第13章均相化学反应器

1、第十三章 均相化学反应器第十三章 均相化学反应器第一节 间歇与半间歇反应器第二节 完全混合流反应器第三节 平推流反应器本章主要内容一、间歇反应器二、半间歇反应器第一节 间歇与半间歇反应器本节的主要内容1. 间歇反应器的操作方法 将反应物料按一定比例一次加到反应器内，然后开始搅拌，使反应器内物料的浓度和温度保持均匀。反应一定时间，反应率达到所定的目标之后，将混合物料排出反应器。之后再加入物料，进行下一轮操作，如此反复。一、间歇反应器第一节 间歇与半间歇反应器由于剧烈搅拌、混合，反应器内有效空间中各位置的物料温度、浓度都相同；由于一次加料，一次出料，反应过程中没有加料、出料，所有物料在反应器中停留

2、时间相同，不存在不同停留时间物料的混合，即无返混现象；出料组成与反应器内物料的最终组成相同；为间歇操作，有辅助生产时间。一个生产周期应包括反应时间、加料时间、出料时间、清洗时间、加热（或冷却）时间等。2. 间歇反应器特点第一节 间歇与半间歇反应器 反应器有效容积中物料温度、浓度相同，故选择整个有效容积VR作为衡算体系。在单位时间内，对组分A作物料衡算：的积累量物料中单位时间内的量消失的物料内反应单位时间的量的物料单位时间排出的量的物料单位时间进入AAAARRRRVVVV1ARAsmoldd00tnVr3.3.间歇反应器设计方程间歇反应器设计方程第一节 间歇与半间歇反应器整理得分离变量并积分得为

3、间歇反应器设计计算的通式。 它表达了在一定操作条件下，为达到所要求的转化率xA所需的反应时间tr。1A0ARAsmolddtxnVrAr0RAAA00rddxtVrxntt第一节 间歇与半间歇反应器在恒容条件下，上式可简化为：A0AA1xccAA0AAA0AAA0rddccxrcrxct第一节 间歇与半间歇反应器间歇反应器内为达到一定转化率所需反应时间间歇反应器内为达到一定转化率所需反应时间tr，只是动，只是动力学方程式的直接积分，与反应器大小及物料投入量无力学方程式的直接积分，与反应器大小及物料投入量无关。关。 已知反应动力学方程和组分A的浓度变化，就能按上式计算反应时间。 一般采用数值积分

4、或图解法。4 4、反应时间的计算、反应时间的计算第一节 间歇与半间歇反应器间歇反应器中的单反应间歇反应器中的单反应 设有单一反应 AP 动力学方程为 AnArkC 00000(35)AfAfAfAxxCAAAAACAAAndxdxdCtCVrrr积分上式，可计算A的残余浓度和转化率。A A、数值积分、数值积分第一节 间歇与半间歇反应器0级反应： ， 直线下降；1级反应： 较缓慢下降；2级反应： 缓慢下降。对于一级或二级不可逆反应，在反应后期，CA的下降速率，即xA的上升速率相当缓慢。若追求过低的残余浓度，即过高的转化率，则在反应后期要花费大量的反应时间。ACt随ACt随ACt随0AACCkt0

5、ktAACC e001AAACCC kt残余浓度和反应时间的关系残余浓度和反应时间的关系第一节 间歇与半间歇反应器【例题13.1.1】间歇反应器中发生一级反应A B(恒容反应)，反应速率常数k为0.35 h-1，要使A的去除率达到90，则A在反应器中需反应多少小时？ 解：设xA为转化率，则cA的值为 cA=cA0(1-xA)= cA0(1-0.90)=0.10cA0 根据设计方程：cA/cA0=e-kt 有0.10cA0/cA0=e-0.35t 解得t=6.58h第一节 间歇与半间歇反应器B、间歇反应器的图解设计法A0积ct面t积面A0AAA0 xrdxct(12.2.4)A0AAAccrdc

