聚合反应工程(华东理工大学)4.1化学反应工程基础（2）

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1、例：在一容积为2.5M3的间歇搅拌釜中进行均相反应A＋B→P，反应维持在75℃等温操作，实验测定反应速率为：(-rA=kCACB)(kmol/l*s),k=2.5(l/kmol*s)。当反应物A和B的初始浓度均为CA0=CB0=6（mol/l）,A的转化率为XA=0.9时，该间歇搅拌釜每批可处理反应物A为7.536kmol，每批操作的辅助时间为6min。今若把反应移到一个管内径为100mm的理想管式反应器中进行，假定仍维持在75℃等温操作，且处理量与所要求达到的转化率不变，求所需管式反应器的长度？理想流动和理想反应器的设计答：由于：所以：在间歇反应釜中进行所需反应时间：此反应时

2、间应等于理想管式反应器中的停留时间。在间歇反应釜中进行所需操作周期：进料流量：理想管式反应器有效体积：理想管式反应器所需的长度：理想流动和理想反应器的设计理想混合（全混流CSTR）反应器反应物料连续加入反应器，瞬间反应器内物料混合并连续引出的连续操作釜式反应器。特点:充分的搅拌使反应釜内物料的浓度和温度不随时间而改变。充分的搅拌使反应釜内物料的浓度和温度处处相等，并且等于反应器出口物料的浓度和温度。实际连续流动搅拌釜式反应器接近全混流反应器。理想流动和理想反应器的设计对连续流动釜式反应器进行物料衡算或热量衡算时就可把整个反应器作为一个整体来看待。理想混合反应器物料衡算示意图恒容

3、时，反应物A的流入速度为：vCA0反应物A的流出速度为：vCA反应物A由于反应的消失速度为：rAV故：vCA0＝vCA＋rAV整理后可得：理想流动和理想反应器的设计和PFR一样，定态CSTR中：A积＝0物料衡算（A组分）根据接触时间的定义(无积分形式)CSTR不同反应级数的结果n=2n=1n=0理想混合反应器的图解计算示意图全混流反应器达到期望转化率（残余浓度）平均停留时间图解表达：理想流动和理想反应器的设计在体积为VR的CSTR中进行(0，1，2)级反应，xA=50%(1)等温下移入等体积PFR中进行，xA=?(2)CSTR体积扩大至6倍，xA=?(3)PFR体积扩大至6倍，

4、xA=?PFR体积扩大至6倍CSTR体积扩大至6倍等体积PFRn=0n=1n=2结论：(1)等体积下，xA(PFR)>xA(CSTR)(2)高级数的反应，返混对xA影响显著例2：等温下在体积为VR的间歇反应器中，进行2级反应A→R，t=2h时，xA=0.8(1)若改在CSTR中进行，τm=2h，xA=？(2)若改在CSTR中进行，xA=0.8，采取何措施？(1)(2)①V0减少至1/5②VR增大至5倍③CA0增大至5倍④T↑平推流反应器和全混流反应器达到相同转化率在反应器内停留时间比较由此可知，只要反应动力学特征如图所示是一单调递降曲线，则在同样的操作条件下，若理想管式反应器和

5、连续釜式反应器中进行同一反应，前者所需的停留时间总比后者来得小，或者说达到相同转化率理想管式反应器所需的体积总比连续釜式反应器要小。平推流反应器和全混流反应器达到相同转化率在反应器内停留时间比较理想流动和理想反应器的设计不同级数时PFR和CSTR的反应体积比较多级串联理想混合反应器CA0－CAf分成几级降低，增大了浓差推动力多级串联理想混合反应器将数个体积相等（或不相等）的理想混合反应器串联起来操作。假定反应在恒容稳态下进行，且各级反应器之间不存在返混，则可对第I级反应器中的A组份列出下面的物料衡算式：或：多级串联理想混合反应器操作示意图理想流动和理想反应器的设计在多级串联理想

6、混合反应器的设计中，通常需要计算下列四个参数中的一个：1.每级反应器的体积Vi；3.最终转化率xAN；2.反应器的级数N；4.原料流量v0。计算方法：1.代数法（动力学方程式简单）；2.图解法（动力学方程式复杂或无其代数式）。计算依据：操作曲线：动力学方程曲线：计算中的简化，假定：1.各釜体积相同；（各釜操作曲线相同）2.各釜温度相同；（各釜动力学曲线相同）理想流动和理想反应器的设计1．代数法所以：或：以等温一级反应为例：第一级反应器：第二级反应器：第N级反应器：当各釜的容积VI相等时，则：理想流动和理想反应器的设计2．图解法多级串联理想混合反应器的图解计算四种计算情况：（1）

7、已知N、V、v0、CA0,求CAN;（2）已知CAN、V、v0、CA0,求N;（3）已知N、CAN、v0、CA0,求V(试差);（4）已知N、V、CAN、CA0,求v0(试差);理想流动和理想反应器的设计多级串联理想混合反应器非简化条件下的图解计算：体积不相等的图解法温度不相等的图解法理想流动和理想反应器的设计得出：当串联的CSTR越多，越接近PFR工程上，>6时，已接近PFR多级串联理想混合反应器反应器个数确定原则：随着串连反应器个数的增加，反应器的总体积效率趋于平推流反应器；反应器的投资