信阳师范大学：《化学反应工程基本原理》课程教学资源（PPT课件）第三章 理想间歇反应器与典 3.1 反应器设计的基本方程

第三章理想间歇反应器与典 型化学反应的基本特征

第三章 理想间歇反应器与典 型化学反应的基本特征

本章目录 3.1反应器设计的基本方程 3.2理想间歇反应器中的简单反应 3.3理想间歇反应器中的均相可逆反应 3.4理想间歇反应器中的均相平行反应 3.5理想间歇反应器中的均相串联反应

本章目录 3.1反应器设计的基本方程 3.2理想间歇反应器中的简单反应 3.3理想间歇反应器中的均相可逆反应 3.4理想间歇反应器中的均相平行反应 3.5理想间歇反应器中的均相串联反应

任何化学反应都是在特定反应器中进行，研 究反应过程就是研究在特定反应器中进行的化学 变化规律。工业反应器中除了化学反应外还有物 理变化过程。若不考虑任何物理传递过程的影响 因素的存在，反应结果就唯一地由化学因素决定 称为理想状态，如：搅拌充分的间歇反应器和连续 流动的连续管式反应器

任何化学反应都是在特定反应器中进行，研 究反应过程就是研究在特定反应器中进行的化学 变化规律。工业反应器中除了化学反应外还有物 理变化过程。若不考虑任何物理传递过程的影响 因素的存在，反应结果就唯一地由化学因素决定， 称为理想状态，如:搅拌充分的间歇反应器和连续 流动的连续管式反应器

理想流动反应器概述 化学反应器中流体流动状况影响反应速率和反应选择 率，直接影响反应结果。研究反应器中的流体流动模型是 反应器选型、设计和优化的基础。流动模型是反应器中流 体流动与返混的描述，尽管工业反应器多种多样，反应器 中流体流动复杂，但就其返混情况而言可以用不同的流动 模型来描述。流动模型可分为两大类：理想流动模型和非 理想流动模型。理想流动模型的两种极限情况：即完全没 有返混的平推流反应器和返混为极大值的全混流反应器。 非理想流动模型是对实际工业反应器中流体流动状况对理 想流动偏离的描述。对实际工业反应器，在测定停留时间 分布基础上，可以确定非理想流动模型参数，表达对理想 流动的偏离程度

理想流动反应器概述 化学反应器中流体流动状况影响反应速率和反应选择 率，直接影响反应结果。研究反应器中的流体流动模型是 反应器选型、设计和优化的基础。流动模型是反应器中流 体流动与返混的描述，尽管工业反应器多种多样，反应器 中流体流动复杂，但就其返混情况而言可以用不同的流动 模型来描述。流动模型可分为两大类：理想流动模型和非 理想流动模型。理想流动模型的两种极限情况：即完全没 有返混的平推流反应器和返混为极大值的全混流反应器。 非理想流动模型是对实际工业反应器中流体流动状况对理 想流动偏离的描述。对实际工业反应器，在测定停留时间 分布基础上，可以确定非理想流动模型参数，表达对理想 流动的偏离程度

一、几个基本概念 1、物料质点 物料质点是指代表物料特性的微元或微团。物料由无数个质 点组成。 2、物料质点的年龄 年龄是对反应器内质点而言，指从进入反应器开始到某一时 刻，称为年龄。 3、物料质点寿命（停留时间) 寿命是对离开反应器的质点而言，指从进入反应器开始到离 开反应器的时间。 4、空时（单位：时间） 指反应器的有效容积与进料流体的容积流速之比。 Vo

一、几个基本概念 1、物料质点 物料质点是指代表物料特性的微元或微团。物料由无数个质 点组成。 2、物料质点的年龄 年龄是对反应器内质点而言，指从进入反应器开始到某一时 刻，称为年龄。 3、物料质点寿命（停留时间） 寿命是对离开反应器的质点而言，指从进入反应器开始到离 开反应器的时间。 4、空时（单位：时间） 指反应器的有效容积与进料流体的容积流速之比。 v0 V  =