6、t(12.2.6)第一节 间歇与半间歇反应器0Ax1/rAA0cAc01/rA 对于给定的生产任务，即单位时间处理的原料量qnAkmol.h-1以及原料组成CA0 kmol.m-3、达到的产品要求xAf及辅助生产时间t、动力学方程等，均作为给定的条件，设计计算出间歇反应器的体积。5. 设计计算过程第一节 间歇与半间歇反应器由式 计算反应时间tr；计算一批料所需时间tt； tt=tr+t；t为辅助生产时间 计算反应器有效容积VR；A0AAA0rdxrxctttqVVr0R第一节 间歇与半间歇反应器 计算反应器总体积VR。反应器总体积应包括有效容积、分离空间、辅助部件占有体积。通常有效容积占总体积

7、分率为6085，该分率称为反应器装填系数，由生产实际决定。RRVV【例题13.1.2】某厂生产醇酸树脂是使己二酸与己二醇以等摩尔比在70用间歇釜并以H2SO4作催化剂进行缩聚反应而生产的，实验测得反应动力学方程为：cA0=4 kmol.m-3132AAminmkmolkcr1133minkmolm1097. 1k第一节 间歇与半间歇反应器若每天处理2400kg己二酸，每批操作辅助生产时间为1h，反应器装填系数为0.75，求：(1)转化率分别为xA=0.5，0.6，0.8，0.9时，所需反应时间为多少?(2)求转化率为0.8，0.9时，所需反应器体积为多少?第一节 间歇与半间歇反应器解：(1)达

8、到要求的转化率所需反应时间为：xA=0.5xA=0.6 tr=3.18hxA=0.8 tr=8.5hxA=0.9 tr=19.0hAfAf0A02A2A0AA00AAA0r111ddAfAfxxkcxkcxcrxctxxh10. 26015 . 015 . 041097. 113rt第一节 间歇与半间歇反应器(2)反应器体积的计算xA= 0.8时：tt=tr+t=8.5+1=9.5h每小时己二酸进料量qnA0，己二酸相对分子质量为146，则有：处理体积为：实际反应器体积VR：10nAhkmol684. 0146242400q130A0nA0hm171. 04684. 0cqqV第一节 间歇与半

9、间歇反应器反应器有效容积VR：实际反应器体积VR：当xA=0.9时：tt=19+1=20hVR=0.17120=3.42m3VR=3.420.75=4.56m33t0Rm63. 15 . 9171. 0tqVV3RRm17. 275. 063. 1VV第一节 间歇与半间歇反应器 (1)将两种或两种以上的反应物、或其中的一些组分一次性放入反应器中，然后将某一种反应物连续加入反应器。 特点：可控制加入成分在反应器中的浓度，便于控制反应速率。 (2)将反应物料一次性加入反应器，在反应过程中将某个产物连续取出。 特点：可以使反应产物维持在低浓度水平（利于可逆反应向生成产物的正方向进行；防止分泌产物对微

10、生物生长的抑制作用）。二、半间歇反应器（一）半间歇反应器的操作方法第一节 间歇与半间歇反应器半间歇操作的特点(1)与间歇操作一样，是一个非稳态过程(2)与间歇操作不同之处：反应混合液的体积随时间而变化。第一节 间歇与半间歇反应器反应量-rAVA的流入量A0VA0cqqnABccV浓度，体积tqnntqnntqnttxnnnA0A0AA0A0AA0A0A1)(AAA的量时间内加入的的起始量的量时间内反应消耗掉的nA(nA0qnA0t)(1xA) （二）半间歇反应器的设计计算1. 转化率的定义第一节 间歇与半间歇反应器2. 半间歇反应器的设计方程单位时间内A的加入量：qnA0qVcA0单位时间内A

