化学反应工程3.4理想反应器的组合

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1、理想反应器的组合平推流反应器的串联N个平推流反应器的串联：设反应组分A离开反应器1，2，…，N时的转化率分别为x1，x2，…，xN，则反应组分A对第一个反应器的物料衡算，可得：在恒温条件下总体积为V的N个平推流反应器串联操作，与一个体积为V的单个平推流反应器获得的转化率相同。等体积CSTR串联反应器如果生产过程中所需的全混流反应器体积比较大，这时往往会采用几个较小的全混流反应器串联。一方面，在全混釜中，化学反应是在较低的反应物浓度下进行，反应速率低，若将几个全混釜串联起来使用，可是反应物浓度逐渐

2、降低，从而提高反应速度；另一方面，直径很大的釜式反应器制造及安装都比较困难，体积很大的反应器中搅拌的效果相对较差，混合的均匀程度不好。（a）计算一级反应，转化率为90%时PFR与CSTR的体积；（b）计算转化率为90%时两CSTR反应器（等体积）的总体积两个CSTR反应器的总体积要低于一个CSTR反应器而高于PFR反应器。四个CSTR串联反应器在相同转化率下操作情况，可以看到，随着串联反应器的数量的增加，总体积最终会达到PFR表达式与PFR反应器的表达式相同（对于式（3-29）），所以，对于同样

3、的转化率随着CSTR串联反应器的增加，总体积达到PFR的体积（一般情况下，对所有动力学行为都适用）。不同体积的CSTR串联反应器现在考虑多个不同体积的CSTR串联反应器,反应速率如何达到最大？可以看出各个反应器的排列并不影响整体的转化率,一级反应仅是一个特例.对于其他的反应级数串联反应器是重要的。如果反应动力学的级数高于１，为了尽可能的获得较高反应速率，应使浓度尽可能高是非常重要的。因此，要把最小的CSTR的反应器放在第一位相反，如果反应器级数低于１，那么最好尽早降低反应物的浓度。因此，最大的C

4、STR反应器应放在第一位。CSTR串联反应器体积的优化对一个正级数反应动力学，用两个CSTR串联实现转化率，如何使反应器的总体积最小？PFR和CSTR串联任一反应器中的转化率将取决于反应器的进口浓度。因此，CSTR与PFR串联反应器的总的转化率通常取决于反应器的排列顺序。因为排列顺序将影响后续反应器的入口浓度。对此有两种例外，对于一级反应，CSTR与PFR串联反应器的总转化率不依赖连续反应器的排列顺序，即每个反应器转化率并不依赖于入口浓度一样；对于零级反应，总的转化率也不依赖连续反应器的排列顺序

5、，而更关系反应器总体积。对于反应级数大于1的反应。如果转化率要达到最大，高的反应速率（在高浓度下）是有利的，因为PFR有高的反应速率，所以应把它放在CSTR前。如果多个CSTR可用，首先，用最小的全混釜，或放在PFR反应器之后，从而保持较高的转化率。对于反应级数小于１，最好尽早稀释流体，因此，CSTR放于PFR之前转化率会更大。