化学反应工程__第2章_理想反应器

1、第二章第二章 理想反应器理想反应器Ideal Flow Reactor第一节第一节 间歇反应器间歇反应器(BR)第二节第二节 平推流反应器平推流反应器(PFR)第三节第三节 全混流反应器全混流反应器(CSTR)2022年4月22日星期五2022年4月22日星期五反应器设计的基本内容反应器设计的基本内容1）根据化学反应的动力学特性来选择合适的反应器形式；）根据化学反应的动力学特性来选择合适的反应器形式；2）结合动力学和反应器两方面特性来确定操作方式和优化）结合动力学和反应器两方面特性来确定操作方式和优化 的操作设计；的操作设计；3）根据给定的产量对反应装置进行设计计算，确定反应器）根据给定的产量

2、对反应装置进行设计计算，确定反应器 的几何尺寸并进行某些经济评价。的几何尺寸并进行某些经济评价。2022年4月22日星期五（无返混）（无返混）（返混程度最大）（返混程度最大）理想反应器理想反应器全混流反应器（理想混合）全混流反应器（理想混合） （完全混合）（完全混合） 平推流平推流反应器（活塞流、理想置换反应器）反应器（活塞流、理想置换反应器）Plug Flow Reactor(PFR)（无（无返混返混）间歇式完全混合间歇式完全混合连续式完全混合连续式完全混合Batch Reactor(BR)Continuous Stirred Tank Reactor(CSTR)2022年4月22日星期五

3、返返 混混：不同停留时间的粒子间的混合不同停留时间的粒子间的混合 平推流平推流：反应物料以相同的流速和一致的方向进行移动，反应物料以相同的流速和一致的方向进行移动， 所有的物料在器内具有相同的停留时间。所有的物料在器内具有相同的停留时间。2022年4月22日星期五4 间歇反应器的最优操作时间1 物料衡算第一节 间歇反应器2 热量衡算3 反应容积的计算2022年4月22日星期五 间歇式完全混合反应器间歇式完全混合反应器2022年4月22日星期五特点：特点： 反应器内各处温度始终相等，无需考虑反应器内的热反应器内各处温度始终相等，无需考虑反应器内的热量传递问题量传递问题 所有物料具有相同的反应时间

4、所有物料具有相同的反应时间 优点：优点： 操作灵活，易于适应不同操作条件与不同产品品种，操作灵活，易于适应不同操作条件与不同产品品种，适用于小批量，适用于小批量， 多品种，反应时间较长的产品生产多品种，反应时间较长的产品生产 缺点：缺点： 装料，卸料等辅助操作时间长，产品质量不易稳定装料，卸料等辅助操作时间长，产品质量不易稳定2022年4月22日星期五对于间歇釜式反应器：对于间歇釜式反应器： 假设釜的有效反应容积为假设釜的有效反应容积为VR ，单位时间内反应掉的，单位时间内反应掉的A量量为：为： RAVr )(积累积累 dtdnA1 物料衡算物料衡算单位时间单位时间输入的物输入的物料料A量量

5、单位时间单位时间输出的物输出的物料料A量量 单位时间单位时间内反应掉内反应掉的的A量量 A在反应在反应器内积累器内积累速率速率_=dtcVdAR输入输入=输出输出=02022年4月22日星期五dtcVdVrARRAAARncVdtcVdARdtdxVnrARAA0积分得：积分得：AxARAArVdxnt00 间歇完全混合反应器的设计方程间歇完全混合反应器的设计方程AAxn10dtdxnAA0AxAAArdxc00AAccAArdc0RAVr等温操作等温操作等温操作（动力学等温操作（动力学k为常数）为常数）可将速度方程直接代入操作方程直接积分求解可将速度方程直接代入操作方程直接积分求解t。例例1

6、：一级反应：一级反应A产物，单位时间需处理的物料体积为产物，单位时间需处理的物料体积为v，动力学方程为：，动力学方程为： （-rA）=kCA=kCA0(1-xA)求反应所需时间（转化率为求反应所需时间（转化率为xA）t及反应器的有效容及反应器的有效容积。积。)11ln1()(11ln1)1 ()(0000000txkvttvVxkxkCdxCrdxCtARxAAAAAxAAAAA2 2热量衡算热量衡算变温操作（绝热操作和变温（非等温非绝热）变温操作（绝热操作和变温（非等温非绝热）要求反应时间，需要对反应器进行热量衡算。要求反应时间，需要对反应器进行热量衡算。由于间歇反应器任何瞬间都具有相同的温

