动量衡算

  Baike ·  2010-05-03 18:54  ·  19305 次点击
定律,能量衡算依据是能量守恒和热力学第一定律,动量衡算的依据则是动量守恒定律即牛顿第二运动定
律。
用衡算的方法来分析各种与动量传递、热量传递和质量传递有关的过程时,首先要划定衡算的范围,
即衡算的系统,其次要确定衡算的对象与衡算的基准。
反应器计算的基本原理
反应器应当满足的条件:
1.反应器的容积,满足生产能力
2.传热面积,为保证传热效率
3.物料均匀混合
化学反应伴随着动量、热量及质量的传递,这些因素对反应速率有直接影响,故设计反应器是必须进行物料、热量及动量衡算。
当流体通过对反应器前后压力差不太大时,动量衡算可以不考虑;对于等温过程,只需物料衡算就可确定反应器的容积,一般情况下,热效应不可忽略,及非等温过程,需对物料衡算和热量衡算式联立求解算出传热面积,进而求出反应器有效体积VR和实际体积V,定出反应器的型式。
物料衡算
通过计算确定原料、产品、副产品间的平衡关系,物料衡算式是反应器设计计算的基本方程式,其理论基础:质量守恒定理。
对于微元体积ΔV,反应物料组分A的物料衡算式:
简写为:A入=A出+A反+A积
1.间歇操作:A入=A出=0→A反=-A积
2.连续稳态操作:A积=0→A反=A出+A反
连续非稳态操作:A积≠0→A反=A出+A反+A积
3.半连续操作:A积≠0→A反=A出+A反+A积
热量衡算
温度条件取决于产生或吸收的热量及换热条件,由热量衡算可确定反应器的温度条件及传热面积。其理论依据:能量守恒定律
对于流动体系与间歇体系的普遍热量衡算式:
反应物代入微元体积热量
+
由传热面传入微元体积的热量
=
反应物从微元体积代出的热量
+
微元体积内由于化学反应而消耗的热量
+
微元体积内积累的热量
简写为:q入+q传=q出+q反+q积q反吸热反应为正,放热为负
1.间歇操作:q入=q出=0→q传=q反+q积
2.连续稳态操作:q积=0→q入+q传=q反+q出
连续非稳态操作:q积≠0→q入+q传=q出+q反+q积
3.半连续操作:q入+q传=q出+q反+q积
通过热量恒算可确定反应器所需的传热面积及传热剂的用量,但对间歇聚合反应器来说,在整个过程中,放热是不均匀的,故在计算传热面积时应当以最大热负荷作为依据。最大热负荷可由以下两种方法确定:
1.通过实验确定。把整个反应过程分成多个阶段进行热量计算,然后作出整个过程的放热曲线,这样即可确定最大热负荷Qmax。
2.根据生产实际情况和经验,选定Qmax与平均热负荷之比。
在进行物料恒算与热量恒算时,对于理想混合流反应器,因为反应器内各点物料的组成和温度完全一致,故可以对整个反应器列出物料恒算与热量恒算式;对于平推流反应器,因为物料的温度和组成等参数随反应器的位置而变,故只能对微元反应器体积列出物料恒算和热量恒算式。
根据物料恒算和热量恒算可得到反应器设计的基本方程式,再结合动力学方程式就可计算反应器的体积。
化学动力学计算
①一级不可逆反应
②二级不可逆反应
同时我们还需要考虑可逆反应、平行反应、连串反应等。v

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