全混流反应器

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1、二、全混流模型：(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。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、间歇釜式反应器和全混流（CSTR）反应器的比较6、多釜串联CSTR反应器的设计方法5、多釜串联CSTR反应器的特点特点：★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。★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。且逆向混合程度最大，

2、逆向混合直接导致稀释效应最大。★在等温操作的条件下，反应器内物系的所有参数，如T、C、P等既不随时间变化，也不随位置变化。1、全混流模型2.设计方程：由于器内物料混合均匀，可以对全釜做关键组分A的物料衡算：[A进入量]=[A出VR量]+[反应掉量]+[累积量]Q0CA0=Q0CA+VR(-rA)+0如进入反应器时还有一定转化率x0,出口为xf空时与空速的概念：空时：（因次：时间）空速的意义：单位时间单位反应体积所处理的物料量。空速越大，反应器的原料处理能力越大。空速：反应工程中常用于表示时间概念的还有：◆反应时间

3、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：

4、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。3、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）----以已二酸组分计的反应速率，kmol

5、.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？4、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:间歇釜式BR：一次性投料，反应体系A的浓度由CA0逐渐降至C

6、A(排料时A的浓度），反应速率随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。间歇釜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：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，也就是说全混流反应器的有效容积将是分批式反应器的1/η倍，但要注意间歇式操作的非生产性时间t0

7、在计算η时并没有考虑，若考虑之，则η’=（t+t0）/τ，有可能η=t/τ小于1的情况，而η’=（t+t0）/τ大于1，这是完全可能的。1、多釜串联CSTR反应器的特点如果由几个串联的全混流反应器来进行原来由一个全混流反应器进行的反应，则除了最后一个反应器外，所有其它反应器都在比原来高的反应物浓度下进行反应，这势必减少了混合作用所产生的释稀效应，使过程的推动力得以提高。表现在：★若两者的起始和最终浓度及温度条件相同，则意味着生产强度可以得到提高（因平均反应速度提高了）；★如果多釜与单釜具有相同的生产能力和转化率，多釜串

8、联的反应器总容积必定小于单釜。串联级数越多，所需体积愈小，过程愈接近活塞流（PFR）和分批式反应器。多釜串联反应器的设计方法①解析法：12iN设每个反应器的空时为τi，则总空时为：对任意i釜A组分的物料衡算（恒容系统）：将具体的速率方程代入上式，从第一釜开始逐釜计算下去。各釜的容积与温度可以不同，如对于n级不可逆反应：若n=1，则