理想流动反应器

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1、第三章　理想流动反应器第一节　流动模型概述流动模型分类理想流动模型平推流（理想置换、活塞流）模型全混流（理想混合、连续搅拌槽式反应器）模型非理热流动模型(考虑轴向返混的）返混模型（中间流模型）（考虑流速分布的）层流模型多级串联全混流模型第一节　流动模型概述3－1反应器中流体的流动模型停留时间：在连续反应器中，常用物料质点的年龄与寿命说明停留时间的长短。年龄：指反应物料质点从进入反应器时算起已经停留了的时间。（对仍留在器内质点而言）寿命：指反应物料质点从进入反应器时算起到离开反应器的时间。（对离开反应器质点而言）*返混：

2、又称“逆向混合”，指不同年龄质点间的混合。3－1反应器中流体的流动模型一、理想流动模型⑴平推流模型沿流动方向上物料质点无返混（所有质点逗留时间相同），物料的温度，浓度不断变化；垂直于流动方向上的物料质点参数相同。长径比大，流速较高的管式反应器，固定床催化反应器中的流体流动可视为平推流。3－1反应器中流体的流动模型⑵全混流模型刚进入反应器的新鲜物料与留存在器内的物料瞬间达到完全混合（返混最大），器内物料温度、浓度均匀且与出口处相等。物料质点在器内逗留时间参差不齐，有的很长，有的很短，形成一个逗留时间分布。搅拌良好的釜式反

3、应器中的流动可视为全混流。3－1反应器中流体的流动模型3－1反应器中流体的流动模型二、非理想流动模型：实际反应器中的流动模型与理想反应器中的有所偏离：偏离平推流的几种情况:[(a)涡流、湍动、或碰撞引起的漩涡运动；(b)截面流速不均；(c)沟流、短路、死角]3－1反应器中流体的流动模型偏离全混流的几种情况：〔(a)搅拌不均的死角；(b)进、出口管设置不当的短路；(c)搅拌形成再循环〕界于平推流、全混流之间的中间流：存在不同程度的返混；反应推动力界于两者之间。影响后果：转化率xA↓，选择率S↓，质量↓。3-2反应器设计的

4、基本方程（自学）基本内容：反应器选型，最佳工艺条件确定；反应器体积计算*基本方程：物料衡算：计算反应组分浓度变化，（计算反应器体积）热量衡算：计算反应物料温度变化动量衡算：计算反应器压力变化第二节　理想流动反应器3-3间歇反应器搅拌装置；换热夹套或内置盘管；釜。特点：反应结果仅取决于反应动力学（化学动力学）①浓度达分子尺度上均匀，排除传质对反应影响；②各处温度相等，不考虑釜内传热问题；③所有物料反应时间相同。各参数随时间变化。3-3间歇反应器反应时间：由微元时间物料衡算导得：3-3间歇反应器反应器有效体积：*间歇反应中

5、的单一反应：反应速率rA，残余浓度CA，转化率xASeep90,list-31结论：①反应初始条件一定，反应结果（残余浓度或转化率）就一定；为达到一定转化率，▲转化率或残余浓度与反应级数无关，而与反应物初始浓度有关。3-3间歇反应器②反应物初始浓度对反应结果的影响表现为反应级数：▲反应时间与反应物初始浓度关系n=1(一级反应)：t与CAO无关n=2(二级反应)：∝n=0(零级反应)：∝(据此，开发过程中定性判断反应级数)③n=0时，与呈直线↓，直至反应物完全转化为止；n=1,n=2时,随下降渐缓，尤其n=2时，后期变化

6、速率非常小――大部分时间花费在反应的末期（应重视反应过程末期动力学研究，后期反应机理是否变化）。3-4平推流反应器PFRPistonFlowReactor一、特点：①物料的各种参数（如浓度、温度等），不随时间变化，只随物料流动方向上的位置变化；②反应速率随空间位置的变化仅限于轴向。③物料停留时间相同――无返混。3-4平推流反应器PFRPistonFlowReactor二、计算方法：由微元体积物料衡算导得：反应体积：（3-13）停留时间：（3-14）3-4平推流反应器PFRPistonFlowReactor积分时注意：①

7、反应过程有无体积变化。若有，则须建立体积流率；②反应过程是否等温。若等温，k为常数；若变温，则须结合热量衡算建立关系。3-4平推流反应器PFRPistonFlowReactor三、等温平推流反应器：对等温级不可逆反应，反应动力学方程为⑴无体积变化时：（3-15）上式代入（3-15）积分：（3-16）当当等温、等容平推流反应器计算式：seep93,list3-23-4平推流反应器PFRPistonFlowReactor⑵有体积变化时：对气相反应化学膨胀因子为组分A反应1mol时，反应混合物摩尔数的变化：若为初始反应混合物

8、中包括惰性物料在内的所有组分的浓度，则：化学膨胀率（体积膨胀率）3-4平推流反应器PFRPistonFlowReactor代入式（3-13）积分：3-4平推流反应器PFRPistonFlowReactor四、变温平推流反应器：*反应体积：联解微元体积的物料衡算与热量衡算：沿着流动方向的和，常用差分法或法求解。即求得关系。3-4平推