7、度，可就整个反由于间歇反应器任何瞬间都具有相同的温度，可就整个反应器进行热量衡算：应器进行热量衡算：量的累积量反应器内热单位时间内的热量反应所放出单位时间内应器的热量环境传给反单位时间内 UA(Tm-T) (-Hr)(-rA)V dtTVCdv)( UA(Tm-T) + (-Hr)(-rA)V =dtTVCdv)(符号说明：符号说明：U-总括传热系数（总括传热系数（KJ/m2.h.）；）；A-传热面积传热面积(m2)； Cv、-分别为反应流体的定容比热和密度分别为反应流体的定容比热和密度(KJ/Kg.、Kg/m3)；Hr-反应焓变反应焓变(KJ/Kmol)； Tm-冷却（或加热）介质的温度（冷

8、却（或加热）介质的温度（K）对于恒容过程：对于恒容过程：)TT(VCUAdtdxdtdTmvA（操作方程）（操作方程）式中：式中： （物理意义：最大温升）（物理意义：最大温升）v0ArCC)H(对于恒容变温操作的间歇反应器的设计计算，就是联立设计方对于恒容变温操作的间歇反应器的设计计算，就是联立设计方程、操作方程及动力学方程式求解的过程。程、操作方程及动力学方程式求解的过程。即：即：A0AACCAAx0AA0A)r(dC)r(dxCt)TT(VCUAdtdxdtdTmvA)C(f)T(k)r(A一般采用图解法或数一般采用图解法或数值法求解。值法求解。特例：特例：绝热操作（与外界的热交换为零）：

9、绝热操作（与外界的热交换为零）：UA（Tm-T）=0则：则：(-Hr)(-rA)V = 即：即：初始条件：初始条件：t=0 T=T0 xA=xA0将上式积分得：将上式积分得：T=T0 + (xA-xA0) （使对使对t的积分变为单参的积分变为单参数数）将上式代入动力学方程式，再代入设计方程即可采用图解法将上式代入动力学方程式，再代入设计方程即可采用图解法或数值法求解。或数值法求解。dtTVCdv)(dtdxdtdTA2022年4月22日星期五3 反应容积的计算反应容积的计算00ttQVR：反应时间：反应时间t：辅助时间：辅助时间0t0Q：单位时间内处理的反应物料的体积：单位时间内处理的反应物料

10、的体积2022年4月22日星期五 实际反应器的体积实际反应器的体积fVVR 装填系数，装填系数，0.4-0.85 。一般由实验确定，也可根据反应。一般由实验确定，也可根据反应物料的性质不同而选择。物料的性质不同而选择。 对于对于沸腾或起泡沫沸腾或起泡沫的液体物料，可取的液体物料，可取0.4-0.6 对于对于不起泡或不沸腾不起泡或不沸腾的液体，可取的液体，可取0.7-0.85:f2022年4月22日星期五例题例题2- 1用间歇反应器进行乙酸和乙醇的酯化反应，每天生用间歇反应器进行乙酸和乙醇的酯化反应，每天生 产乙酸乙酯产乙酸乙酯12000kg，其化学反应式为：，其化学反应式为：OHHCCOOHC

11、H523原料中反应组分的质量比为原料中反应组分的质量比为A:B:S=1:2:1.35, 反应液的反应液的密度为密度为1020kg/m3, 并假定在反应过程中不变，每批装并假定在反应过程中不变，每批装料，卸料及清洗等辅助操作时间为料，卸料及清洗等辅助操作时间为1h，反应在，反应在100下等温操作，其反应速率方程如下：下等温操作，其反应速率方程如下：KcccckrSRBAA1OHHCOOCCH252312kk2022年4月22日星期五100时时： min/1076. 441mollk平衡常数平衡常数K=2.92，试计算乙酸转化，试计算乙酸转化35%时所需的反应时所需的反应体积，根据反应物料的特性，

