间可能有长有短，形成一个时间分布，称为停留时间分布，
常用平均停留时间来描述。
V 反应器容积 t v 反应器中物料的体积流量
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反 应 工 程 第 三 章 均 相 反 应 过 程
空时：进入反应器的物料通过反应器体积所需的时间τ 。
V 进料的体积流量 v0
反应器容积
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反 应 工 程 第 三 章 均 相 反 应 过 程
与间歇式反应器相同
据已知条件分析：
1）一级不可逆反应就可写出速率方程； 2）平推流反应器，50℃ 反应转化率达70%指由0－70%需
要的时间，可应用平推流反应器性能方程；
3）由AR可知是等摩尔反应，无论是否液相反应都是恒 容的；
5）难于控制每批生产的条件，故质量不稳定。
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反 应 工 程 第 三 章 均 相 反 应 过 程
2.1.2.2 简单反应器
(2)平推流反应器
dV
dl
单位时间进入 单位时间流出 反应器划定 － 反应器划定 ＝ 体积微元的 体积微元的 A的摩尔数 A的摩尔数
单位时间划 定体积微元 反应掉的A 的摩尔数
的降低。
在流动反应器中物料的流动过程不相同，造成物料浓度 不均匀，经历的反应时间不相同，直接影响反应结果。 我们采用流动模型来描述物料在反应器内的流动状况。
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反 应 工 程 第 三 章 均 相 反 应 过 程
平推流反应器：其特点是反应器无返混
平推流反应器
全混流反应器：其特点返混无穷大
t c A0
xA 0 c A dc dxA A cA0 r rA A
t
dx A nA0 0 V(rA )
xA
rA kcn A
(一般式) (恒容)
c A0
xA
0
c A dc dxA A cA0 r rA A
从而得出反应时间和转化率关系的理想反应的间歇式 反应器性能方程
空速：在规定条件下，单位时间内进入反应器的物料体积 相当于几个反应器的容积，或单位时间内通过单位反应器 容积的物料体积。
v0 1 FA0 SV V c A0V
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年龄反应物料质点从进入反应器算起已经停留的时间；是对仍留在反 应器中的物料质点而言的。 寿命反应物料质点从进入反应器到离开反应器的时间；是对已经离开 反应器的物料质点而言的。
返混又称逆向返混，不同年龄的质点之间的混合。
是时间概念上的混合
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2.1.2.2 简单反应器
理想反应器的分类
理想间歇式反应器 简称间歇式反应器 理想平推流反应器 简称平推流反应器 理想全混流反应器 简称全混流反应器
理想反应器
反 应 工 程 第 三 章 均 相 反 应 过 程
2.1.2 均相反应器设计
2.1.2.1 概述 •目的：介绍工业均相反应过程开发及均相反应器设计计
算中有关的基本原理和方法
•需解决的问题： （1）如何通过实验建立反应的动力学方程并加以应用；
（2）如何根据反应的特点与反应器的性能特征选择反应
器型式及操作方式； （3）如何计算等温与非等温过程的反应器大小及其生产
平推流反应器（活塞流或理想排挤流等）平推流反应器
是指其中物料的流动状况满足平推流的假定。平均停留 时间相等，无返混。也即某一时刻进入反应器的流体， 到某一时刻同时流出反应器。 全混流反应器（也称完全混合流或理想混合流）全混流 反应器，是指反应器中的流动状况满足全混流的假定的 反应器。返混无穷大的含义，指新鲜的物料，进入反应 器，即于反应器内原有的物料达到充分完全的混合，意
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-dFA 反 应 工 程 第 三 章 均 相 反 应 过 程
FA v0 c A FA FA0(1 x A ) v0 c A0(1 x A ) dFA d[v0 c A0(1 x A )] v0 c A0 dxA
平推流反应器的设计方程
1
xA dxA dxA c A0 0 kc (1 x ) (rA ) A0 A
1 x A dxA 1 x A d(1 x A ) 1 x ln(1 x A )0 A k 0 (1 x A ) k 0 (1 x A ) k ln(1 x A )
味着反应器中的温度和浓度处处相等。出口的温度、浓
度同反应器内。温度和浓度不随时间变化，反应速率处 处相等并保持恒定。
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反 应 工 程 第 三 章 均 相 反 应 过 程
