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 3.2 理想间歇反应器中的简单反应

3.2理想间歇反应器中的简单反应 : 特征描述 工业上充分搅拌的间歇槽式反应器的性能 和行为相当接近于理想间歇反应器。反应物 料按一定配料比一次加入反应器内，容器的 顶部有一可拆卸的顶盖，以供清洗和维修用。 在容器内部设置搅拌装置，使器内物料均匀 混合。顶盖上都开有各种工艺接管用以测量 温度、压力和添加各种物料。筒体外部一般 都装有夹套用来加热或冷却物料。器内还可 以根据需要设置盘管或排管以增大传热面积。 用35间歌反应器

3.2理想间歇反应器中的简单反应 工业上充分搅拌的间歇槽式反应器的性能 和行为相当接近于理想间歇反应器。反应物 料按一定配料比一次加入反应器内，容器的 顶部有一可拆卸的顶盖，以供清洗和维修用。 在容器内部设置搅拌装置，使器内物料均匀 混合。顶盖上都开有各种工艺接管用以测量 温度、压力和添加各种物料。筒体外部一般 都装有夹套用来加热或冷却物料。器内还可 以根据需要设置盘管或排管以增大传热面积。 特征描述：

3.2.1间歇反应器的特征 特点： 1、由于剧烈搅拌，反应器内物料浓度达到分子尺度上的 均匀，且反应器内浓度处处相等，因而排除了物质传递对 反应的影响； ·2、具有足够强的传热条件，温度始终相等，无需考虑器 内的热量传递问题； ÷3、物料同时加入并同时停止反应，所有物料具有相同的 反应时间

3.2.1 间歇反应器的特征 特点: ❖ 1 、 由于剧烈搅拌，反应器内物料浓度达到分子尺度上的 均匀，且反应器内浓度处处相等，因而排除了物质传递对 反应的影响； ❖ 2 、 具有足够强的传热条件，温度始终相等，无需考虑器 内的热量传递问题； ❖ 3 、 物料同时加入并同时停止反应，所有物料具有相同的 反应时间

·优点：操作灵活，适用于小批量、多品种、反应 时间较长的产品生产。例如：精细化工产品的生 产 缺点：装料、卸料等辅助操作时间长，产品质量 不稳定

❖ 优点： 操作灵活，适用于小批量、多品种、反应 时间较长的产品生产。例如：精细化工产品的生 产 ❖ 缺点：装料、卸料等辅助操作时间长，产品质量 不稳定

Standardised stirred tank reactor sizes 标准尺寸(according to D) 反应釜规格 400 630 1000 2500 4000 6300 总容积 533 847 1447 3460 5374 8230 夹套容积 L 120 152 216 368 499 677 N 换热面积 m2 2.5 3.1 4.6 8.3 11.7 15.6 d1 800 1000 1200 1600 1800 2000 N h1 1000 1000 1200 1600 2000 2500 主要尺寸 N (mm) d2 900 1100 1300 1700 1900 2100 h2 1250 1300 1550 2060 2500 3050

Standardised stirred tank reactor sizes 反应釜规格 400 630 1000 2500 4000 6300 总容积 L 533 847 1447 3460 5374 8230 夹套容积 L 120 152 216 368 499 677 换热面积 m2 2.5 3.1 4.6 8.3 11.7 15.6 主要尺寸 (mm) d1 800 1000 1200 1600 1800 2000 h1 1000 1000 1200 1600 2000 2500 d2 900 1100 1300 1700 1900 2100 h2 1250 1300 1550 2060 2500 3050 标准尺寸( according to DIN)

3.2.2间歇反应器的数学描述 用数学模型描述反应物组成随时间的变化情况对整个 反应器进行物料衡算： 流入翟=流出量+反应量+累积量 单位时间内反应量=单位时间内消失量 (P= dna=nao dt dt 0m,=nn-xa》 dCa 反应体积不变时-)-