12、若反应器填充系数为体积，根据反应物料的特性，若反应器填充系数为0.75，则反应器的实际体积是多少？，则反应器的实际体积是多少？2022年4月22日星期五分析：分析：fVVR求求RV求求V00ttQVR0t已知已知求求0Q和和t0Qt设计方程设计方程已知已知2022年4月22日星期五解：解： 首先计算原料处理量首先计算原料处理量 0Q每小时的乙酸用量为：每小时的乙酸用量为：ARxM2412000由于原料液中由于原料液中A:B:S=1:2:1.35kg35. 435. 121原料液中含原料液中含1kg乙酸乙酸原料液量为：原料液量为：102035. 46023.16hm /155. 4335. 02

13、48812000hkmol/23.162022年4月22日星期五原料液的起始组成：原料液的起始组成：155. 423.160Ac46260908. 30Bc1835. 160908. 30Sc由由AxAAArdxct00求反应时间求反应时间lmol /908. 3lmol /2 .10lmol /59.172022年4月22日星期五AARxcc0 AASSxccc00AAAxcc10 AABBxccc00先将题给的速率方程变换成转化率的函数：先将题给的速率方程变换成转化率的函数：代入速率方程，整理后得：代入速率方程，整理后得：2021AAAccbxaxkr式中：式中：00ABccc 908.

14、32 .1061. 22022年4月22日星期五AxAAAAcbxaxdxckt02011KccccbAsAB00001Ka1192. 2908. 359.17908. 32 .10192. 21115. 5acbbaxacbbaxacbckAAA4242ln41222016575. 02022年4月22日星期五61. 2235. 0434. 415. 562. 2235. 0434. 415. 5ln434. 4908. 31076. 414t所需的反应体积为：所需的反应体积为：00ttQVR反应器的实际体积为：反应器的实际体积为： 75. 038.12Vmin8 .1181608 .118

15、155. 4338.12m351.16macb426575. 061. 2415. 52434. 4例题例题 2-2：工厂采用间歇反应器以硫酸为催化剂使已二酸与已二工厂采用间歇反应器以硫酸为催化剂使已二酸与已二醇以等摩尔比在醇以等摩尔比在70下进行缩聚反应生产醇酸树脂，下进行缩聚反应生产醇酸树脂，实验测得该反应的速率方程式为：实验测得该反应的速率方程式为： （-rA）=kCACB式中：式中：（-rA）-以已二酸组分计的反应速率，以已二酸组分计的反应速率，kmol.L-1.min-1 k-反应速率常数，反应速率常数，1.97L.kmol-1.min-1 CA、CB-分别为已二酸和已二醇的浓度，分

16、别为已二酸和已二醇的浓度，kmol.L-1 CA0、CB0均为均为0.004 kmol.L-1求：求：已二酸的转化率分别为已二酸的转化率分别为xA=0.5、0.6、0.8所需的反应所需的反应时间分别为多少？时间分别为多少？若每天处理已二酸若每天处理已二酸2400kg，转化率为，转化率为80%，每批操，每批操作的辅助时间为作的辅助时间为1小时，试计算确定反应器的体积大小时，试计算确定反应器的体积大小，装填系数小，装填系数=0.75，单釜生产。，单釜生产。解：解：求达到一定的转化率所需时间：求达到一定的转化率所需时间：计量方程式中，计量方程式中， A、B的初始浓度相同，则反应的初始浓度相同，则反应

17、动力学方程可写为：动力学方程可写为： 由于反应为液相等温过程，故可按恒容处理，可将已知由于反应为液相等温过程，故可按恒容处理，可将已知数据代入设计方程求解：数据代入设计方程求解：1BA2AAkC)r(AA0Ax1xkC1t 计算结果计算结果 xA=0.5 t=2.10h xA=0.6 t=3.18h xA=0.8 t=8.47h反应器体积的计算反应器体积的计算VR=v(t+t0) FA0=2400/(24*146)=0.685kmol/hv=0.685/0.004=171L/h生产周期生产周期=反应时间反应时间+辅助时间辅助时间=t + t0 =8.47+1=9.47h反应有效体积：反应有效体

