而该反应体系的点火温度为297.70 K.借助多态理论指导使反应器成功开车后,在T0为297.15 K的条件下稳态操作,当反应器的进料温度升高时,对反应器的操作稳定性影响不大;当进料温度降温幅度低于 3.00 K时,反应器仍能维持在高转化率的状态下操作:但当反应器的进料温度降温幅度大于或等于 4.00 K时,反应器的操作状态将从高转化率跌落至低转化率,导致反应器的白动停车.山此可知,该反应器虽具有一定的抗扰动能力,但其稳定性较差.     

管式反应器液相反应连续制备异丁基乙烯基醚

以乙炔和异丁醇为原料,在异丁醇钾的催化作用下,采用管式反应器在高压下进行全液相反应连续制备异丁基乙烯基醚。研究了催化剂异丁醇钾的剂量、反应温度、反应压强和停留时间等工艺参数对反应结果的影响,得到较为合适的反应工艺条件为:催化剂异丁醇钾的剂量为异丁醇质量的3%、反应温度155℃、反应压强6.0 MPa、停留时间196—260 s。在该条件下进行了液相循环反应以连续制备异丁基乙烯基醚,当稳态运行时,异丁醇的转化率为77.5%,异丁基乙烯基醚的选择性为97.3%。反应动力学研究表明:异丁醇和乙炔的全液相反应合成异丁基乙烯基醚符合一级反应动力学方程,该反应的指前因子k_(0 )为3.14×10~5 s~(-1),反应的活化能E_a为61.09 kJ/mol。管式反应器中进行的是全液相反应,无气态乙炔的存在,既消除了高温高压下气态乙炔的安全隐患,又提高了反应效率。     

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。     

多级串联理想混合反应器变型设计方程

多级串联理想混合反应器变型设计方程刘金廷，刘雪雁（吉林工学院化学工程系，长春１３００１２）在用多级串联理想混合反应的操作方程式及求解时，常常为了简化问题令其各级反应器为等容、等温的状况下进行反应。尤其是用公式法计算多级串联理想混合反应器时，又多以一级...     

CSTR和ACR丁酸型发酵制氢系统的运行特性比较

为寻求更好的连续流发酵生物制氢反应器模式,以稀释糖蜜为底物,控制反应系统为丁酸型发酵,比较研究了搅拌槽式反应器（CSTR）和厌氧接触式反应器（ACR）的启动运行特性。结果表明,以经曝气培养的下水道污泥为接种物,在接种量4.8 g MLVSS·L^-1、进水COD 5000 mg·L^-1、HRT 12 h、温度（35±1）℃和pH 5.5～6.0等相同条件下,CSTR系统可以更快地达到稳定的丁酸型发酵状态,而ACR系统因其有效的生物持有能力而在产氢性能方面更具优势。在稳定运行状态下,ACR系统的底物酸化率、产氢速率和污泥的比产氢速率分别为44%、9 L·d^-1和0.15 L·(g MLVSS·d)^-1,分别是CSTR系统的1.62、2.05和1.15倍。     

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.     

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。     

膜催化反应器的分析与模拟

分析了膜反应器的出现、发展和最新研究。论述了几种膜反应器中气体的传递机理,定量分析了膜反应器中控制传递与反应的模型方程式以及计算机模拟和实验研究结果。最后评价了两类膜反应器的操作特性,以⊿n<0、⊿n=0和⊿n>0三类不同的催化反应作为模型反应与传统的PFR 和 MFR 的操作特性作了对比。     

两段式固定床反应器上生物油水相部分的重整制氢反应

比较了不使用催化剂和使用商业催化剂Z204时两段式反应器生物油水相部分的重整制氢反应的特点,研究了反应温度和生物油水相部分蒸馏温度对生物油水相部分重整制氢反应的影响,考察了催化剂的寿命和蒸馏残渣的特性。实验结果表明,在两段式反应器上使用Z204催化剂时,H₂收率最高可达47％,明显高于不加催化剂时的H₂收率;在蒸馏温度为200 ℃、反应温度为750 ℃的条件下,反应在约4 h的反应时间内H₂收率基本维持在35%左右。对蒸馏残渣的特性考察表明生物油水相部分蒸馏残渣的变形温度要远高于反应时的温度。     

黄贮玉米秸秆在全混流、竖向推流、折流板竖向推流反应器中的厌氧发酵特性

为提高厌氧发酵的效率和秸秆利用率,将玉米干秸秆经过物理生物联合预处理形成黄贮玉米秸秆。本研究通过实验考察了黄贮玉米秸秆在竖向推流反应器（vertical plug flow,VPF）、全混流反应器（continuous stirred tank reactor,CSTR）和由本文作者课题组首创的折流板竖向推流反应器（baffled vertical plug flow,BVPF）中的厌氧发酵产气性能。结果表明,VPF反应器在有机负荷率（organic loading rate,OLR）为0.5gVS/(L·d)时运行良好,但提高OLR会出现出料困难的问题。CSTR有搅拌装置,所以反应器能够快速达到产气平衡。在OLR为1gVS/(L·d)时,BVPF达到稳定所需时间比CSTR多7天,但最终趋于稳定时CSTR和BVPF反应器的单位挥发性固体（volatile solid,VS）的日产气量分别为390.9mL和382.4mL。在OLR为2gVS/(L·d)时,BVPF达到稳定所需时间仅比CSTR多2天,稳定时CSTR和BVPF反应器的单位VS日产气量分别为291.3mL和294.9mL。此外,3种反应器在运行阶段,pH和VFA/TIC值都能维持稳定。在提高OLR后,BVPF和CSTR能够达到新的平衡状态。本实验结果表明VPF反应器只能用于低OLR的情况;CSTR达到稳定状态所需的时间较短,但CSTR和BVPF在稳定运行时的产气效率基本持平。由于BVPF的耗能量、耗水量低,因此该类反应器有良好的商业应用前景。