塞流式沼气工艺（PFR）

【专家解说】：PFR是一种长方形的非完全混合式消化器，原料从一端进入，呈活塞式推移状态从另一端流出。由于消化器内沼气的产生，呈现垂直的搅拌作用，而纵向搅拌作用甚微。在进料端呈现较强的水解酸化作用，甲烷的产生随着向出料方向的流动而增强。由于该体系进料端缺乏接种物，所以要进行固体的回流。为减少微生物的冲出，在消化器内应设置挡板以有利于运行的稳定。 二、连续理想管式反应器 这种反应器又称平推流反应器，活塞流反应器或反应管（Plug Flow Reactor),以PFR表示。 1、结构及操作 这种反应器的结构非常简单，一般是直管，要求有足够大的长径比（L/d > 50）。反应物料从管的一端送入，一边流动一边反应，从管的另一端引出时，已达到预定的转化率。如图5-13所示。 图5-13 连续理想管式反应器示意图 2、性能和特点 由于这种反应器基本符合连续理想排挤流动模型。故其性能和特点有： （1）通常情况为连续稳定过程，在反应器的各个截面上，CA、xA、(-rA)均为定值，但其随管长方向变化。如图5-14所示。 （2） 各质点在反应器中停留时间相同，返混=0 （3）各质点在流动方向上作有规则的平行移动，相互之间并无位置的交换，因而空混=0。 （4）容易实现大规模生产和自动控制。常用于气相均相反应的场合，如石油烃类的热裂解反应等。 图5-14 PFR的性能 3、基础设计方程 如图5-15所示，PTR的物料衡算，由于该反应器沿管长方向物料的组成在不断变化，故只能取其微元进行衡算，当物料沿管长变化dL时，相应反应器的有效容积变化dVR，据式（5-13）可得：进（1）=出（2）+反应（3） 图5-15 PFR的物料衡算 FA=FA+dFA+(-rA)dVR+0 ∵dFA=d[FA0(1-xA)]=-FA0dxA ∴FA0dxA=(-rA)dVR 对整个反应器进行积分： 式（5-24）、（5-25）、（5-26）称为PFR的基础设计方程式。 在等温恒容的条件下，将反应速率方程式代入基础设计方程式，进行积分，即可求得达到一定转化率所需的反应器的容积。 对于一级反应（-rA)=kCA=kCA0(1-xA) 如果用图解法求解，式（5-24），（5-25）中的关系可用图（5-16）表示。 图5-16 PFR设计方程图解 比较理想间歇反应器和理想管式反应器的各方程式可以看出，两者之间不仅对应的方程相同，而且表述各种参数、变数之间关系的图解形式也都相同。也就是说，在等温等容的过程中，同一反应在相同的反应条件下，为达到相同的转化率，反应组分在理想间歇釜中的反应时间与理想管式反应器内的空间时间是相同的，这是因为在这两种反应器内物料没有返混，所有微元停留时间相同，反应物浓度经历了相同的变化过程，只是在理想间歇釜内浓度随时间变化，而在理想管式反应器内浓度随轴向长度变化而已。就反应过程而言，这两种反应器具有相同的效率，只因间歇反应器存在非生产时间，故生产能力低于管式反应器。 例5-2 在平推流反应器中进行已二酸与已二醇的缩聚反应，生产醇酸树脂。操作条件和产量与例5-1相同。试计算平推流反应器的有效容积。其平推流反应器内径为300mm，其反应器长度为多少米？ 解 因该反应为二级反应且属于恒容过程，代入二级反应计算式 =0.9/(0.118*4(1-0.9)) = 19.067 h VR=τCV0=19.067*0.171=3.26m3 管长 L=VR/{(π/4)d2} =0.326/(0.785*0.32)≈46m 没有实际做过，给你的资料，希望能有帮助