11、的排出量：0反应量：(rA)V积累量：dnA/dtd(cAV)/dtcA(dV/dt)+V(dcA/dt)物料衡算式：qVcA0=(rA)V+ cA(dV/dt)+V(dcA/dt) (13.1.2)qVcA0=(rA)V+ cAqV+V(dcA/dt) (13.1.3)VV0qVt第一节 间歇与半间歇反应器反应量-rAVA的流入量A0VA0cqqnABccV浓度，体积(1) 对于一个实际规模的均相连续反应器，影响反应物转化率的主要因素有哪些？(2) 间歇反应器的一般操作方式是什么？你能举出哪些间歇反应器的例子？(3) 半间歇反应器有哪几种操作方式？(4) 半间歇反应器与间歇反应器相比有哪些异

12、同点？(5) 对于半间歇反应器，转化率是如何定义的？本节思考题第一节 间歇与半间歇反应器上一次课内容小结上一次课内容小结1 1、膨胀因子、膨胀因子2 2、返混、返混3 3、反应速率、反应速率4 4、单一不可逆反应，反应速率的微分式和积分式、单一不可逆反应，反应速率的微分式和积分式5 5、半衰期计算、半衰期计算一、单级反应器二、多级串联反应器第二节 全混流反应器 本节的主要内容一、单级反应器（一）操作方法与特点1、操作方法：连续恒定地向反应器内加入反应物，同时连续不断地把反应液排出反应器，并采取搅拌等手段使反应器内物料浓度和温度保持均匀。全混流反应器是一种理想化的反应器。应 用：污水的pH中和槽

13、、混凝沉淀槽以及好氧活性污泥的生物反应器（常称曝气池）第二节 全混流反应器 2、全混流反应器的特点、全混流反应器的特点 反应器内物料参数（浓度、温度等）处处相等，且等于物料出口处的物料参数； 物料参数不随时间而变化； 反应速率均匀，且等于出口处的速率，不随时间变化； 返混3、适用范围：、适用范围： 搅拌反应器，强烈搅拌。第二节 全混流反应器 全混釜中各处物料均一，故选整个反应器有效容积VR为物料衡算体系，对组分A作物料衡算。的积累量物料中单位时间内的量消失的物料内反应单位时间的量的物料单位时间排出的量的物料单位时间进入AAAARRRRVVVV0RfAAfA0Vrqqnn( )A fr式中指按出

14、口浓度计算的反应速率。（二）全混流反应器基本设计方程（二）全混流反应器基本设计方程第二节 全混流反应器 整理得到： 恒容条件下又可以简化为：RfAA0AfnA0VrxxqfA0AAfnA0RrxxqVfA0AAf0A0RrxxcqVVfAAfA0rcc第二节 全混流反应器 已知反应动力学方程和组分A的浓度变化，就能按上式计算反应时间和计算反应器体积。 一般采用数值积分或图解法。00nA0AVcqq【例题13.2.1】完全混合流反应器中发生一级反应A B，反应速率常数k为0.35 h-1，要使A的去除率达到90，则A需在反应器中停留多少小时？ 解：设xA为转化率，则cA的值为 cA=cA0(1-

15、xA)= cA0(1-0.90)=0.10cA0 根据反应平衡方程：=(cA0-cA)/kcA 有=(cA0-0.10cA0)/(0.350.10cA0)=25.7h 第二节 全混流反应器 第二节 全混流反应器 全混流反应器的图解设计法A0积c面积面(cA0 xA)/-rA(cA0cA)/rA（恒容反应） 第二节 全混流反应器 A0c0Ac-1/rA0Ax-1/rA【例题13.2.1】某厂生产醇酸树脂是使己二酸与己二醇以等摩尔比在70采用CSTR反应器，并以H2SO4作催化剂进行缩聚反应而生产的，实验测得反应动力学方程为： cA0=4 kmol.m-3132AAminmkmolkcr1133m

