不同。在反应过程中体积的变化可以忽略不计。
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【解】(1) 全混釜

∵
VR C A 0 x A C A 0 C A C R C R 0 C S C S 0 Q0 rA rA rR rS
rR 2.0C A
2 rS 0.2C A
2 rA rR 2 rS 2.0C A 0.4C A
在215℃和5大气压下，均相气相反应 Ａ─→3Ｒ 在活塞流 反应器中进行。215℃时,速率式为： rA=10-2CA0.5(mol/l· s)， 原料气中含有50％A和50％惰性气体(CA0=0.0625mol/l)，求
转化率为80％时所需的时间。
【解】根据题所给出的已知条件有： yA0＝0.5
3 1 2 δA ＝ 1
b 为催化剂的堆密度
§4.5 反应器型式和操作方式的评选
本节仅从反应器生产能力和产品分布这两个影响过程 经济性的主要因素出发，就单一反应和复合反应来分别讨 论其反应器型式和操作方法的评选。
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活塞流反应器体积：
全混流反应器体积：
Vrp Q0C A0
VrM
xA f
0
dxA A
恒容时
∴
CA xA 1 C A0
dC A dx A C A0

CA f
CA0 CA f
dC A rA dC A rA
（活塞流反应器） （间歇反应器）
t
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CA0
注意：①二者形式同，但一个是t，一个是τ（与所选择的
进口状态有关）； ②管式反应器恒容时，τ=t；否则，τ≠t。
【例题2】在一定的反应温度下Ａ发生下述平行反应：
k1 A R
rR 2.0CA kmol /(m3 h)
2 rS 0.2CA kmol /(m3 h)
k2 2 A S
其中Ｒ是主产物，Ｓ是副产物。反应原料为纯的Ａ，其初 始浓度为10kmol/m3。在反应器出口Ａ的转化率为80％。 比较当上述反应在全混釜和平推流反应器中进行时，Ａ转 化为Ｒ的选择性、Ｒ的收率以及反应物的停留时间有什么
1/rA
1/rA
1/rA
τ 3/CA0
面积=τ /CA0
τ 2/CA0 τ 1/CA0
面积=τ /CA0 0 (a) 活塞注流反应器 xA
0 (b) 全混流反应器 xA
0 xA (c) 多釜串联全混流反应器
图 不同反应器所需的体积(τ=V/Q0)
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•
(2) 1/rA 随xA的增大而单调下降 对于n>0的不可逆等温反应均具有此性状。 Vrp或间> VrM-串> VrM
则两者的浓度及温度的差异将很小，可忽略，此时动力学表
征上与均相反应相同。此简化模型称为拟均相模型。
M dFi b vij rj dVr j 1
M dFi b vij rj dW j 1
i 1, 2,, k
i 1, 2,, k
Vr催化剂的堆体积 W催化剂的质量
式中
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FA = （FA ＋ dFA） + rA dVR + 即：
dFA rAdVR
0
dFA dFA0 (1 xA ) FA0dxA
FA0dxA rAdVR
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积分得
VR FA0
xA f
0
dx A rA
FA0 Q0CA0
或
x A f dx VR A C A0 0 Q rA ※活塞流反应器基础设计式※ NhomakorabeaP
面积=CP CA CA0
CA CA3CA2 CA1 CA0 CA
面积=CP CA0
(a)活塞流最优，多釜串联次之，全混流反应器最差
(2) s随CA的增大而单调地下降，返混，以CSTR为最优。
s
全混流
s
多釜串联全混流
s
活塞流
CP
CA (a)
CA0
CA (b)
CA0
CA
CA0
(b)全混流最优，多釜串联全混流次之，活塞流最差
＝100CA00.5
x Af

