结论
(1) C与d等效，平推流与全混流反应器串联时，与顺序无关。 （2）e与f等效，两个平推流反应器串联和并联时结果相同，与 连接方式无关。 （3）CAf：a>b>c=d>e=f (4)xAf:f=e>d=c>b>a
思考题：
等体积的平推流与全混流反应器串联，在等温条件下 进行二级不可逆反应，反应速率
平推流反应器： VR V0C A0 dxA rA
x Af 0
x Af
0
dxA rA
间歇反应器：不考虑辅 助操作时间 t C A0
x Af 0
VR V0t V0C A0
dxA rA
(2) 全混流反应器与平推流反应器体积比较 如果全混流反应器与平推流反应器中进行相同的反 应，采用相同的进料流量与进料浓度，反应温度与最终 反应率也相同。则由于全混流反应器中存在返混。所以 反应体积要大一些。
3.3.4
全混流反应器的热稳定性
任何化学反应都有一定的热效应，因此有必要讨论 反应器的传热问题，尤其当反应器放热强度较大时，传 热过程对化学反应过程的影响，往往成为过程的关键因 素。反应过程中的热量传递与传质一样，也可按其尺度 分为：设备尺度的热量传递和颗粒尺度的热量传递。 对放热反应过程，当某些外界因素使得反应温度升 高时，根据阿累尼乌斯公式可知反应速率随之加快。然 而反应速率的剧增，反应放热速率也愈大这就使反应温 度进一步上升，因而就可能出现如下的恶性循环 反应温度上升 反应速率加快 反应放热速率增大
E C A0VR (H R )k10 exp( ) C A0VR k (H R ) RT QR E 1 k m 1 m k10 exp( ) RT
B、移热速率
QC NT 0CP (T T0 ) KF (T TC ) ( NT 0CP KF )T ( NT 0CPT0 KFTC )
C Af , a
C A0 C A0 VR 1 2k 1 k V0 / 2
(b)为两个全混流反应器串联，第二反应器出口浓度为
C Af C A0 C A1 , C A1 V V 1 k R 1 k R V0 V0
C Af ,b
C A0 C A0 C A1 2 VR VR 2 ( 1 k ) 1 k (1 k ) V0 V0
设VRP与VRM分别表示平推流与全混流反应器的反应 体积，两者之比
x Af dx VRM V0C A0 xAf [ ] /[V0C A0 ] 0 VRP (rA ) f rA
当V0、 CA0 、 x Af 相同时，全混流反应器所需体积 大于平推流反应器的体积，这是由于前者存在返混造 成的。
1）热稳定性和参数灵敏性的概念
如果一个反应器是在某一平衡状态下设计并进行操作的 ，就传热而言，反应器处于热平衡状态，即反应的放热速率 应该等于移热速率。只要这个平衡不被破坏，反应器内各处 温度将不随时间而变化，处于定态。
但是，实际上各有关参数不可能严格保持在给定值，总 会有各种偶然的原因而引起扰动。扰动表示为流量、进口温 度、冷却介质温度等有关参数的变动。如果某个短暂的扰动 使反应器内的温度产生微小的变化，产生两种情况： 一是反应温度会自动返回原来的平衡状态，此时称该反 应器是热稳定的，或是有自衡能力； 另一种是该温度将继续上升直到另一个平衡状态为止， 则称此反应器是不稳定的，或无自衡能力。
5
3.4 理想流动反应器的组合与比较 3.4.1 理想流动反应器组合 连接方式：串联、并联 反应器类型：平推流、全混流 串联：前后顺序 共有七种组合 讨论： 条件：（1）等温
（2）两个等体积理想反应器组合
（3）一级不可逆反应 （4）V0，CA0相同 问题：不同组合下，出口浓度如 何？
全混流反应器： VR C Af C A0 V 1 k R V0
k VR V0
C Af , d C A1e
k
VR V0

C A0 e
VR 1 k V0
C A0e k 1 k
(e)为两个平推流反应器并联。每只平推流反应器的出口 浓度即为混合后的出口浓度
k VR V0 2 2 k VR V0
C Af ,e C A0e
C A0 e
C A0e2k
V m/s
3
h h
（1）全混流反应器的定态基本方程
条件：一级不可逆反应；反应过程中体积不变 A、放热速率
QR VR (rA ) f (H R ) VR kCAf (H R ) V0C A0 V0C Af VR kCAf C Af V0C A0 C A0 V0 VR k 1 k m
着火与熄火现象对于反应器操作控制甚为重要，特别 是开停工的时候。例如，若操作温度系在着火点附近，进 料温度稍有改变，便会产生超温，从而破坏操作，可能出 现烧坏催化剂或者可能产生爆炸等事故；在熄火点附近操 作时，则易产生突然降温以致反应终止。