16、inkmolm1097. 1k第二节 全混流反应器 若每天处理2400kg己二酸，求己二酸转化率分别80、90时，所需反应器的体积。(已知己二酸分子量146）解：已知：2A2A0A1xkcr110nAmkmol0114. 0hkmol684. 0146242400inq130A0nA0hm171. 04684. 0cqqV第二节 全混流反应器 由设计方程 代入数据，xAf=0.8时 代入数据，xAf=0.9时2Af20A0AAf0nAR1xkcxxqV3223Rm23. 78 . 0141097. 18 . 00114. 0V3223Rm6 .329 . 0141097. 19 . 00114

17、. 0V第二节 全混流反应器 N个全混流反应器串联操作在工业生产上经常遇到。其中各釜均能满足全混流假设，且认为釜与釜之间符合平推流假定，没有返混，也不发生反应。VR1CA1CAiCAi-1CA2VRmVR2VRiVRi-1CA0CAmV0V0V0V0V0V0 xAmxAixAi-1xA2xA1二、多级串联反应器（一）多级串联全混流反应器的基本方程第二节 全混流反应器 对任意第i釜中关键组分A作物料衡算。 对恒容、定常态流动系统，qV0不变， ，故有： 对于N釜串联操作的系统，总空间时间：iViqV0RiiiiiiirccrxxcAA1AA1AA0AN21第二节 全混流反应器 小于单个全混釜达到

18、相同转化率xAN操作时的空间时间。由于釜与釜之间不存在返混，故总的返混程度小于单个全混釜的返混。43214231A0c0Ac1/rA第二节 全混流反应器 （二）多级串联反应器的逐步计算法一级恒容反应：rAikcAiiiiiiiiikcccrccqVAA)1(AAA)1(AV10AA11kcc)1)(1 (121A021AA2kkckcc)1 ()1)(1 (210AAnnkkkcciiikcc1)1(AA第二节 全混流反应器 n10AAn1iikcc0001AAmAmAmAACCCxCC 1111mAmiixk （331）123.m等容过程 故 当每级体积相等时第二节 全混流反应器 11111

19、11mmAmiixkk （332）1/1111mAmkx（333）001/111RRimAmmVVmVmVkx（334） 则可进一步简化总体积或第二节 全混流反应器 【例题13.2.3】乙酸的水解反应，可以近似地看作一级反应，该反应在300K时的速率方程为：rA=2.7710-3cAmol/(m3s)。将乙酸浓度为600mol/m3的液体以0.050m3/min的速度送入一完全混合流反应器。试求以下几种情况时的乙酸的转化率。(1)反应器的体积为0.80m3时；(2)0.40m3的反应器，二个串联使用时；(3)0.20m3的反应器，四个串联使用时。第二节 全混流反应器 (1)反应器的体积为0.8

20、0m3时s96060/105080. 03330AA1mol/m0 .1649601077. 216001kcc%7 .72600164600A0A1A0A1cccx平均空间时间第二节 全混流反应器 (2)0.40m3的反应器，二个串联使用时s48060/105040. 033232A0A2mol/m6 .110)4801077. 21 (600)1 (kcc%6 .816006 .110600A0A2A02Acccx每个槽的平均空间时间第二节 全混流反应器 (3)0.20m3的反应器，四个串联使用时s24060/105020. 033434A0A4mol/m1 .78)2401077. 21

21、 (600)1 (kcc%0 .876001 .78600A0A3A0A4cccx每个槽的平均空间时间第二节 全混流反应器 对于非一级反应，采用解析法计算比较麻烦，一般采用图解法计算。 1）等温等容过程，且各级体积相同（1）图解法基本原理 将上述两个方程同时绘于两线交点的横坐标即为CAi.。AArC图上（三）图解计算法iiiiccr)1(AAA操作方程)(AAckfri速率方程第二节 全混流反应器 等温、等容、各级体积相等情况的图解计算-1/CA1CA0CArACA2CA3A1A2A3CAmOM第二节 全混流反应器 的直线与OM线交于A1点，其横坐标即为CA1；c. 由于各级温度相同，所以各级

