1、精選優質文檔-傾情為你奉上理想管式循環反應器1、 循環反應器簡介循環反應器是一種把出口產物的一部分循環至反應器入口再進行反應的反應器。最常見的循環反應器是管式循環反應器。其基本的結構如圖1所示。圖1 管式循環反應器基本結構圖循環反應器中一個最重要的概念就是循環比循環流量與出口流量之比。隨著旬環比的增加，平推流反應器內的軸向濃度梯度降低，這種循環操作的平推流反應器越來越接近全混流反應器。這類反應器廣泛地用于自催化反應、生化反應和某些自熱反應。不同類型的循環反應器有不同的目的。對于反應熱很大的反應，采用循環反應器可以進行器外換熱，更好地控制床層溫度；對于自催化反應，循環部分產品可以加快反應速率；對

2、于反應轉化率高時二次反應大的反應，采用循環反應器可以降低原料的一次反應深度，提高主要產品的選擇性。2、 循環反應器設計方程 關于反應器的計算，其關鍵是設計方程的導出。由于存在循環，因此循環反應器不同于之前學過的CSTR或PFR，設計方程也有很大不同。這里僅僅考慮理想的管式循環反應器。循環反應器模型如圖2所示。圖2 管式循環反應器模型依據上述循環比定義，這里的循環比為。也可以看到，當R=0時，該反應器就是PFR；當R時，該反應器就是CSTR。這里，為了便于計算，給出以下定義。：A組分的轉化率，也就是反應的A的物質的量與輸入的A的物質的量之間的比值。為了更好的分析整體的情況，我們將中間的反應過程看

3、做一個黑箱（如圖3所示），那么總的轉化率。圖3 循環反應器的黑箱模型 為了得到循環反應器的設計方程，通常會沿用PFR設計方程，以如下的公式作為循環反應器設計方程： （*注：此式有誤）但是這里存在一個誤區。在PFR設計中，選擇處的作為設計方程中的流量值，而這里同樣也需要一個處的，而不是。所以這里需要引入一個假想狀態，也就是在這個管式反應器前面假設有兩個反應器，如圖4紅色框線部分所示。圖4 帶有假想反應器的循環反應器模型上圖中，紅色框線中左側的反應器將循環回來的物流中所有的已轉化了的A組分重新逆向轉化為A，而右側反應器的輸入則是、的物流。假設右側反應器的體積為，原循環反應器的體積為，則對這二者組成

4、的系統進行分析，可以知道其設計方程為 而 因此此即循環反應器的設計方程。但上式中、均未知，因此需要先將這幾個未知量求出。顯然，穩態時，從循環反應器流出的物流組分與最終的輸出組分相同，即。循環物流，而由可得，因此。當將該部分循環物流中已經反應了的A再次轉化為A的時候，該部分物流流量為。因此，假想態的為：接下來計算，的計算也要依據上述原則，即從循環中假想的處開始計算。因此將上述計算出來的三個未知量帶入原設計方程中，得即該式即為理想管式循環反應器的設計方程。在反應的動力學已知、初始流量已知、出口轉化率已規定好的情況下，給出循環比，則對應循環反應器體積可以依據上式求出。3、 循環反應器摩爾衡算匯總計算

5、中包含假想部分的循環反應器模型如圖4所示。圖4 帶假想反應器的循環反應器模型其中主要位置的摩爾衡算匯總如下：4、 圖像及意義 通常的圖像如圖5所示。圖5 圖像之前已經得到，因此面積，因此。也就是已知R的情況下，求出，再從圖像中得到在與之間的面積，將該部分面積重新化為以為底的矩形，并將矩形的上邊向左延長，得到的大矩形的面積即為循環反應器的值。為上述圖像補充另外一個矩形，再對上述圖像進行分析，如圖6所示。圖6 圖像（補充）從圖像上也可以看出，當R0時，該反應器為PFR，；當R時，該反應器為CSTR，；而一般情況下，即為循環反應器，。五、循環反應器優化在實際操作中，最常見的是反應器已經建好，需要通過調整循環比來得到最佳的反應物轉化率。依據式子，在最佳循環比時，。令則而因此上式化為之前定義了而因此因此其中，而是轉化率為時的瞬時反應速率。在上述式子中，左側與右側分別只是的函數，在化學反應工程中通常使用作圖法來尋找最優循環比，也就是。接下來利用圖7來說明如何用圖像法尋找最優循環