《化学反应工程》课程教学资源（PPT课件讲稿）第三章 理想反应器

第三章理想反应器 分批式操作的完全混合反应器( Batch reactor, B.R.) 半分批式操作的釜式(完全混合)反应器 ●连续操作的完全混合流反应器( Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR) ●多釜串联组合的全混流反应器(N-CSTR) ●平推流反应器( Plug flow reactor,PKR) 循环操作的平推流反应器 ●反应器型式与操作方法的评选

第 三 章 理 想 反 应 器 ⚫分批式操作的完全混合反应器（Batch Reactor, B.R.） ⚫半分批式操作的釜式（完全混合）反应器 ⚫连续操作的完全混合流反应器(Continuous Stirred Tank Reactor，CSTR) ⚫多釜串联组合的全混流反应器（N-CSTR） ⚫平推流反应器 (Plug Flow Reactor, PFR) ⚫循环操作的平推流反应器 ⚫反应器型式与操作方法的评选

反应器开发的任务 ●根据化学反应的动力学特性来选择合适 的反应器型式 ●结合动力学和反应器两方面特性来确定 操作方式和优化操作设计 ●根据绐定的产量对反应器装置进行设计 计算,确定反应器的几何尺寸并进行某 些经济评价

一、反应器开发的任务 ⚫ 根据化学反应的动力学特性来选择合适 的反应器型式 ⚫ 结合动力学和反应器两方面特性来确定 操作方式和优化操作设计 ⚫ 根据给定的产量对反应器装置进行设计 计算，确定反应器的几何尺寸并进行某 些经济评价

二、反应器特性 ●反应流体的流动状态、混合状态以及器内的传热性 能等 这些特性与反应器的几何尺寸、结构(包括内构件) 有关 ●反应器特性分析建立在物料衡算和能量衡算的基础 之上 物料衡算 ●流入A量-流出A量+反应消耗A量+累积A量 能量衡算 输入能量输出能量+反应吸收热量+损失热量+累积能量

二、反应器特性 ⚫ 反应流体的流动状态、混合状态以及器内的传热性 能等 ⚫ 这些特性与反应器的几何尺寸、结构（包括内构件） 有关 ⚫ 反应器特性分析建立在物料衡算和能量衡算的基础 之上 –物料衡算 ⚫ 流入A量=流出A量+反应消耗A量+累积A量 –能量衡算 ⚫ 输入能量=输出能量+反应吸收热量+损失热量+累积能量

返混 ●反应流体的微团具有不同的停留时间 ●具有不同停留时间的微团之间的混合 称之为返混

三、返混 ⚫ 反应流体的微团具有不同的停留时间 ⚫ 具有不同停留时间的微团之间的混合， 称之为返混

四、流动模 平推流 返混=0 基本假设 ●在垂直与流体流动方向的任一截面上流速均一 ●相对于主体流动的扩散可以忽略不计 全混流 返混=∝ 基本假设 ●反应器有效容积中任一点处的组成、温度等状态完全相同 ●出口物流的各种状态与反应器中相应状态相同

四、流动模式 ⚫ 平推流 –返混=0 –基本假设 ⚫ 在垂直与流体流动方向的任一截面上流速均一 ⚫ 相对于主体流动的扩散可以忽略不计 ⚫ 全混流 –返混=∞ –基本假设 ⚫ 反应器有效容积中任一点处的组成、温度等状态完全相同 ⚫ 出口物流的各种状态与反应器中相应状态相同

五、理想反应器与非理想反应器 ●理想反应器 理想混合(完全混合)反应器和平推流反应器 本章介绍 非理想反应器 反应流体流动模式偏离完全混合与平推流的反 应器 第四章介绍

五、理想反应器与非理想反应器 ⚫ 理想反应器 –理想混合（完全混合）反应器和平推流反应器 –本章介绍 ⚫ 非理想反应器 –反应流体流动模式偏离完全混合与平推流的反 应器 –第四章介绍

3.1分批式操作的完全混合反应器 (Batch Reactor, B.R.) ●反应器特征 反应器的物料衡算 反应器的热量衡算

3.1 分批式操作的完全混合反应器 （Batch Reactor, B.R.） ⚫反应器特征 ⚫反应器的物料衡算 ⚫反应器的热量衡算

反应器特征 ●分批式操作(间歇操作) 指反应物料一次性投入反应器内 反应过程中不再向反应器投料,也不向外排料 待反应达到要求的转化率后再全部放出反应产 物 ●完全混合 反应器内各点温度、浓度等状态完全相同

一、反应器特征 ⚫ 分批式操作（间歇操作） –指反应物料一次性投入反应器内 –反应过程中不再向反应器投料，也不向外排料 –待反应达到要求的转化率后再全部放出反应产 物 ⚫ 完全混合 –反应器内各点温度、浓度等状态完全相同

拌器洪料口 夹龚 出料 图3-2-1间歇反应器示意图

二、反应器的物料衡算 对某一关键组分A (单位时间-(单位时间-(单位时间=(A在反应器内 流入的物料流出的物料反应消耗掉累积的速率) A的量)A的量)A的量) (-r d(vc d t 罄理得VC)dm,.t n dt d t 40 dt

二、反应器的物料衡算 ⚫对某一关键组分A （单位时间 -（单位时间 -（单位时间 =（A在反应器内 流入的物料 流出的物料 反应消耗掉 累积的速率） A的量） A的量） A的量） ⚫整理得 dt d(VC ) ( r ) V A A 0 − 0 − −  = r V dt dx n dt dn dt d VC A A A A A − = = = (− ) ( ) 0