22、的动力学曲线均为OM线 ; 且为等容过程，各级体积相等：（2）作图步骤AArC1123.ma.在 图上标出动力学曲线OMd. 过CA1作CA0 A1的平行线，与OM曲线交于A2,其横坐标即为C A2 。如此下去，当最终浓度等于或小于规定出口浓度时，所作平行线的根数就是反应器级数。b.以初始浓度CA0为起点，过CA0作斜率为第二节 全混流反应器 等温、等容、各级体积相等情况的图解计算-1/CA1CA0CArACA2CA3A1A2A3CAmOM第二节 全混流反应器 如果各级温度不同，则需作出各级的动力学曲线 OM1、OM2。然后依次作出CA0A1、 CA1A2 、CA2A3，依此 求出CA1 、C

23、A2、 CA3。-1/CA1CA0CArACA2CA3A1A2A3M1M2M3O第二节 全混流反应器 2) 等容、各级体积相同，但温度不同3)等容、等温但各级体积不同AArC的各直线斜率 不相同，1如图依次作出CA0A1、 CA1A2 、CA2A3，求出CA1 、CA2 、 CA3。 如果各级体积不相同，则CA1CA0CArACA2CA3A1A2A3CAm-1/2-1/3-1/1OM第二节 全混流反应器 【例题13.2.3】已知一级反应A B在10个串联的完全混合流反应器(CSTR)中进行，假设反应速率常数k为0.35 h-1，反应物A的初始浓度为150 mg/L，10个CSTR完全相同，A在

24、每个CSTR中的停留时间是1/1.5 h，分别采用公式法和图解法求A的转化率。 第二节 全混流反应器 公式法：A0A)11(ckcnn15081734. 0150)667. 0)(35. 0(11(Annnc当n=10时, 有 mg/l180A1c所以10个串联的CSTR反应器的转化率为：xA=(150-18.0)/150100%=88.0%。对于完全混合流反应器，基本方程为第二节 全混流反应器 图解法：如图所示，以rA对cA作图得反应曲线，以1/的斜率构造三角曲线图得10个CSTR反应器的反应曲线，从图中读出第10个CSTR的出口浓度cA为18mg/L。所以10个串联的CSTR反应器的转化率

25、为：xA=(150-18.0)/150100%=88.0%。AAAddkcrtc一级反应速率方程为第二节 全混流反应器 0501001500102030405060Slope=1.50h-1rA /(mgL1h1)cA/(mgL1)三、多级全混流反应器串联的优化三、多级全混流反应器串联的优化 在设计反应器时，物料处理量V0、进料组成及最终转化率XAm是由工艺条件确定的。 如何确定反应器级数m和各级的体积，使总体积最小。 反应器级数越多,反应推动力增大,但设备投资、工艺流程和操作控制变得复杂，因此需要综合考虑。 以下讨论，当物料处理量V0、进料组成及最终转化率XAm和反应器级数m确定后，如何最佳

26、分配各级转化率xA1、xA2、xAm1，使VR最小。第二节 全混流反应器 为使VR最小，将上式分别对xA1、xA2、xAm1求偏导数，并令之为零，则有001001111()()()mmmAAiAiAAiAiRRiAiAiV CxxV CxxVVrf x0(1,2,.1)RAiVimx 对于等温等容过程，各级反应器体积为 反应器总体积 为以上共有（m-1）个方程，可解出（m-1）个待定量(xA1、xA2、xA3xAm1)。001()AAiAiRiAiV CxxVr第二节 全混流反应器 1121000102001210.(1)(1)(1)110(1,2,.1)(1)1AmAmAAARAAAAAAA

27、mAiRAiAiAixxxxxVV CkCxkCxkCxVxVimxkxx12111(1,2,.1)(1)1AiAiAiximxx111111AiAiAiAixxxx111010111111AiAiAiAiAiAiAiAiAiAiAiAixxxxxxV xxV xxkxkx1(1,2,.1)RiRiVVim反应器总体积 即化简后即由上式上式表示：对于一级不可逆反应，当各级的体积相等时，总反应体积最小。 以一级不可逆反应为例(1) 全混流连续反应器的一般操作方式是什么？你能举出哪些间歇反应器的例子？(2) 与间歇反应器相比，对于同一反应，在同样的反应条件下，达到同样的转化率，所需全混流连续反应器