18、积： VR=v(t+t0)=171*9.47=1619L考虑装填系数，则反应器的实际体积：考虑装填系数，则反应器的实际体积： V=VR /=1619/0.75=2160L=2.16m300AACFv 练习题练习题 试计算转化率达到试计算转化率达到90%时，所需间歇反应器的有效容积是时，所需间歇反应器的有效容积是多少多少?例题例题2-3 在间歇反应釜中进行下列液相一级不可逆反应：在间歇反应釜中进行下列液相一级不可逆反应：AB，其，其反应速率方程为反应速率方程为（-rA）=kCA，反应初始温度为，反应初始温度为163, 求绝求绝热操作下，日产热操作下，日产150kg（B）所需反应器的体积。已知数据

19、）所需反应器的体积。已知数据如下：如下：163下下, k=0.8h-1，反应的活化能，反应的活化能E=121.25kJ/mol，反应热：反应热：Hr=-347.5kJ/kg，A与与B的定容比热均为的定容比热均为2.093J/kg.K，A与与B的密度均为的密度均为900kg/m3，A的最终转化率的最终转化率xAf=0.97，非生产性操作时间为，非生产性操作时间为1h。解：解：绝热操作时有绝热操作时有:T=T0+(xA-xA0)xA0=0所以，所以，T=T0+xA= T0+ = = (273+163) -Av0ArxcCHAv0Ar0 xcCHTRvAR0AVcxVC5 .347T= 436+16

20、6xAT= 436+166xA （操作方程）（操作方程） （1） （设计方程）（设计方程） （2）-rA=kCA0(1-xA) （动力学方程）（动力学方程） （3）式中式中k是温度的函数，与温度的关系式可用下式表示：是温度的函数，与温度的关系式可用下式表示：Afx0AA0A)r(dxCtRTEkkaexp0（4）联立（联立（1）-（4）式可得反应时间）式可得反应时间t。求解过程：求解过程：用式（用式（1）给定）给定xA后求后求T，用参数计算式求，用参数计算式求k，然后将（，然后将（2）（3）式联立即得：）式联立即得： 其中：其中：利用数值法求解（梯形公式）：利用数值法求解（梯形公式）：列表作图

21、：列表作图：AfAfx0Ax0AAdxZ)x1(kdxt)x1(k1ZAxA00.10.2.xAfTT1T2T3Tnkk1k2k3knZ=)r(1AZ1Z2Z3.Znn1iA1n32n1Af1iinxZZZ2ZZx2ZZtlim t =0.12hVR=v(t+t0)=L8 . 7) 112. 0(900241502022年4月22日星期五4 4 间歇反应器的最优操作时间间歇反应器的最优操作时间ttt0总0t一定一定最优t目标函数目标函数增大增大减小减小tArRr减小减小2022年4月22日星期五1.1.以单位时间的产品产量为目标以单位时间的产品产量为目标反应反应 RA，反应产物反应产物R R的

22、浓度为的浓度为 ，单位时间单位时间Rc的产品产量为：的产品产量为：hmolttVcyRRR/0200ttcdtdcttVdtdyRRRR02022年4月22日星期五 0ttcdtdcRR单位时间产物产量最大所必须满足的条件单位时间产物产量最大所必须满足的条件 00RRcttdtdc2022年4月22日星期五图解法图解法McRt0tAt02022年4月22日星期五2.2.以生产费用最低为目标以生产费用最低为目标RRRFTMCVataatA000a：辅助操作费用辅助操作费用a：单位时间内反应操作费用单位时间内反应操作费用Fa：固定费用固定费用TA：单位质量产品的总费用：单位质量产品的总费用2022

23、年4月22日星期五dtdATaatatcdtdcFRR00生产费用最小所必须满足的条件生产费用最小所必须满足的条件2001RRFRRRcdtdcataatacVM02022年4月22日星期五用图解法求解用图解法求解NBaataF00cRt0t2022年4月22日星期五第二节第二节 平推流反应器平推流反应器(PFR)平推流反应器的特征：平推流反应器的特征： 在与流动方向是垂直的截面上没有流速分在与流动方向是垂直的截面上没有流速分布，即径向混合均匀布，即径向混合均匀在流体流动的方向不存在流体质点间的混在流体流动的方向不存在流体质点间的混合，即轴向不返混合，即轴向不返混2022年4月22日星期五lu