5、返混 返混指流动反应器内不同年龄质点间的混合。 返混的原因 a.机械搅拌号引起物料质点的运动方向和主体流动方向相反， 不同年龄的质点混合在一起： b.反应器结构造成物料流速不均匀，例如死角、分布器等。 造成返混的各种因素统称为工程因素。在流动反应器中，不 可避免的存在工程因素，而且带有随机性，所以在流动反应 器中都存在着返混，只是返混程度有所不同而已

5、返混 返混指流动反应器内不同年龄质点间的混合。 返混的原因 a.机械搅拌引起物料质点的运动方向和主体流动方向相反， 不同年龄的质点混合在一起； b.反应器结构造成物料流速不均匀，例如死角、分布器等。 造成返混的各种因素统称为工程因素。在流动反应器中，不 可避免的存在工程因素，而且带有随机性，所以在流动反应 器中都存在着返混，只是返混程度有所不同而已

二、理想流动模型 返混 间歇反应器 平推流反应器 完全没有返混 连续流动反应器 全混流反应器 返混极大 均匀合 均匀 图31向歇反应器与理想流动反应器 (a)闻歌反应器：(6)平推返反应磐：（©》全颜液反应器

平推流反应器 全混流反应器 连续流动反应器 间 歇 反 应 器 完全没有返混 返混极大 返混 二、理想流动模型

3.1反应器设计的基本方程 一、反应器设计的基本内容 反应系统的动力学特性 一()选择合适的反应 器型式 反应器的流动特征和传递特性 最大反应效果 (2)确定最佳的工艺 条件 反应器的操作稳定性 (3)计算所需反应器 目标→反应器结构和尺寸的优化 体积

3.1反应器设计的基本方程 一、反应器设计的基本内容 (1)选择合适的反应 器型式 (2)确定最佳的工艺 条件 (3)计算所需反应器 体积 反应系统的动力学特性 反应器的流动特征和传递特性 最大反应效果 反应器的操作稳定性 目标 反应器结构和尺寸的优化

二、反应器设计的基本方程 动力学方程式 the kinetic equation 物料衡算方程式 the mass balance equation 热量衡算方程式 the energy balance equation 动量衡算方程式 the momentum balance equation

动力学方程式 物料衡算方程式 热量衡算方程式 动量衡算方程式 the kinetic equation the mass balance equation the energy balance equation the momentum balance equation 二、反应器设计的基本方程

3.1.反应器设计的基本方程 (1)物料衡算方程式 物料衡算以质量守恒定律为基础，是计算反应器体积的基本方程。对间歇反应器 与全混流反应器，由于反应器中浓度均匀，可对整个反应器作物料衡算。对于反应器 中物料浓度沿长度具有分布的反应器，应选取反应器微元体积，假定在这些微元体积 中浓度和温度均匀，对该微元作物料衡算，将这些微元加和起来，成为整个反应器。 对反应器或对反应器微元体积进行某反应组分的物料衡算。 某组分流入量 某组分流出量 某组分反应消耗量 某组分累积量 反应器 反应单元 流入量 流出量 反应量 累积量 间歇式 整个反应器 0 0 平推流（稳态） 微元长度 0 全混釜（稳态） 整个反应器 0 非稳态

(1)物料衡算方程式 物料衡算以质量守恒定律为基础，是计算反应器体积的基本方程。对间歇反应器 与全混流反应器，由于反应器中浓度均匀，可对整个反应器作物料衡算。对于反应器 中物料浓度沿长度具有分布的反应器，应选取反应器微元体积，假定在这些微元体积 中浓度和温度均匀，对该微元作物料衡算，将这些微元加和起来，成为整个反应器。 对反应器或对反应器微元体积进行某反应组分的物料衡算。 某组分流入量 ＝ 某组分流出量 ﹢ 某组分反应消耗量 ﹢ 某组分累积量 反应器 反应单元 流入量 流出量 反应量 累积量 间歇式 整个反应器 0 0 √ √ 平推流(稳态) 微元长度 √ √ √ 0 全混釜(稳态) 整个反应器 √ √ √ 0 非稳态 √ √ √ √ 3.1. 反应器设计的基本方程