28、的体积有何不同？为什么？本节思考题第二节 全混流反应器 (3) 对于一简单不可逆反应，在反应器总有效体积和反应条件不变的条件下，随着全混流反应器的级数的增加，反应物的转化率如何变化？为什么？转化率的极限值是什么？(4) 简述多级全混流反应器的解析计算法。(5) 简述多级全混流反应器的图解计算法。本节思考题第二节 全混流反应器 一、简单的平推流反应器二、具有循环操作的平推流反应器第三节 平推流反应器 本节的主要内容一、简单的平推流反应器平推流反应器的特点：1. 物料参数（温度、浓度、压力等）沿流动方向连续变化，不随时间变化；2. 任一载面上的物料参数相同，反应速率只随轴向变化；3. 反应物料在反

29、应器内停留时间相同，即反应时间相同；4. 返混0（一）操作方式 将物料连续流入、并连续取出，在反应器内使物料沿同一方向、以同样的速度流动 活塞流(piston flow) 第三节 平推流反应器 平推流反应器是一种理想反应器。（二）平推流反应器的基本方程 在稳态状态下，dnA/dt=0 qnAqnA dqnA (rA)dVdnA/dt dqnA (rA)dV(12.3.11)0 , ,A0V0A0A0 xqcqnVAAVA ,qxcqdVAAA ,xcqnAAAAddxxqqnnV第三节 连续反应器的解析 基本方程的不同表达形式AAddrVqn(12.3.12)AAA0ddrVxqnAAVd)(

30、drVcq(12.3.13a)(12.3.13b)微分形式A0AAA0dxnrxqVA0AAA0 xrdxc(12.3.15)(12.3.18)积分形式第三节 连续反应器的解析 对于恒容过程： 以上设计方程关联了反应速率、转化率、反应器体积和进料量四个参数，可以根据给定条件从三个已知量求得另一个未知量。A0AA1xcc2A1AAARdccVrcqV第三节 平推流反应器 一般采用数值积分或图解法。一般采用数值积分或图解法。【例题13.3.2】平推流反应器中发生一级反应A B，反应速率常数k为0.35 h-1，要使A的去除率达到90，则A需在反应器中停留多少小时？ 设xA为转化率，则cA的值为cA

31、=cA0(1-xA)= cA0(1-0.90)=0.10cA0根据反应平衡方程：cA/cA0=e-k有(0.10cA0)/cA0=e-0.35解得=6.58h 解：第三节 平推流反应器 第三节 平推流反应器 反应时间，反应时间，其含义是反应物料进入反应器后从实际发生反应的时刻起到反应达到某一程度（如某个转化率）时所需的反应时间停留时间，停留时间，是指反应物从进入反应器的时刻算起到它们离开反应器的时刻为止在反应器内共停留了多少时间，对分批操作的对分批操作的间歇反应器和连续操作的平推流反应器来说反应时间和停留时间歇反应器和连续操作的平推流反应器来说反应时间和停留时间是一致的间是一致的，而对于所有具

32、有“返混”的全混流反应器，由于器内反应流体的流动状况极为复杂，既有可能短路，亦可能有死区和循环流。所以其出口物料中有些微团可能在器内停留魏短的时间，而有的可能很长，具有停留时间分布，一般用平均停留时间表示。空间时间，空间时间，称简空时，反应器有效体积(V)与进料流体的体积流量(qv)之比值。【例题13.2.1】某厂生产醇酸树脂是使己二酸与己二醇以等摩尔比在70采用平推流反应器，并以H2SO4作催化剂进行缩聚反应而生产的，实验测得反应动力学方程为： cA0=4 kmol.m-3132AAminmkmolkcr1133minkmolm1097. 1k第二节 全混流反应器 若每天处理2400kg己二