24、dltt0对于恒容反应：对于恒容反应：0vvttR平均停留时间反应时间和空时是一致的平均停留时间反应时间和空时是一致的Rvvdv02022年4月22日星期五1 1 物料衡算物料衡算- -设计方称设计方称输入：输入： lAlAvcF 输出：输出： llAF积累积累=0=0A A的反应量：的反应量：vrA0llll0AF0vAFAAdFF 2022年4月22日星期五0vrFFAllAlAvrFFAlAllAdvrdFAAAAAxFF10dvrdxFAAA0分离变量积分分离变量积分 :RvAFdv0000ARcvv0ARFv0AcAxAArdx02022年4月22日星期五即：AxAAArdxc00平

25、推流反应器的设计方程平推流反应器的设计方程对于恒容过程有：对于恒容过程有：01AAAccx0AAAcdcdx代入设计方程：代入设计方程：00AARcFvAxAArdx0AAccAAArdcc0012022年4月22日星期五或： tAxAAArdxc00AAccAArdc0 可见，恒容时平推流反应器与分批式完全混合可见，恒容时平推流反应器与分批式完全混合反应器的设计方程一致反应器的设计方程一致2022年4月22日星期五2 2 热量衡算热量衡算操作方程操作方程输入输入lipiiTcF输出输出lTTUATcFmllipiidVdl注：注：A为周长为周长2022年4月22日星期五积累积累0反应放热反应

26、放热vHrrA0VHrlTTUATcFTcFrAmllipiilipiidldVHrTTUAdlTCFdrAmipii)()()(两边除两边除l，求极限求极限取平均摩尔热容取平均摩尔热容2022年4月22日星期五dldVHrTTUAdldTCFrAmipii)()(若反应器为直径为若反应器为直径为D的圆柱形的圆柱形DAdlDdV24DTTUHrdldTDCFmrAipii)(4)(422022年4月22日星期五dVHrdTcFrApiii对于绝热过程对于绝热过程由设计方程得由设计方程得AAAdxFdVr0即：即：AAripiidxFHdTcF0)( 若以平均组成下的热容表示若以平均组成下的热容

27、表示FcFccFpmiipmpiii注：注：P86 绝热温升或绝热温升或绝热温降绝热温降2022年4月22日星期五AArpmdxFHFdTc0)( AApmrdxFFcHdT0)( 若为等分子反应若为等分子反应0A时，0FF ApmArdxcFFHdT00000AApmArxxcyHTTApmArdxcyH0552A1AAA0A0RdxxrxcVV222AAA0A02A20AA0A0R111dxxkcxkcxcVVx 例题例题2-4 2-4 条件同例题条件同例题2-22-2，计算转化率分别，计算转化率分别为为8080、9090时所需平推流反应器的大小时所需平推流反应器的大小。 解：对解：对PF

28、RPFR33Rm45. 16018 . 018 . 041097. 1171. 0V3Rm26. 3V56代入数据代入数据x xA A=0.8=0.8时：时：x xA A=0.9=0.9时：时：3 3 变容反应过程变容反应过程 活塞流反应器是一种活塞流反应器是一种连续流动连续流动反应反应器，可以用于器，可以用于液相反应液相反应，也可以用于，也可以用于气气相反应相反应。用于。用于气相反应气相反应时，有些反应，时，有些反应，反应前后摩尔数不同反应前后摩尔数不同，在系统，在系统压力压力不变不变的情况下，反应会引起系统的情况下，反应会引起系统物流体积发物流体积发生变化生变化。物流体积的改变必然带来。物

29、流体积的改变必然带来反应反应物浓度物浓度的变化，从而引起的变化，从而引起反应速率反应速率的变的变化。化。574 膨胀因子和膨胀率膨胀因子和膨胀率（Expanded Factor and Expanded Ratio) 膨胀因子和膨胀率的作用：为了膨胀因子和膨胀率的作用：为了表征表征由由于反应物系体积变化给反应速率带来的于反应物系体积变化给反应速率带来的影响。影响。58膨胀因子膨胀因子59SRBAsrba0SRBAISRBAI反应式：反应式：计量方程：计量方程：AIA60定义膨胀因子：定义膨胀因子： 即关键组份即关键组份A A的膨胀因子等于反应计量的膨胀因子等于反应计量系数的系数的代数和代数和除

