動量衡算

原理

能量衡算依據是能量守恆和熱力學第一定律，動量衡算的依據則是動量守恆定律即牛頓第二運動定律。

1.反應器的容積，滿足生產能力

2.傳熱面積，為保證傳熱效率

3.物料均勻混合

化學反應伴隨著動量、熱量及質量的傳遞，這些因素對反應速率有直接影響，故設計反應器是必須進行物料、熱量及動量衡算。

當流體通過對反應器前後壓力差不太大時，動量衡算可以不考慮；對於等溫過程，只需物料衡算就可確定反應器的容積，一般情況下，熱效應不可忽略，及非等溫過程，需對物料衡算和熱量衡算式聯立求解算出傳熱面積，進而求出反應器有效體積VR和實際體積V，定出反應器的型式。

通過計算確定原料、產品、副產品間的平衡關係，物料衡算式是反應器設計計算的基本方程式，其理論基礎：質量守恆定理。

對於微元體積ΔV，反應物料組分A的物料衡算式：

簡寫為：A入=A出+A反+A積

1.間歇操作：A入=A出=0→A反=-A積

2.連續穩態操作：A積=0→A反=A出+A反

連續非穩態操作：A積≠0→A反=A出+A反+A積

3.半連續操作：A積≠0→A反=A出+A反+A積

溫度條件取決於產生或吸收的熱量及換熱條件，由熱量衡算可確定反應器的溫度條件及傳熱面積。其理論依據：能量守恆定律

對於流動體系與間歇體系的普遍熱量衡算式：

反應物代入微元體積熱量+由傳熱面傳入微元體積的熱量=反應物從微元體積代出的熱量+微元體積內由於化學反應而消耗的熱量+微元體積內積累的熱量。

簡寫為：q入+q傳=q出+q反+q積q反吸熱反應為正，放熱為負

1.間歇操作：q入=q出=0→q傳=q反+q積

2.連續穩態操作：q積=0→q入+q傳=q反+q出

連續非穩態操作：q積≠0→q入+q傳=q出+q反+q積

3.半連續操作：q入+q傳=q出+q反+q積

通過熱量恆算可確定反應器所需的傳熱面積及傳熱劑的用量，但對間歇聚合反應器來說，在整個過程中，放熱是不均勻的，故在計算傳熱面積時應當以最大熱負荷作為依據。最大熱負荷可由以下兩種方法確定：

1.通過實驗確定。把整個反應過程分成多個階段進行熱量計算，然後作出整個過程的放熱曲線，這樣即可確定最大熱負荷Qmax。

2.根據生產實際情況和經驗，選定Qmax與平均熱負荷之比。

在進行物料恆算與熱量恆算時，對於理想混合流反應器，因為反應器內各點物料的組成和溫度完全一致，故可以對整個反應器列出物料恆算與熱量恆算式；對於平推流反應器，因為物料的溫度和組成等參數隨反應器的位置而變，故只能對微元反應器體積列出物料恆算和熱量恆算式。