x Af
0
1 x A 0.5 [ ] dx A 1 xA
1.3 图解积分 1.331 数值积分 1.328 解析积分

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0
1 xA 0.5 [ ] dxA 1 xA
4.3 拟均相模型
对多相催化反应，如果两相间的传质和传热的速率很大，
∴反应物Ａ转化为Ｒ的选择性：
SR
CR CR 0 2C A 1 1 0.714 C A0 C A 2.0C A 0.4C A 2 1 0.2C A 1 0.2 10 (1 0.8)
Ｒ的收率：
YR xA S R 0.8 0.714 5.71
0.6 -4
-3
-2
-1
0
1
2
3 lgk2/k1
图3.5-4 活塞流反应器与全混流反应器的比较
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2.不可逆平行反应
k1 A P
k2 A S
P是目的产物
P的瞬间选择性与CA之间可能有三种变化形状： (1) 随CA的增大而单调地增大 应选用无返混的活塞流反应器
s 活塞流
全混流 CP s 多釜串联全混流
时间变量转化为位置变量。
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2.图解计算
1/rA
1/rA
xA f 0
C A0
dxA rA

CA f
CA0
dC A rA
面积=τ /CA0 0 (a) 适用一般场合 xA
面积=τ 0 CA CA0 (b) 仅适用恒容过程
图3.4-2 管式反应器的图解计算示意图
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【例题1】
Q0C A0 X Af
A
Vrp VrM
一、单一反应


xA f
0
X Af
dxA A / A
不存在副反应，反应器选型时只需考虑如何有利于反 应速率的提高。 反应速率与反应物浓度的关系可能有下述三种情况：
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(1)1/rA随xA的增大呈单调上升 对于n＞0的不可逆等温反应均有图示的特征。Q0、CA0、 T、xAf相同。 Vrp或间< VrM-串< VrM
§4.1 活塞流假设
第四章 管式反应器
§4.2 等温管式反应器设计 §4.3 管式反应器与釜式反 应器体积的比较
§4.4 循环反应器
§4.5 变温反应器
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重点掌握：
· 等温管式反应器设计方程的推导与应用。 · 管式和釜式反应器的对比。
· 循环反应器的计算与分析。
· 变温管式反应器的分析与计算，包括：热量衡算方程的建立 、绝热温升和非绝热变温管式反应器的计算等。 深入理解： · 活塞流和全混流模型的基本假设与含义，返混的基本概念。
YS x A S S 0.8 0.286 0.229
C A0 C A C A0 x A 0.8 1.43h (2) 2 2 2 rA 2C A0 (1 xA ) 0.4C A (1 x ) 2(1 0.8) 0.4 10(1 0.8) 0 A C A dC A 活塞流反应器： CA 0 r A
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对于全混流反应器，瞬时选择性与总选择性相同：
从上述讨论看，复合反应的产物分布不仅与反应的
型式、反应动力学特性有关，而且还与反应器的型式
有关。
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1.一级不可逆连串反应
A P S
k1 k2
P是目的产物
对于BSTR或PFR中P的最大浓度：
CP max
k1 C A0 ( ) k2
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rA＝10-2CA0.5＝10-2CA00.5 [ 1 x A τ＝
1 A y A0 x A
]0.5
x Af dx x Af VR dx A A C A0 0.5 0 0 Q0 rA 10 2 C A0 [(1 x A ) (1 A y A0 x A )] 0.5
对于气相变容过程，用含膨胀因子的式子表示各个浓度即可。 设反应器的截面积为A，则有dVr=AdZ，那么
Q0 c A0 dX A rA ( X A ) A dZ
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u0 c A 0
dX A rA ( X A ) dZ
对于恒容过程 CA=CAO（1-XA）则
dc A u0 rA ( X A ) dZ
1.活塞流反应器的设计方程 根据活塞流反应器的特点，可取反应器中一微元段 作物料衡算，然后沿管长对整个反应器积分，就可得 到活塞流反应器的设计基础式。
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0 FA0 FA
dZ FA+dFA
Z FAf
dVR
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
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三、活塞流反应器的特征
假设：反应物料以稳定流量流入反应器，平行向前移动。
0 Z/2 Z
1.轴向无返混。 2. 物料质点的相同。
CA CA0
3.同一截面C、T相同。
4.C、T沿管长连续变化。
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
1/rA
1/rA
1/rA
面积=τ /CA0 0 (A) 活塞流反应器 xA
0
面积=τ /CA0 xA (B) 全混流反应器
τ 1/CA0 0