制药工程原理与设备-02反应器基本理论2.ppt

《制药工程原理与设备-02反应器基本理论2.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《制药工程原理与设备-02反应器基本理论2.ppt（25页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第三节反应器型式及操作方式的选择第三节反应器型式及操作方式的选择反应器型式及操作方式的反应器型式及操作方式的选择依据选择依据：产品转化产品转化率和选择性高，反应器容积要小。率和选择性高，反应器容积要小。一、简单反应一、简单反应只需要一个反应方程式和一个反应速率方程式描只需要一个反应方程式和一个反应速率方程式描述的反应。述的反应。特点：简单反应为单向单一反应，转化率越高，特点：简单反应为单向单一反应，转化率越高，产率越大。产率越大。选择目标：达到同样的转化率，反应器容积最小。选择目标：达到同样的转化率，反应器容积最小。11 间歇反应器与间歇反应器与PFRPFR：VR=v间间歇反歇反应应器：器：V

2、R=v（+）结论结论：PFR优优！22 间歇反应器与间歇反应器与CSTRCSTR:间间歇反歇反应应器：器：零级反应：零级反应：结论结论：表达式相同，因间歇反应器有辅助时间，：表达式相同，因间歇反应器有辅助时间，因此，因此，CSTR优。优。32 间歇反应器与间歇反应器与CSTRCSTR:间间歇反歇反应应器：器：一级反应：一级反应：要使要使CSTR容积小于间歇反应器容积，则：容积小于间歇反应器容积，则：42 间歇反应器与间歇反应器与CSTRCSTR:间间歇反歇反应应器：器：二级反应：二级反应：同样同样比比较较CSTR容积和间歇反应器容积的容积和间歇反应器容积的大小，可以得到大小，可以得到 要满足的

3、条件。要满足的条件。53 PFR与与CSTRCSTR:PFR：零级反应：零级反应：结论结论：容容积积效率：效率：63 PFR与与CSTRCSTR:PFR：一级反应：一级反应：73 PFR与与CSTRCSTR:PFR：二级反应：二级反应：83 PFR与与CSTR结论结论：零级反应零级反应0=1，PFR和和CSTR所需容积相等；所需容积相等；xA一定，反应级数越高，一定，反应级数越高，CSTR所需容积越大；所需容积越大；xA越大，越大，CSTR的容积比的容积比PFR的容积大的越多（零的容积大的越多（零级反应除外）；级反应除外）；94 多釜串联反应器与多釜串联反应器与PFR总时间总时间:PFR：一一

4、级级等容等容积积串串联联釜：釜：104 多釜串联反应器与多釜串联反应器与PFR结论结论：N=1时时，最小；最小；N时时，1，多釜，多釜串串联联相当于理想相当于理想PFR；N增大，增大，增大，釜的容增大，釜的容积积越小。越小。11简单反应反应器的选型原则：简单反应反应器的选型原则：零级反应，零级反应，0=1，选用单个连续釜和管式反应器需，选用单个连续釜和管式反应器需要的容积相同，但间歇釜有辅助时间和装料系数，要的容积相同，但间歇釜有辅助时间和装料系数，需要的容积较大，选用需要的容积较大，选用PFR合适。合适。若反应热效应很大，为了操作方便，可采用间歇釜若反应热效应很大，为了操作方便，可采用间歇釜

5、或多釜串联反应器。或多釜串联反应器。液相反应，反应速度慢，要求转化率高时，采用间液相反应，反应速度慢，要求转化率高时，采用间歇反应釜。歇反应釜。气相或液相反应，反应快，采用管式反应器。气相或液相反应，反应快，采用管式反应器。液相反应，反应级数低，要求转化率不高时，可选液相反应，反应级数低，要求转化率不高时，可选用单釜连续操作用单釜连续操作CSTR。12二二 复合反应复合反应由两个以上化学计量方程来描述的反应。由两个以上化学计量方程来描述的反应。分类：平行反应、串联反应、平行分类：平行反应、串联反应、平行-串联反应串联反应1 平行反应平行反应13分析分析：T一定，一定，k1、k2为常数，选择性取

6、决于为常数，选择性取决于 a1a2时，时，CA越大选择性越好；越大选择性越好；a1a2时，保持时，保持CA越大越好；采取的措施：越大越好；采取的措施：采用间歇釜或管式反应器；采用间歇釜或管式反应器；降低单程转化率；降低单程转化率；选择高浓度原料；选择高浓度原料；气相反应可在加压下进行。气相反应可在加压下进行。a1E1，降低，降低T，可提高反应的选择性；，可提高反应的选择性；E2a2b1b2C CA A、C CB B都高都高A A、B B同时加料同时加料a1a2b1a2b1b2C CA A高、高、C CB B低低 A A一次性加入，一次性加入，B B缓慢滴加缓慢滴加 A A由反应器入口加入、由反

7、应器入口加入、B B分股分股加入（包括在加入（包括在PFR PFR 和和CSTRCSTR中）中）192 串联反应串联反应分析分析：S为目的产物时，为目的产物时，CR大，大，CA相对小。原因：相对小。原因：CA增大，理论上增大，理论上CR增大，但转化率增大，但转化率k1时，采用较低的单程转化率分离出时，采用较低的单程转化率分离出R再循再循环使用原料。原因：副产物不需要，高转化率环使用原料。原因：副产物不需要，高转化率则则CR大，则副产物就多。大，则副产物就多。k1k2时，可采用较高的转化率，减轻分离的时，可采用较高的转化率，减轻分离的负担，但同时副产物增多，可根据经济评价选负担，但同时副产物增多

8、，可根据经济评价选择合适的转化率。择合适的转化率。213 平行平行-串联反应串联反应分析分析：若若R或或S为目的产物（即中间物为目标产物），则应控制为目的产物（即中间物为目标产物），则应控制B的浓度，的浓度，B的浓度越小越好（极限为目标反应前的反应的浓度越小越好（极限为目标反应前的反应能够进行），为提高目标产物的产率和选择性，应增大能够进行），为提高目标产物的产率和选择性，应增大A的浓度，同时不断地分离出中间产物，防止目标反应的浓度，同时不断地分离出中间产物，防止目标反应产物进行后步的副反应；另外，可通过控制反应时间来产物进行后步的副反应；另外，可通过控制反应时间来控制釜产物的产生。控制釜产物

9、的产生。对对A而言：而言：对对B而言：而言：223 平行平行-串联反应串联反应分析分析：若若T为目的产物，则为目的产物，则A、B的浓度越大越好，极限的浓度越大越好，极限为反应器对传质和传热都能顺利完成。另外，反为反应器对传质和传热都能顺利完成。另外，反应时间控制的长一些，让反应有足够的时间完成应时间控制的长一些，让反应有足够的时间完成反应。反应。对对A而言：而言：对对B而言：而言：23三三 CSTR与与PFR串联使用串联使用若反应速度随反应物的浓度变化出现最大值时，若反应速度随反应物的浓度变化出现最大值时，可选用可选用CSTR与与PFR串联使用，使得反应的总容积串联使用，使得反应的总容积达到最小。达到最小。例：自催化反应例：自催化反应 APCSTRPFR24小小 结结1 简单反应的反应器的选择；简单反应的反应器的选择；2 复合反应（平行反应、串联反应、平行复合反应（平行反应、串联反应、平行-串联反串联反应）反应容器的选择以及操作方式的控制；应）反应容器的选择以及操作方式的控制；3 反应器的串联使用；反应器的串联使用；25