k1
CH 3COOH C2H5OH k2 CH 3COOC 2H 5 H 2O
原料中反应组分的质量比为A:B:S=1:2:1.35, 反应液的 密度为1020kg/m3, 并假定在反应过程中不变，每批装 料，卸料及清洗等辅助操作时间为1h，反应在100℃ 下等温操作，其反应速率方程如下：
2021年2月14日星期日
b
1
cB0 cA0
cs0 cA0k
1
10.2 3.908
17.59 3.908 2.92
5.15
a 1 1 1 1 0.6575
k
2.92
t
1 k1c A0
xA
0 axA2
dxA bxA
c
k1c A0
2021年2月14日星期日
1
ln 2axA b
b2 4ac 2axA b
t0 已知
t0
求
Q0和
t
已知
Q0
2021年2月14日星期日
设计方程
t
解：首先计算原料处理量 Q0
每小时的乙酸用量为：
12000 12000
M R 88 16.23kmol / h
24 xA 24 0.35
由于原料液中A:B:S=1:2:1.35
1 2 5 4.35kg 原料液中含1kg乙酸
与设计方程联立，用龙格库塔法求解
对于绝热操作：U 0
积分：
2021年2月14日星期日
dT H r cA0 dxA
dt
cv
dt
t 0,T T0, xA xA0
T
T0
H r cA0
cv
xA
xA0
3 反应容积的计算
VR Q0 t t0
t ：反应时间 t0 ：辅助时间
Q0 ：辅助时间单位时间内处理的反应物料的体积
dt
T
H r
rA VR
d cv VRT
dt
对于恒容过程 ：
cv VR
dT dt
rA VR Hr UATm
T
dT dt
rA Hr UA
cv
cv VR
Tm
T
H r cA0
cv
dxA dt
UA
cv VR
Tm
T
——变温操作热衡算式，操作方程
2021年2月14日星期日
对于非等温操作：
t 0, cA cA0 , xA 0,T T0
求反应时间
2021年2月14日星期日
先将题给的速率方程变换成转化率的函数：
cA cA0 1 xA cB cB0 cA0cA
cR cA0xA
cS cS0 cA0xA
代入速率方程，整理后得：
rA k1 ax2 bxA c cA02
式中：
2021年2月14日星期日
c cB0 10.2 2.61 cA0 3.908
2021年2月14日星期日
实际反应器的体积
V VR f
f : 装填系数，0.4-0.85 。一般由实验确定，也可根据反应
物料的性质不同而选择。 对于沸腾或起泡沫的液体物料，可取0.4-0.6 对于不起泡或不沸腾的液体，可取0.7-0.85
2021年2月14日星期日
例 3-1
用间歇反应器进行乙酸和乙醇的酯化反应，每天生 产乙酸乙酯12000kg，其化学反应式为：
2021年2月14日星期日
第三章 理想反应器
第一节 间歇式完全混合反应器
1 物料衡算 2 热量衡算 3 反应容积的计算 4 间歇反应器的最优操作时间
2021年2月14日星期日
反应器设计的基本内容 1）根据化学反应的动力学特性来选择合适的反应器形式； 2）结合动力学和反应器两方面特性来确定操作方式和优化
装料，卸料等辅助操作时间长，产品质量不易稳定
2021年2月14日星期日
1 物料衡算
单位时间
单位时间
单位时间
A在反应
输入的物 _ 输出的物 _ 内反应掉 = 器内积累
料A量
料A量
的A量
速率
对于间歇釜式反应器： 输入=输出=0
假设釜的有效反应容积为VR ，单位时间内反应掉的A量
为： (rA )VR
积累 dnA d VR cA
原料液量为：
16.23 60 4.35 4.155m3 / h
1020
2021年2月14日星期日
原料液的起始组成：
cA0
16.23 4.155
3.908mol / l
cB0
3.908 60 46
2
10.2mol
/
l
cS 0
3.908 601.35 18
17.59mol
/
l
由
t cA0
xA dxA 0 rA
所有的物料在器内具有相同的停留时间。
2021年2月14日星期日
第一节 间歇式完全混合反应器
2021年2月14日星期日
特点： 反应器内各处温度始终相等，无需考虑反应器内的热量
传递问题 所有物料具有相同的反应时间
优点： 操作灵活，易于适应不同操作条件与不同产品品种，适
用于小批量， 多品种，反应时间较长的产品生产 缺点：
dt
dt
2021年2月14日星期日
rA VR
d VRcA
dt
VRcA nA nA0 1 xA
d VRcA
dt
nA0
dxA dt
rAVR
rA
nA0 VR
dxA dt
积分得：
nA0
xA dxA 0 VR rA
cA0
xA 0
dxA rA
cA dcA
r cA0
A
——间歇完全混合反应器的设计方程
2021年2月14日星期日
2 热量衡算
单位时间 内输入的 热量
_
单位时间 内输出的 _ 热量
单位时间 的反应热
=
单位时间 内累积的 热量
对于间歇式反应器：
输入热量 UATm T
输出的热量=0
单位时间的反应热 rA VR H r
2021年2月14日星期日
积累 d cv TVR
UATm
b2 4ac b2 4ac
b2 4ac 5.152 4 2.61 0.6575 4.434
的操作设计； 3）根据给定的产量对反应装置进行设计计算，确定反应器
的几何尺寸并进行某些经济评价。
2021年2月14日星期日
间歇式完全混合（无返混）
理想混合反应器 （完全混合）
理想反应器
连续式完全混合（返混程度最大）
平推流反应器 （无返混）
2021年2月14日星期日
返 混：不同停留时间的粒子间的混合 平推流：反应物料以相同的流速和一致的方向进行移动，
rA k1 cAcB cRcS K
100℃时：
k1 4.76104l /mol min
平衡常数K=2.92，试计算乙酸转化35%时所需的反应 体积，根据反应物料的特性，若反应器填充系数去 0.75，则反应器的实际体积是多少？
2021年2月14日星期日
分析：
求V
V VR f
求 VR
VR Q0 t