33、酸，求己二酸转化率分别80、90时，所需反应器的体积。2A2A0A1xkcr110nAmkmol0114. 0hkmol684. 0146242400inq130A0nA0hm171. 04684. 0cqqV2A1AAA0A0RdxxVrxcqV解：已知：对平推流反应器：第三节 平推流反应器 222AAA0A02A20AA0A0R111dxxkcxkcxcqVxV33Rm45. 16018 . 018 . 041097. 1171. 0V3Rm26. 3V代入数据xA=0.8时：xA=0.9时：第三节 平推流反应器 将前面的结果汇总 从上表可看出，达到同样结果间歇反应器比平推流反应器所需反应

34、体积略大些，这是由于间歇过程需辅助工作时间所造成的。而全混釜反应器比平推流反应器、间歇反应器所需反应体积大得多，这是由于全混釜的返混造成反应速率下降所致。当转化率增加时，所需反应体积迅速增加。反应器有效容积平推流反应器间歇釜式反应器全混流反应器xA=0.81.45 m32.17 m37.23m3xA=0.93.26 m34.56 m332.6 m3【例题13.3.1】在例题13.2.3中，假如反应在1个平推流反应器中进行，且停留时间与10个串连CSTR的总停留时间相同，试计算A的转化率，并与例题13.2.3中的结果比较。对于平推流反应器，基本方程为 kcc eA0A于是有mg/L5 .14e

35、)150()67. 6)(35. 0(Ac所以1个平推流反应器的转化率为：xA=(150-14.5)/150100%=90.3%。解：第三节 平推流反应器 xA88.0%【例题13.3.3】乙酸的水解反应，可以近似地看作一级反应，该反应在300K时的速率方程为： rA=2.7710-3cA mol/(m3s) 将乙酸浓度为600 mol/m3的液体以0.050 m3/min的速度送入一有效体积为0.80 m3的平推流反应器，求反应器出口处的转化率。 第三节 平推流反应器 对于一级反应，在恒容条件下：rA=kcA=kcA0(1-xA) A0AA0AVA0)1 (dxxkcxqcV930. 096

36、0e131077. 2Ax)1ln(Axk)1ln(AVxqkVkxe1A解：第三节 平推流反应器 kxe1A根据题意，k=2.7710-3 s1s96060/ )1050(80. 03s根据题意，k=2.7710-3 s1s96060/ )1050(80. 03s第三节 平推流反应器 图解计算法A0积c面积面A0cAcA0AAA0dxrxc(12.3.18)A0AAAdccrc(12.3.19) 0Ax1/rA01/rA304mkmolcA1318. 0hmqV2A3A1097. 1cr13minmkmol某厂生产醇酸树脂是使己二酸与己二醇以等摩尔比在70用间歇釜并以H2SO4作催化剂进行缩

37、聚反应而生产的，假设反应为恒容体系，已知关键组分己二酸的初始浓度，每小时的处理量，实验测得反应动力学方 求当己二酸转化率为80时，分别用全混流反应器和平推流反应器反应时所需反应器的有效体积和停留时间。 程为第三节 平推流反应器 2Af0AAf2Af20AAf00R11)(xkcxxkcxcrccqVAAAfAV3Rm61. 718. 03 .42VqV第三节 平推流反应器 解（1）对全混流反应器：代入数据xA=0.8得hqVV3 .42min07.25388 . 0141097. 18 . 023RAf0AA0ARdxVrxcqV（2）对平推流反应器：fxVxxkcxkcxcqVAAf0A02

38、A20AA0AR111dAf3Rm52. 118. 046. 8VqV代入数据xA=0.8得hqVV46. 8min6 .5072 . 041097. 18 . 03R第三节 平推流反应器 (1)将排出反应器的混合物的一部分不经任何处理直接返送到入口处。二、具有循环操作的平推流反应器（一）循环反应器的操作方法反应器反应物料产物循环(a)反应器反应物料产物未反应物料循环(b)分离器(2)在反应器出口设一分离装置，将反应产物分离取出，只把未反应的物料返送到反应器入口处。第三节 平推流反应器 (3)微生物培养中常用的一种形式。在反应器出口设置菌体分离器，将反应产生的菌体浓缩，把浓缩后的菌体的一部分或