为了使反应器操作稳定，应使用尽可能大的传热面积， 和尽可能小的传热温差等。至于釜式反应器，如果调节手 段适当，不一定非要在稳定的定态下操作。
rA kCA , k 1m3 /(min.kmol),CA0 1kmol/ m3
平推流与全混流反应器的接触时间均为1min,计算其最 终转化率。
2
解：（ 1 ）平推流在前，全混流 在后 C A0 C A1 0.5 1 C A0 k 1 4C A1k 1 C Af 0.365 2k C A0 C Af x Af 0.635 C A0 (2)全混流在前，平推流在 后 1 4C A0 k 1 C A1 0.615 2k C A1 C Af 0.380 1 C A1k x Af C A0 C Af C A0 0.620
V0 (C A0 C Af ) kCAf
V0 C Af dCA 平推流反应器： VR V0 ln C A0 kCA k C A0
C Af
C Af
C A0 C A1 , C A1 V V 1 k R 1 k R V0 V0
C A)为两个全混流反应器并联，每只全混流反应器出口浓 度即为混合后的出口浓度
当k 1时 C A0 C C Af ,a A0 1 2k 3 C A0 C A0 C Af ,b 2 (1 k ) 4 C A0 k C A0 C Af ,c C Af ,d e 1 k 5.44 C A0 2 k C Af ,e C Af , f C A0 e 7 .4
讨论：对二级不可逆反 应，两种组合最终转化 率不相同，在本题条件 下，平推流在前优于全 混流在前。
3.4.2 理想流动反应器的体积比较
如果在这些理想反应器中进 行相同的反应，采用相同的 进料流量与进料浓度，反应 温度与最终反应率也相同。 这几种反应器所需的体积是 否相同呢?
(1) 间歇反应器与平推流反应器体积比较 如果间歇反应器与平推流反应器中进行相同的反应， 采用相同的进料流量与进料浓度，反应温度与最终反应 率也相同。则两者的体积是相同的(未考虑间歇反应器 的辅助时间)，这是因为它们均不存在返混。
Q
Qr QG
N
P
M T TM TP TN
N点： 当有扰动使T略大于TN时 (dT＞0)，移热速率大于放热 速率，体系温度下降，自动 恢复到N点。
当有扰动使T略小于TN (dT＜0)时，，移热速率小于 放热速率，体系温度上升， 自动恢复到N点。
QC
Q N
QR
P
M T TM TP TN
M、N点是稳定的定态点， P点为不稳定的定态点
无论是热稳定性还是参数灵敏牲，两者都给反应器的设 计增加了限制因素。如果不予重视，往往会使设计的反应器 无法操作。
2）全混流反应器的多态 自热过程：化工生产中的放热过程，通常 利用反应热加热原料，以达到反应所要求 的温度，这种过程称为自热过程。 热稳定性：是指定态的抗干扰能力，当外 界条件有一个小的扰动时，能否仍然达到 干扰 自热要求。 t 对反应器的要求： 能自热平衡，维持反 应在恒温下进行，当外部 环境发生变化时，能保持 热稳定性。
(c)为平推流反应器与全混流反应器串联，第二反应器出口浓度为
C Af C A1 , C A1 C A0 e VR 1 k V0
k VR V0
C A0 e C A0 e k C A1 C Af ,C VR VR 1 k 1 k 1 k V0 V0
k
VR V0
(d)为全混流反应器与平推流反应器串联，第二反应器出口浓度为
二者虽然都是热平衡的，但是一个是稳定的，另一个是 不稳定的。可见，平衡和稳定是两个不同的概念。平衡不等 于稳定。平衡有两种：稳定的平衡和不稳定的平衡。 一般来说，热稳定性条件要比热平衡条件苛刻得多。热 平衡条件只要求放热速率等于移热速率，因此可以采用很大 的传热温差，以减少必需的传热面，从而简化了反应器的结 构；而热稳定性条件则给传热予以限制，要求传热温差小于 某个规定值，因而增加了所需的传热面积，使反应器结构复 杂化。热稳定性问题，严格地说属于动态问题。 即使反应器满足热稳定性条件，仍然还有一个参数灵敏 性问题。参数灵敏性指的是各有关参数(流量、进口温度、冷 却温度等)作做小的调整时，反应器内的温度(或反应结果)将 会有多大变化。
（2）全混流反应器的多态
QR C A0VR k (H R ) 1 k m C A0VR (H R )k10 exp( E 1 m k10 exp( ) RT E ) RT
QR(QC) QC
QR
N
QR曲线与QC直线的交点处 QR =QC
P
放热速率=移热速率，达到了热平 衡，就是系统的操作点。并且这 种交点随操作参数不同有可能是 多个，这种有多个交点的现象称 为反应器的多态。
全混流反应器有热稳定的操 作点的条件：