《理想反应器》PPT课件

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1、生物反应器的研究方法研究方法：理想化和模型化。理想化：对于实际生物反应器，通过理想化处理，抽象出某几种具有代表性的典型反应器，当然它们是理想反应器。有了理想反应器，我们就可以比较容易地对它们进行研究，摸清生物反应在这些理想反应器中的反应情况，这就排除了不同形式反应器和操作条件对生物反应的影响。理想反应器和实际反应器的主要区别在于流体在反应器中的流动状况不同。对于流体，返混是指不同停留时间的流体物料之间的混合。上面讨论的两种理想反应器，从返混的角度来讲，实际上是流体在反应器中流动的两种极端情况。PFR不存在返混，CSTR则返混程度达到最大。而实际的反应器，其流动状况明显偏离这两种理想流

2、动，其物料在反应器中存在一定的停留时间分布。反应器选型、设计和优化反应器中的流动状况影响反应结果数学模型流动模型生物反应器对实际过程的简化理想模型非理想模型理想流动反应器建立模型的基本方法理想气体状态方程间歇反应器平推流反应器全混流反应器连续流动反应器完全没有返混返混极大(a)(b)(c)完全没有返混间歇搅拌反应器BatchStirredTankReactor(BSTR)特点：反应物料间歇加入与取出，反应物料的温度和浓度等操作参数随时间而变，不随空间位置而变，所有物料质点在反应器内经历相同的反应时间间歇反应器1由于剧烈搅拌，反应器内物料浓度达到分子尺度上的均匀，且反应器内浓度处处相等

3、，因而排除了物质传递对反应的影响；2具有足够强的传热条件，温度始终相等，无需考虑器内的热量传递问题；3物料同时加入并同时停止反应，所有物料具有相同的反应时间。优点：操作灵活，适用于小批量、多品种、反应时间较长的产品生产精细化工产品的生产缺点：装料、卸料等辅助操作时间长，产品质量不稳定平推流反应器PistonFlowReactor(PFR)假设：反应物料以稳定流量流入反应器，在反应器中平行地像气缸活塞一样向前移动特点：沿着物料的流动方向，物料的温度、浓度不断变化，而垂直于物料流动方向的任一截面上物料的所有参数，如温度、浓度、压力、流速都相同，因此，所有物料质点在反应器中具有相同的停留时

4、间，反应器中不存在返混。平推流反应器PistonFlowReactor(PFR)全混流反应器ContinuedStirredTankReactor(CSTR)假设：反应物料以稳定流量流入反应器，在反应器中，刚进入的新鲜物料与存留在反应器中的物料瞬间达到完全混合。特点：反应器中所有空间位置的物料参数都是均匀的，而且等于反应器出口处的物料性质，物料质点在反应器中的停留时间参差不齐，有的很长，有的很短，形成一个停留时间分布。年龄反应物料质点从进入反应器算起已经停留的时间；是对仍留在反应器中的物料质点而言的。寿命反应物料质点从进入反应器到离开反应器的时间；是对已经离开反应器的物料质点而言的。

5、流动模型概述概念返混：又称逆向返混，不同年龄的质点之间的混合。是时间概念上的混合间歇反应器平推流反应器全混流反应器1投料一次加料(起始)连续加料(入口)连续加料(入口)2年龄年龄相同(某时)年龄相同(某处)年龄不同3寿命寿命相同(中止)寿命相同(出口)寿命不同(出口)4返混全无返混全无返混返混极大反应器特性分析流动模型概述非理想流动模型实际反应器内的返混程度是难以直接测定的，而总是用停留时间分布加以描述。但是，停留时间分布和反应器内的返混程度没有一定的相互对应关系，即一定的返混必然造成一定的停留时间分布，但是，同样的停留时间分布，可能是不同的返混所引起。因此，不能直接把测定所得的停留

6、时间分布用于描述返混程度，而必需借助于一定的数学模型。常用的数学模型有：多釜串联模型；?轴向扩散模型。非理想流动模型流动模型概述偏离全混流的情况死角短路搅拌造成的再循环偏离平推流的情况非理想流动模型流动模型概述漩涡运动：涡流、湍动、碰撞填料截面上流速不均匀沟流、短路：填料或催化剂装填不均匀浓度分布------推动力反应推动力随反应时间逐渐降低反应推动力随反应器轴向长度逐渐降低反应推动力不变，等于出口处反应推动力流动状况对化学反应的影响-----由物料停留时间不同所造成非理想流动力学模型流动模型概述短路、沟流停留时间减少转化率降低死区、再循环停留时间过长A+B→P：有效反应体积减少A+

7、B→P→S产物P减少→停留时间的不均多釜串联模型首先来分析一下多个理想CSTR反应器串联的停留时间分布。设有N个CSTR串联，每个反应器的体积皆为VR，忽略流体流过釜间连接线所需的时间。Q为流体的体积流量，C表示示踪剂的浓度。各釜的反应温度相同。表示在多釜串联模型中反应器内返混程度大小只与串联的CSTR的数量N有关。当N＝1时，其无因次方差为1，即为一个CSTR；当N无穷大时，即为PFR。而对于一般的N个串联的CSTR，介于两者之间。因此，对于N的不同取值