化

学
工
程
系
理想间歇反应器中简单反应的结果
反应速率式
反应级数
转化率式 kt=cA0xA
零级
rA=k rA=kcA rA=kcA
2
一级
1 kt ln 或xA＝ 1 －e kt 1 xA
二级
cA0 kt xA cA0 kt 或xA＝ 1 xA 1+cA0 kt
化
学
工
程
系
例3-1 拟在等温间歇反应器进行氯乙醇的皂化反 应：ClCH2CH2OH＋NaHCO3→ OHCH2CH2OH ＋NaCl＋CO2 乙二醇产量为 20kg／h。使用 15 ％的 NaHCO3水溶 液及30％(均为质量)的氯乙醇水溶液作原料，摩尔 比为1∶1，混合液密度为1.02kg/L。该反应对氯乙 醇和碳酸氢钠均为一级，在反应温度下反应速率 常数等于 5.2L／(mol· h)。要求氯乙醇转化率达到 95％。 (1) 若辅助时间为 0.5h，试计算反应器的有效体积。 (2) 若装填系数取 0.75 ，试计算反应器的实际体积。

化
学
工
程
系
根据流动模型，理想反应器分为：
理想反应器 全混流反应器 平推流反应器
化
学
工
程
系
3.1 间歇操作的完全混合反应器

特点 釜式反应器结构： 加热方式 搅拌器形式 温度测量
化
学
工
程
系
一、间歇反应器特点 1. 反应物料一次加入，产物一次取出。需 要一定非生产性时间； 2.非稳态操作，反应器内浓度、温度随反应 时间连续变化，产品质量不易稳定； 3.同一瞬时，反应器内各点温度相同、浓度 相同。
化
学
工
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3.2 平推流反应器（丙烷分解）
一、平推流反应器的特征 1.通过反应器的物料质点， 轴向上以同一流速流动， 在流动方向上没有返混。 2.径向上物料浓度、温度 相同。 3.所有质点在反应器中 的 停留时间都相同。
CA CA0
CAout 管长 Z/2 CA CA0 0 Z/2 Z 时间 图 3.4-1 平推流反应器图示 Z
3.均相理想反应器
化
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工
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反应器内流体的流动与混合状态 返混：不同停留时间的流体微团之间的混 合称之为返混。

停留时间： 空时和空速：
化
学
工
程
系
返混无穷大： 理想混合，是指反应流体在反应器内的 混合瞬间完成，混合所需的时间可以忽略。 反应器内各点的物料具有相同的温度和浓度 且等于反应器出口物料的温度和浓度。 返混为零： 反应物料在反应器内以同一流速和沿同 一方向流动，所有的物料质点在反应器内的 停留时间都相同，不存在返混。
FA0
FA
r A VR
0
FA0 －FA = rAVR
VR FA0 FA C A0 x A rA v0 v0 rA
化
学
工
程
系
3.3 理想连续搅拌釜式反应器——全混流反应器
一、特点 1. 反应器内各空间位置 温度、浓度均一。 2. 返混无穷大 3. 反应器内浓度、温度 与出口处浓度、温度 相同。
CA0 F A0 v0 T0 CA F A v Tout
T m，out G
VR T=Tout Ci=Ci，out
T m， in G
dxA rA
xA0
xAf xA
若在平推流反应器中进行摩尔数增加的气相反 应，则平均停留时间是否与空时相等？
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程
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例2
应用管径为12.6cm的管式反应器进行一级不 可逆气体热解反应：A→R+S，速率方程为 rA=kCA;k=7.80×109exp[-19220/RT];
原料为纯气体 A ，反应压力为 5atm ，反应温 度为500℃，等温恒压反应。若要转化率为0.9， 原料气处理量为1.55kmol/h。试计算所需反应器 管长。
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化
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夹ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ式蒸汽加热反应釜
内外盘管式加热不锈 钢反应釜
化
学
工
程
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化
学
工
程
系
装配式热电偶
化
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工
程
系
铠装热电偶WRNK
化
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工
程
系
仿进口杆式传感器
化
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系
仿进口可调节压簧螺钉式热电偶
化
学
工
程
系
二、间歇反应器计算
1.反应时间的计算 根据物料衡算
单位时间 单位时间 单位时间 反应器中A A的流入量 A的流出量 A的反应量 的积累速度
CAout
化
学
工
程
系
二、平推流反应器时间的计算
流入量＝流出量＋反应量＋累积量
FA FA dFA
rAdVR
0
dFA rAdVR
dFA FA0dxA
xA2 dx VR A cA0 xA1 r v0 A
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平推流反应器图解计算
1 rA
/ C A0
x Af
xA 0
0
0
rAV R
dn A dt
dn 即： rAV R A dt
化
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工
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积分得(1)：t n A0

xA
0
dx A rAVR
※间歇反应器的 设计方程※（1）
恒容时： t CA0
x Af
xA 0
dxA rA
对于间歇系统达到一定转化率所需时间取决于 反应速率，而与反应器体积大小无关；反应器 的大小由处理量决定。
化
学
工
程
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全混流反应器浓度-时间图
CA0
CA
t0
t
t
化
学
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二、全混流反应器的设计方程
单位时间 单位时间 单位时间 反应器中A A的流入量 A的流出量 A的反应量 的积累速度
化
学
工
程
系
1 rA
间歇釜反应器图解
dCA t C A0 r A
C Af
CAf
CA0
CA
化
学
工
程
系
1 rA
t / C A0
dxA x A0 r A
x Af
xA0
xAf
xA
化
学
工
程
系
2. 反应器有效体积VR的计算 一个操作周期时间：(t＋t0) 物料处理量为v0(m3/h) ∴反应器的有效体积 VR=v0 (t＋t0) 式中：
t0－ 辅助生产时间，包括加料、排料、 洗反应器和 物料的升温、冷却。 v0 －平均每小时反应物料的体积处理量。
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3.反应器实际体积V的计算
反应器的实际体积是考虑了装料系数后的实际 体积(不包括换热器搅拌器的体积)。
VR V
Ф是装料系数，一般为0.4～0.85，
不起泡、不沸腾物料取0.7～0.85， 起泡、沸腾物料取0.4～0.6。