39、全部返送到反应器 生成物营养物质菌体分离器菌体浓缩液第三节 平推流反应器 （二）循环反应器的设计方法Vcqqn，AVAA00VA0cqqnA11VA1cqqnA2V2A2cqqnAeAeVeAecxqqnMN3VA3qqn，(a) 平推流循环反应器VeV3qq排出反应器的体积流量循环物料的体积流量循环比第三节 平推流反应器 1. 循环反应器的物料衡算反应器系统外围，即虚线部分的转化率xAe(qnA0qnAe)/ qnA0 (13.3.2)即：qnAeqnA0(1xAe)/ qnA0(13.3.3) Vcqqn，AVAA00VA0cqqnA1V1A1cqqnA2V2A2cqqnAeAeeVAec

40、xqqnMN3VA3qqn，第三节 平推流反应器 反应器出口点(2)A的物质流量 qnA2(1) qnAeqnA0(1)(1xAe) (13.3.4) N点出的物料衡算 qnA3qnAeqnA0(1xAe) (13.3.5) 混合点M处的物料衡算式为： qnA1qnA0qnA3 (13.3.6)由(13.3.5)和(13.3.6)式可得： qnA1qnA01(1xAe) (13.3.7)V，c，q，qAVAnA00VA0cqqnA11VA1cqqnA2V2A2cqqnAeAeVeAecxqqnMN3VA3qqn，第三节 平推流反应器 1. 进入反应器的物质流量不是qnA0而是qnA1 qnA1

41、qnA01(1xAe)(13.3.7)2. 进入反应器的物料是新鲜物料与反应后物料的混合物。故对反应器本身进行物料衡算时，不能使用qnA0定义的转化率xA。 几点说明与注意点第三节 平推流反应器 qnA2(1) qnAeqnA0(1)(1xAe) (13.3.4)qnA0 qnA2qnA0(1xAe) (13.3.10)不难理解xAe可以视为与qnA0，即qnA0(1)为基准的反应器出口(2)处的xA2相等。 A0A0AAnnnqqqx第三节 平推流反应器 2. 循环反应器的等价反应器Vcqqn，AVAA0V0A0cqqnA1A1xqnAeA2A2xxqnM(b) 与(a)等价的反应器(a)

42、平推流循环反应器第三节 平推流反应器 Vcqqn，AVAA00VA0cqqnA1V1A1cqqnA2V2A2cqqnAeAeeVAecxqqnMN3VA3qqn，等价反应器系统的特点(1)物料流的体积流量qV0qV0(1)，组成与原物料流相同，所以qnA0qnA0(1)。(2)原物料流与循环流在M点处混合所产生的组成变化，被假设为是在反应器M内所发生的。进入反应器M的物料流为未反应物料qV0，A的进入量为qnA0，假想是由于在该反应器内产生反应， A的排出量变为qnA1。第三节 平推流反应器 Vcqqn，AVAA0V0A0cqqnA1A1xqnAeA2A2xxqnM(3)反应器M出口处的转化率xA1为：)1 ()1 (1)1 (A0AeA0A00AA1A0A1nnnnnnqxqqqqqx1A1Aexx(13.3.13)第三节 平推流反应器 Vcqqn，AVAA0V0A0cqqnA1A1xqnAeA2A2xxqnM系统b的主反应器与原系统有相同的反应体积和转化率，因此可以利用该系统对原系统进行设计计算。AeA0AeA0A0A2A0A2)1 ()1 ()1 (xqqqqqqxnnnnnn(4)以qnA0为基准的反应器出口处的转化率xA2为：(5)主反应器内的质量流