3.2.2 间歇反应器的数学描述 用数学模型描述反应物组成随时间的变化情况对整个 反应器进行物料衡算： 0 流入量 = 流出量 + 反应量 + 累积量 0 单位时间内反应量 = 单位时间内消失量 0 0 ( ) ( (1 )) , ( ) A A A A A A A A A dn dx r V n n n x dt dt dC r dt − = − = = − 当反应体积不变时 − = −

反应痊积V是指唇哼物料在反应器史所点的体积驱 决宇单位生产时间所远理的物料量和每批性产所需要的操 作时间。 V=Vot红 tr =t+1' 实际操作时间=反应时间()+辅助时间() 据此关系式，可以进行反应器体积的设计计算

反应体积V是指反应物料在反应器中所占的体积。它取 决于单位生产时间所处理的物料量和每批生产所需要的操 作时间。 实际操作时间=反应时间(t) + 辅助时间 (t’) 据此关系式，可以进行反应器体积的设计计算 0 T T V t t t t = = + 

t= dx dx (-rA) (-rA) 等容过程，液相反应 -) (-rA) 只要已知反应动力学方程式或反应速率与组分浓度 之间的变化规律，就能计算反应时间。最基本最直接 的方法就是图解法或数值积分法。 根据上式，在间歇反应器中，反应物料达到一定转 化率所需要的反应时间，只与过程速率有关，而与反 应器大小无关。反应器的大小取决于物料的处理量

0 0 0 0 ( ) ( ) Af Af x x A A A A A A n dx dx t C V r r = = − −   0 0 0 ( ) ( ) Af A A x C A A A C A A dx dC t C r r = = − − −   等容过程，液相反应 只要已知反应动力学方程式或反应速率与组分浓度 之间的变化规律,就能计算反应时间。最基本最直接 的方法就是图解法或数值积分法。 根据上式，在间歇反应器中，反应物料达到一定转 化率所需要的反应时间，只与过程速率有关，而与反 应器大小无关。反应器的大小取决于物料的处理量

图解积分示意图 1=c- (-rA) 一IA t/CA0 XAO XAf

图解积分示意图 t/cA0 [－rA] -1 x x Af xA0 t [－rA] -1 CAf CA CA0 0 0 0 ( ) ( ) Af A A x C A A A C A A dx dC t C r r = = − − −  

3.2.2间歇反应器的数学描述 一级不可逆反应lst.Order Reaction(irreversible)】 (-a)=kC4 > C Ci=Ca0e M xy=1-e点M=-1nl-x)

3.2.2间歇反应器的数学描述 一级不可逆反应1st. Order Reaction（irreversible） ( ) A A − = r kC 0 ln A Af C kt C = 0 A f A C A C A dC t kC = −  0 kt C C e A f A − = 1 kt Af x e − = − ln(1 ) Af kt x = − −

表3·1理想间歇反应器中整级数单反应的反应结果表达式 反应级数 反应速率 残余浓度式 转化率式 kt=C0-C4 kt=CA0XA n=0 (-ra)=k Ca=CAo-kt t X4= Cao kt =In Cao kt =In n=1 (-r4)=kC CA 1-x4 =Cxe- xy=1-e-k kt= kt= 1 XA n=2 (-TA)=kC? C C C401-x4 Caokt C=1+Caokt X1+Caokt n级 (-4)=kCg (C-c) 1-x)'-"=1+(n-1)C0 n≠1

反应级数 反应速率 残余浓度式 转化率式 n=0 n=1 n=2 n级 n≠1 ( ) A A − = r kC ( ) A − = r k 2 ( ) A A − = r kC ( ) n A A − = r kC A0 A C kt ln C = A A 0 kt C C = − A A 0 kt C x = 0 kt C C e A A − = 1 kt A x e − = − 1 1 A kt ln x = − 0 1 1 A A kt C C = − 0 1 1 A A A x kt C x = − C C kt A A = − 0 0 A A kt x C = 0 0 1 A A A C C C kt = + 0 0 1 A A A kt x C C kt = + 1 1 0 1 ( ) 1 n n A A kt C C n − − = − − 1 1 0 1 1 ( 1) n n A A x kt n C − = + − （ － ）－ 表3－1 理想间歇反应器中整级数单反应的反应结果表达式