平推流和全混流都是理想的连续流动反应器。实际反应器中
的流动状况，介于这两种理想流动之间。之所以研究理想反 应器是为把问题简化，把接近于理想流动的过程当作该种理 想流动来处理。 平均停留时间：进入反应器的物料颗粒在反应器中的停留时
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反 应 工 程 第 三 章 均 相 反 应 过 程
例题：计算反应时间 一级不可逆反应在一间歇式反应器中进行，求在50℃
反应转化率达70%所需的时间。
已知：
A R rA kcA kcA0(1 x A ), km ol/(m3 h) k 9.52 10 9 e -7448.4 / T , h 1 c A0 2.30 km ol/ m3 , cR 0 0
x A dx c A dc A A , c A 0 ( r ) c A0 xA0 (rA ) A
0
CA
CA0
图3－5平推流反应器图解计算示意图
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例题：计算平推流反应器中的反应时间 一级不可逆反应在一平推流反应器中进行，求在50℃
全混流反应器
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流动模型分类如下： 理想流动模型
流动模型
非理想流动模型
平推流模型 全混流模型
流动模型是专指流动反应器而言的。 对于流动反应器，必须考虑物料在反应器内的流动状况。
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反 应 工 程 第 三 章 均 相 反 应 过 程
4）据k的值，可推知活化能E和指前因子 5）反应温度50℃ 转换为绝对温度
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反 应 工 程 第 三 章 均 相 反 应 过 程
解： 50℃ 的反应速率常数
k 9.52 10 e
9
-7448.4/(273.15+50)
反应时间
t c A0
xA 0
0.92( h )
FA ( FA dFA )(rA ) dV dFA (rA ) dV
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FA0 进入反应器反应物A的摩尔流率
FA cA0 cA V0 单位时间流出反应器的A的摩尔流率 进口浓度 出口浓度 反应器入口的体积流率
k
1 ln(1 0.7) 0.92
1.31(h)
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计算结果t仅为反应时间
间歇式反应器的操作周期中还包括非反应时间，反应前的 升温（或降温）、反应器的清洗等非反应过程 间歇式反应器的特点: 1）结构简单； 2）操作灵活； 3）适合小品种、多批次生产； 4）非反应时间的延长，使得生产效率低；
都是均一的处处相等。
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反 2)流动反应器 物料不断地加入反应器，又不断地离开反应器。 应 工 物料在反应器内的流动过程不同。有的物料正常的通过反 程 应器，有的物料进入反应器的死角，有的物料短路（即近 第 三 章 均 相 反 应 过 程 路）通过反应器，有的物料在反应器内回流。停留时间不 同的流体颗粒之间的混合，称为“返混”将导致反应效率
•反应器的特性：
流动状态 混合状态 这些特性因反应器的几何结构及 几何尺寸而异
传热特性
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反 应 工 程 第 三 章 均 相 反 应 过 程
2.1.2.1 概述
1)间歇反应器
物料一次性加入，反应一定时间后把产物一次性取出，反应是分
批进行的。物料在反应器内的温度和浓度是均一的。温度与温度
单位时间流出反应器A的量 单位时间 进入反应 器A的量 =
单位时间反应消失的A的量 单位时间反应器A的累积量
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反 应 工 程 第 三 章 均 相 反 应 过 程
单位时间反应消失的A的量＝（-rA）V 物料平衡：流入＝流出＋反应＋累积
0 ＝0+（-rA）V+d(VcA)/dt
v0 c A0 dxA ( rA )dV dV dxA v0 c A0 rA

V
0
x A dx dV A 0 r v0 c A0 A
V/v0
x A dx V V A 0 r v0 c A0 FA0 c A0 A
x A dx V A xA0 r FA0 c A0 A
能力。
•分类：按照操作方式，可以分为间歇过程和连续过程， 相应的反应器为间歇反应器和流动反应器。