30、以除以A A组分计量系数。组分计量系数。 膨胀因子是由膨胀因子是由反应式反应式决定的，一旦反应式确决定的，一旦反应式确定，膨胀因子就是一个定，膨胀因子就是一个定值定值，与其它因素无，与其它因素无关。关。6102312C3BA2A膨胀因子的物理意义膨胀因子的物理意义关键组分关键组分A A消耗消耗1mol1mol时，引起反应物系摩尔时，引起反应物系摩尔数的变化量。对于恒压的气相反应，摩尔数数的变化量。对于恒压的气相反应，摩尔数的变化导致反应体积变化。的变化导致反应体积变化。A A=0=0是摩尔数不变的反应，是摩尔数不变的反应，反应体积不变反应体积不变。62A A00是摩尔数增加的反应，是摩尔数增加

31、的反应，反应体积增加反应体积增加。A A00是摩尔数减少的反应，是摩尔数减少的反应，反应体积减反应体积减小小。膨胀率膨胀率63 物系体积随转化率的变化不仅仅是膨胀物系体积随转化率的变化不仅仅是膨胀因子的函数，而且与其它因素，如惰性因子的函数，而且与其它因素，如惰性物的存在等有关，因此引入第二个参数物的存在等有关，因此引入第二个参数膨胀率。膨胀率。001AAAAxxxVVV64膨胀率的概念：膨胀率的概念： 即即A组分的膨胀率等于物系中组分的膨胀率等于物系中A组分完全转组分完全转化化所引起的所引起的体积变化体积变化除以物系的除以物系的初始体积初始体积。膨胀因子与膨胀率的关系膨胀因子与膨胀率的关系可

32、以推导出：可以推导出：65AA0Ay000nnyAA其中：其中：5 5变容过程转化率与浓度的关系变容过程转化率与浓度的关系66 恒压变容恒压变容体系中各组分浓度、摩尔分率体系中各组分浓度、摩尔分率可以由以下推导得到。可以由以下推导得到。AAA0AAII0AA0A0AAI0III11xxccxVxnnVncAAA0AA11xxcc67对于对于A组分组分： 例题例题2-5 2-5 均相均相气相气相反应反应A3RA3R，其动力学方程为，其动力学方程为- -r rA A= =k kc cA A，该过程在，该过程在185185，400kPa400kPa下在一平推下在一平推流反应器中进行，其中流反应器中进

33、行，其中k k=10=10-2-2s s-1-1，进料量，进料量F FA0A0=30kmol/h=30kmol/h，原料含，原料含5050惰性气，为使反应惰性气，为使反应器出口转化率达器出口转化率达8080，该反应器体积应为多大，该反应器体积应为多大? ?68692113A解：该反应为解：该反应为气相反应气相反应A3RA3R 已知已知y yA0A0=0.5=0.5，因此，因此A A=y=yA0A0A A=1=1 平推流反应器设计方程平推流反应器设计方程A0AA0Adxrxc8 . 00AA0A0AA0AddAkcxcrxcx8 . 00AAA8 . 00AAA0AA0Ad1110011dxxx

34、xxkcxc707130R1313008 . 00AAm4 .381587. 08 .241sm1587. 0hm2 .57140018515.273314. 85 . 0/30s8 .2411ln2100VVpRTFVxx 例例2-62-6在一个在一个平推流平推流反应器中，由反应器中，由纯乙烷纯乙烷进料裂解制乙烯。年设计生产能力为进料裂解制乙烯。年设计生产能力为1414万吨乙烯。反应是万吨乙烯。反应是不可逆的一级反应不可逆的一级反应，要求乙烷转化率达到要求乙烷转化率达到8080，反应器在，反应器在1100K1100K等温，恒压等温，恒压600kPa600kPa下操作，已知反下操作，已知反应活

35、化能为应活化能为347.3kJmol347.3kJmol-1-1 ，温度，温度1000K1000K时，时，k k=0.0725 s=0.0725 s-1-1 。设计。设计工业规模的管工业规模的管式反应器式反应器。72反应器反应器流出流出的乙烯的摩尔流率是：的乙烯的摩尔流率是：73CBAHHCHC24262解：设解：设A为乙烷，为乙烷，B为乙烯，为乙烯，C为氢气为氢气1111117Bskmol175. 0kmolkg28hs3600dh24ad330akg1014F1ABA0skmol219. 08 . 0175. 0 xFF74进料进料乙烷的摩尔流率是：乙烷的摩尔流率是：75110001100

