高压釜法
氨 水 浓 度 （克/升）
290
物质的量之比（邻硝基氯苯 1：8 /氨水）
反 应 温 度 （℃）
170-175
反 应 压 力 （MPa）
3.5
反 应 时 间 （分钟）
420
反 应 收 率 （%）
98
成 品 熔 点 （℃）
69-69.5
设备生产能力（公斤/升·小 0.012 时）
管式反应器法 300-320 1：15
任务5连续操作管式反应器的计算
? 工作任务：根据化工产品的生产条件进行 连续操作管式反应器的设计与计算。
? 理想置换流动反应器： 连续操作的长径比较大 的 管式反应器 。 适用于液相、气相反应。
1、当用于液相反应和反应前后无摩尔数变化的气相反 应时，可视为恒容过程；当用于反应前后有摩尔数变 化的气相反应时，为变容过程。
V0 ? 0.979 m 3 / h
k ? 0.0174 m 3 /( kmol . min) x Af ? 0.5
VR
?
V0
x Af kc A0 (1 ?
x Af )
?
0 .979
?
0 .0174
?
0.5 60 ? 1.8 ?
(1 ?
0.5)
?
0.521 m 3
? 比较例2-5与例3-1的结果 ? 例2-5 有效体积1.008m3 ? 例3-1 有效体积1.04m3 ? 例5-1 有效体积为0.521m3
恒温变容管式反应器计算
恒温变容管式反应器的计算
气相反应：
Vt ? V0 (1 ? y A0? A x A )
Ft ? F0 (1? yA0? AxA)
cA
?
cA0
1? xA
1? yA0? AxA
(? rA)
?
?
1 V
dnA
d?
?
1?
c A0
yA0? AxA
dxA
d?
恒温变容管式反应器计算式
化学反应
结果：间歇操作釜式反应器生产能力低于连续操作管式反应 器。在恒温恒容过程时是完全相同的，即在相同的条件下， 同一反应达到相同的转化率时，在两种反应器中的时间值相 等。
例题
? 在一连续操作管式反应器中生产乙酸乙酯，试计算 所需反应器有效体积。（生产条件与例3-2中相同）
c A0 ? 1.8kmol / m 3
2 A
VR F A0
?
1 kc2A0
??2? AyA0 (1? ? A yA0 ) ln(1?
?
xA)
?
?
2 A
y2A0
xA
?
(1 ?
? A yA0
)2
xA 1? xA
? ? ?
例5-2
气相反应在恒温下进行：A+B→P，物料在连续操作管 式反应器的初始流量为 360m3/h，组分A与组分B的初 始浓度均为 0.8kmol/m 3，其余惰性物料浓度为 2.4kmol/m 3，k为8m3/（kmol ·min） ,求组分A的转
2、如果在反应过程中利用适当的调节手段使温度基本 维持不变，则为恒温过程，否则即为非恒温过程。
管式流动反应器内的非恒温操作可分为绝热式
和换热式两种。
?
当反应的热效应不大，反应的选择性受温度的
影响较小时，可采用没有换热措施的绝热操作。这 样可使设备结构大为简化，此时只要反应物加热到
要求的温度送入反应器即可。
物料衡算
?微元时间内
? ?微元时间内
? ?微元时间微元 ? ?微元时间微
?
??进入微元体
? ?
?
??离开微元体
? ?
?
?? 体积内转化掉
? ?
?
??元体积内反
? ?
??积的反应物量 ?? ??积的反应物量 ?? ??的反应物量
?? ??应物的累积量 ??
求取反应器的有效体积和物料在反应器中的停留时间：
A? P
（零级）
A? P （零级）
2A? P A? B ? P (cA0 ? cB0 )
（二级）
速率方程
(? rA) ? k
(? rA) ? kcA
计算式 VR ? xA FA0 kA
VR ? ? (1? ? A yA0 ) ln(1 ? xA) ? ? AyA0 xA
F A0kcA0源自(? r ) ? kc A
? VR
?
F A0
dx xAf
A
xA0 (? rA)
? VR
? cA0V0
dx xAf
A
xA0 (? rA)
? ?
?
VR V0
?
c A0
xAf dxA xA0 (? rA )
注意：由于反应过程物料的密度可能发生变化，体积流量也将随之变
化，则只有在恒容过程，称 ? 为物料在反应器中的停留时间才是准确 的。
230 15 15-20 98 69-70 0.6
5.1基础计算方程式
? 连续操作管式反应器的特点： ? 1、在正常情况下，它是连续定态操作，故
在反应器的各处截面上过程参数不随时间 而变化。 ? 2、反应器浓度、温度等参数随轴向位置变 化，故反应速率随轴向位置变化。 ? 3、由于径向具有严格均匀的速率分布，在 径向不存在浓度分布。
5.3 恒温变容管式反应器设计
? 通常情况下，液相反应可近似作恒容过程处理。但当反应 过程密度变化较大而又要求准确计算时，就要把容积变化 考虑进去。
? 对于气相总分子数变化的反应，引起的容积、浓度等的变 化，更应考虑。
结论：反应过程中，因反应温度变化，会发生物料密度的改 变，或物料的分子总数改变，导致物料的体积发生变化。
5.2恒温恒容管式反应器的计算
连续操作管式反应器在恒温恒容过程操作时，可结合恒温恒容 条件，计算出达到一定转化率所需要的反应体积或物料在反 应器中的停留时间：
一级不可逆反应：
? VR ? V0? ? c A0V0
xAf
dxA
xA0 kc A0 (1 ? xA )
? V0 ln 1 ? xA0 k 1 ? xAf
二级不可逆反应：
? VR
? V0? ? c A0V0
xAf 0
dxA kcA20 (1 ? xA) 2
? V0
xAf kcA0 (1 ?
xAf )
分析、讨论：
将物料在间歇操作釜式反应器的反应时间与在连续操作管式反应器 的停留时间的计算式相比：
分析：在这两种反应器内，反应物浓度经历了相同的变化过程，只是在 间歇操作釜式反应器内浓度随时间变化，在连续操作管式反应器内 浓度随位置变化而已。也可以说，仅就反应过程而言，两种反应器 具有相同的效率，只因间歇操作釜式反应器存在非生产时间，即辅 助时间，故生产能力低于连续操作管式反应器。
?
如果反应过程放热，则放出的热量将使反应后
物料的温度升高。如反应吸热，则随反应的进行，
物料的温度逐渐降低。当反应热效应较大时，则必 须采用换热式，以便通过载热体及时供给或移出反
应热。
管式反应器多数采用连续操作，少数采用半连
续操作，使用间歇操作的则极为罕见。
表 两种生产邻硝基苯胺方法的工艺参数对比
反应条件