因xA低、 HR小，容易做
到等温
可直接求算瞬时反应速率
缺点
对分析（精度）要求苛刻 有副反应时难以观察
易于沟流，对催化剂装填均 匀性要求苛刻
配料麻烦、费事
瞬时速率计算
ri

Fio m
( xi , 2

xi ,1 )

Fio m
xi
8
6.1.2 循环反应器
V oCio VcCif V o Vc Ci
粒度催化剂的宏观活性（内扩散+化学动力学） ※ 内循环方式由于产生的压头较小，难以克服床层阻力，
因而不适宜于本征动力学测定，但外循环反应器则可 ※ 直流管式反应器沿床层存在较大的浓度分布，因而不
适宜于中毒动力学的测定，而无梯度反应器则无此问 题，可用 ※ 管式反应器结构简单、费用低、操作易稳定 循环反应器结构复杂、费用高、操作稳定周期长
对产物的阻抑作用和副反应 的情况易于观察，对工艺开 发甚为有利
缺点
对热效应大的反应，难以做 到等温
转化率为积累结果，数据处 理复杂（迭代与参数优化）
微分衡算（PFR设计方程）
ri d m

Fiodxi

ri

dxi
d

m Fio

等温微分反应器
xA<1% or xA<10% 优点
or
ri
V oCio VCif mcat反应器
11
内循环无梯度反应器
12
内 循 环 无 梯 度 反 应 器
13
6.1.3 循环无梯度反应器 与固定床直流管式反应器的比较
※ 活塞流等温直流管式反应器只适用于本征动力学测定 ※ 无梯度反应器在循环比大于25的情况下，可测定工业
14
6.1.4 工艺及动力学研究过程中的反应器组合
积分反应器便于考察多相催化反应过程的综合效 应，而微分反应器又易于考察物料组成对瞬时反应速 率的影响，两者组合可以获得更多的信息
积分反应器 无梯度反应器
综合效应 考察
瞬时速率测定
（降低对分析精 度的要求）
15
6.1.5 搅拌式反应器
分类：CSTR、BR、semi-BR（半间歇反应器） 基本思想：全返混 C C T T 0
动力学研究涉及过程
※ 传热、传质和化学反应 ※ 如何分阶段进行和完整描述（过程动力学）
动力学研究现状
无法直接从理论上推导出动力学速率方程的 定量描述形式，只能依靠实验获得有效的动力学 数据和获得可靠的速率表达方程—动力学研究属 于实验科学的范畴
2
6.1 实验装置及其选择
动力学实验研究组成
（1）过程认识； （3）预备实验； （5）实验设计；
（2）径向返混消除—边壁效应和径向温度、浓度梯度
推荐d管/d颗粒8~10，有内套管时，d管=db-d套管 （3）轴向返混消除
对n级反应 Lb/dp=20nln(CAo/CAf)/Pe
对气体可取Pe2，一般Lb/dp>150
7
等温积分反应器
转化率增加值>10% 优点
对取样和分析要求不苛刻

Ci

1 1 Vc /V o
Cio
Vc /V o 1 Vc /V o
Cif

Ci

1 1 Rc
Cio
Rc 1 Rc
Cif

Ci

Cio RcCif 1 Rc
Rc Vc /V o 循环比
当 Rc
25时，Ci
Cif
相当于 CSTR

ri
V oCio VCif Vcatalyst
径比（Lb/dp>150）或加惰性填充料稀释催化剂
床层径向传递影响消除—增加反应器直径与颗粒
粒径比（db/dp=8~10以上）
必须注意：尽管前面已对控制步骤的浓度形式进 行了说明，文献也有许多判据，但由于粒内浓度确 定困难，稳妥的方法依旧是通过实验解决
19
6.2.1 外扩散影响的检验及消除
6 多相催化反应动力学实验研究
动力学研究意义
※ 化学反应工程的基础 过程开发、反应器 分析、设计、操作最优化等
※ 催化剂工程设计的基础 ※ 催化剂开发和性能改进的基础 催化剂筛
选、评价、催化剂性能改进方向（如，控 制步骤和多活性位的调整等）
动力学研究目的
建立化学反应速率及其影响因素之间的相互关系 1
边界条件：l 0，Ci f (t)，at t 0 f (t)与脉冲方式有关
中毒失活研究 价格昂贵过程研究17
6.1.7 其它反应器
鼓泡床反应器 热重法—差热天平 流化床 输送床 涓流床
18
6.2 物理传递过程影响判识及其消除方法
外扩散影响消除—提高空速（线速度） 内扩散影响消除—减小颗粒尺寸（粒度） 床层轴向传递影响消除—增加床层高度与颗粒粒
l r l r
液-固系统 气-液系统 三相床
16
6.1.6 脉冲反应器
属于微反应器的一种 色谱应答技术
非定态操作，催化剂 装量极少（h<1cm） 等温性良好
忽略内扩散，则轴向 浓度分布描述为：
Ci t
u Ci l

Da
2Ci l 2
ri
适用情况
初始条件：t 0，Ci 0，at l [0, ] 初始活性测定
4
6.1.1 直流管式固定床反应器
特点
结构简单
可等温操作
调整恒温区 方便（铜套）
可绝热操作
5
本征动力学：只考虑动力学过程的速率表达问题，需消
除扩散过程的影响，包括： （1）催化剂颗粒内的温度、浓度梯度； （2）物流主体与催化剂颗粒之间的浓度及温度梯度； （3）催化剂床层内各部分物流之间混合的不均匀性
（2）实验装置； （4）实验条件； （6）实验实施。
基础（理想）反应器—BR, PFR, CSTR
优点：物料流动规律已知，易于定性和定量
3
实验室用反应器
※ 按操作原理划分 （1）固定床反应器；（2）循环反应器 （3）搅拌式反应器；（4）脉冲反应器
※ 按床层温度分布划分 （1）等温反应器； （2）绝热反应器 （3）非等温非绝热反应器
措施：
对（1）减小颗粒粒度； 对（2）增加物流流速（线速度）； 对（3）PFR应消除轴向返混及催化剂床层内的温度和
浓度梯度。对CSTR应加强返混。 6
等温直流管式反应器的分类及要求（活塞流）
按转化率净增率分为等温积分反应器和微分反应器
要求
（1）床层温度变化期望值在0.5oC以内
一般< 1oC—与热效应大小和操作温度相关