《全混流反应器》PPT课件

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1、§3.4全混流反应器1、全混流模型2、全混流反应器的设计方程式3、设计方程式的应用4、分批式（间歇釜式）反应器和全混流（CSTR）反应器的比较§3.5多釜串联组合的全混流反应器2、多釜串联CSTR反应器的设计方法1、多釜串联CSTR反应器的特点①解析法②图解法1、全混流模型：CSTR（ContinuouslyStirredTankReactor—CSTR）又称理想混合流反应器或连续搅拌釜式反应器，进出物料的操作是连续的，可以单釜或多釜串联操作。特点：★新鲜物料瞬间混合均匀，存在不同停留时间的物料之间的混合，即返混。物料返混是连续操作反应器存在的现象，且逆向混合程度最大，逆向混合直接导致

2、稀释效应最大。★反应器内所有空间位置的物系性质是均匀的，并且等于反应器出口处的物料性质，即反应器内物料的浓度与温度均一，且与出口物料温度、浓度相同。★反应器内物系的所有参数，如T、C、P等均不随时间变化，从而不存在时间独立变量，独立变量是空间。CAxA(或xA2)VRCA0xA0=0(或xA1)v0FA0CAxA(或xA2)vFACSTRReturn试问化学反应速率是固定不变的吗？为什么？2、全混流反应器的设计方程式两点说明：◆CSTR体系性质均一，不随时间而变，可就整个反应器进行物料衡算，而且单位时间可以任取。◆连续操作的物料累积量为零。基本衡算式：进入量-排出量-反应量=累积量对反

3、应的A作物料衡算：进入量=FA0=v0CA0排出量=FA=FA0(1-xA)=v0CA0(1-xA)反应量=（-rA）VRCAxA(或xA2)VRCA0xA0=0(或xA1)v0FA0CAxA(或xA2)vFAFA0-FA0(1-xA)-（-rA）VR=0或：v0CA0-v0CA0(1-xA)-（-rA）VR=0CSTR设计方程式（xA0=0的情况）xA0≠0呢？可以导出下列式子xA0≠0,可认为原料中的A已转化了xA1推导出的设计方程具有通用性推导过程：物料衡算式FA0(1-xA1)-FA0(1-xA2)-（-rA）VR=0即：FA0(xA2-xA1)=（-rA）VR注意：FA0表示

4、无产物基的A的摩尔流率，否则无任何物理意义！τ为空时，是反应器的有效容积与进料流体的容积流速比值反应工程中常用于表示时间概念的还有：◆反应时间t：反应物从进入反应器后从实际发生反应起到反应达某一程度（如某转化率）时所需的时间◆停留时间：它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的时间，对于分批式操作的釜式反应器与理想平推流反应器，反应时间等于停留时间，而对于存在返混的反应器，则出口物料是由具有不同停留时间的混合物，即具有停留时间分布的问题，工程上常用平均停留时间来表示。◆平均停留时间：以来表示，其定义为反应器的有效容积与器内物料体积流速之比，即。要注意

5、区分上述三个工程上常用于表示时间的概念。全混流反应器设计方程关联的参数有：xA、(-rA)、VR、FA0图解全混流反应器相关计算：注意：上图中矩形可求出出口转化率xA或出口浓度为CA所需空时，一定要明确上图黑点所代表的意义。Return3、设计方程式的应用★零级反应AP(-rA)=k或★一级反应AP(-rA)=kCA对于任意εA值★二级反应AP(-rA)=对于任意εA值：★n级反应εA=0时例题例题7：工厂采用CSTR以硫酸为催化剂使已二酸与已二醇以等摩尔比在70℃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：（-rA）=kCACB式中：（-rA）----以已二酸组分

6、计的反应速率，kmol.L-1.min-1k----反应速率常数，1.97L.kmol-1.min-1CA、CB----分别为已二酸和已二醇的浓度，kmol.L-1CA0、CB0均为0.004kmol.L-1若每天处理已二酸2400kg，转化率为80%，试计算确定反应器的体积大小。解：根据CSTR反应器的设计方程可知，而间歇反应器所需的体积仅为：2.16m3请思考：为何间歇釜式反应器所需反应体积要小得多？Return4、分批式（间歇釜式）反应器和全混流（CSTR）反应器的比较：对于反应级数n>0的反应:分批式：一次性投料，反应体系A的浓度由CA0逐渐降至CA(排料时A的浓度），反应速率

7、随t减小;全混流CSTR：A的浓度由CA0瞬间降至反应器出口浓度CA，故全混流反应器一直在相当于出口浓度的低反应速率下进行，相当于图中B点速率下进行。分批式反应器所需反应时间：全混流反应器所需空时：τ=面积CA0DBCA=全混流反应器的容积效率：对于0级反应，η=1，其物理意义是什么？请思考！说明容积效率可以用时间比空时的原因对于n>0的不可逆反应，CSTR的容积效率η均小于1，这是由于“返混”造成的稀释效应使全混流的反应器的容积效率小于1，也