36、10001100314. 8103 .347K110010001100100011001000011000K1000K11000s23. 3e0725. 0eeee3kkkkkkkRERERERTE计算计算1100K时反应速率常数：时反应速率常数：7611111A111AA0Ay膨胀因子：膨胀因子：膨胀率：膨胀率：进口体积流量：进口体积流量：1333000A0sm34. 3106001100314. 810219. 0pRTFVA0AA0A0RdxrxcVV77 平推流反应器设计方程平推流反应器设计方程8 . 00AAAA0A000AA0A0R11ddAxxkcxcVkcxcVVAx8 . 0

37、0AAA8 . 00AAA0d1123. 334. 311dxxxxxkxV7838 . 00AARm50. 21ln203. 1xxV6 6 流体在平推流反应器中的真实停流体在平推流反应器中的真实停留时间留时间 由平推流反应器的定义可知，流由平推流反应器的定义可知，流体在反应器内不存在任何返混，所体在反应器内不存在任何返混，所有流体微元的真实停留时间都有流体微元的真实停留时间都等于等于平均停留时间。平均停留时间。79 如果反应物系体积缩小，停留时间将如果反应物系体积缩小，停留时间将大于空间时间。大于空间时间。80 恒压变容反应恒压变容反应，由于反应物系体，由于反应物系体积随转化率而变化，其真

38、实停留时积随转化率而变化，其真实停留时间与空间时间间与空间时间不同。不同。 如果反应物系体积如果反应物系体积膨胀膨胀，流体流速将，流体流速将逐渐加快，停留时间将逐渐加快，停留时间将小于小于空间时间；空间时间；81AAR0AAAAA00AA0AA00R1d1ddxxAVxrxcxVrxFVVtR0RdVVVtRAAAdVrdxF0n恒容条件下，恒容条件下，A=0，上式还原为：，上式还原为：A0AA0Adxrxc82第三节第三节 全混流反应器（全混流反应器（CSTR)CSTR)n全混流反应器又称全混釜或连续流动充全混流反应器又称全混釜或连续流动充分搅拌槽式反应器，简称分搅拌槽式反应器，简称CSTR

39、CSTR。流入反。流入反应器的物料，在应器的物料，在瞬间瞬间与反应器内的物料与反应器内的物料混合均匀，即在反应器中各处物料的温混合均匀，即在反应器中各处物料的温度、浓度都是相同的。度、浓度都是相同的。83841 1 全混流反应器特性全混流反应器特性 连续、稳定流动，是一连续、稳定流动，是一定态过程定态过程。85 物料在反应器内物料在反应器内充分返混充分返混； 反应器内各处物料参数均一；反应器内各处物料参数均一； 反应器的反应器的出口出口组成与器内物料组成相同；组成与器内物料组成相同；2022年4月22日星期五2 2 、反应器中其他时间表示方法、反应器中其他时间表示方法 反应物料进入反应器后，从

40、实际发生反应的反应物料进入反应器后，从实际发生反应的 时刻起到反应达某一程度的时间。时刻起到反应达某一程度的时间。指反应物粒子从进入到离开反应器的时间指反应物粒子从进入到离开反应器的时间对于对于间歇反应器间歇反应器和和平推流反应器平推流反应器，反应时间和停留时间相同反应时间和停留时间相同对于对于全混流反应器全混流反应器，由于可能有短路，死区和循环流，物料，由于可能有短路，死区和循环流，物料在器内停留时间不同，具有停留时间的分布，此时常用平均在器内停留时间不同，具有停留时间的分布，此时常用平均停留时间来表征。停留时间来表征。1）反应时间反应时间：2）停留时间）停留时间：2022年4月22日星期五反应器的有效容积与器内物料的体积流速反应器的有效容积与器内物料的体积流速之比。之比。 vVtR3）平均停留时间与）平均停留时间与空时空时t和和含义不同含义不同:非恒容过程，非恒容过程，两者不同。两者不同。平均停留时间平均停留时间：0vv 恒容过程恒容过程两者是一致的两者是一致的3 3 设计