在CSTR中，k m
cA0
=x Af
=0.5
在PFR中，x A
=
k p
cA0
=0.5
又：若在
CSTR
中，反应器增大到
10
倍，
' m
10 m
则
x
' Af

k
' m
cA0
10 k m
cA0
5 ，因为转化率不可能大于 1，所以xA' f
1
⑷ n=1 级，同理可求得（过程略）
PFR 中 xAf 0.632 CSTR增大10倍， xA' f 0.909
CA CAf CP CPf (rA ) (rA ) f T Tf
CSTR的基本运算
基本方程（等温等容） 进入 = 流出 + 反应掉 + 积累
v0CA0 v0CAf (rA )V
空时
m

V v0

CA0 CAf (rA ) f
CA0 xAf (rA ) f

xA
1
C A 1 k
C A0
C A0
CSTR
k xA 或 1 xA
CA 1 C A0 1 k
C A0k

xA (1 xA
)2
或
C A 1 4C A0k 1
C A0
2C A0 kkCA0 Nhomakorabea
xA
1
C A 1 k
C A0
C A0
需记忆积分结果 由基本方程导出
C Pf
C A0
C Pf
C Af
C Af
存在分布
低浓度，低反应速率
若 n=1， xA=0.99， r/r0=1/100 n=2， xA=0.99， r/r0=1/10000
⑸混合与返混 间歇—同样经历（相同性质、相同浓度）的物料之间的混合 连续—不同经历（不同性质、不同浓度）的物料之间的混合
是不同时刻进入反应器的物料之间的混合，称为返混
• 管式循环反应器特征： 循环反应器形式上是一个管式反应器，只是把反应器 出口流中一部分循环返回到反应器的进口。表征循环
反应器特性的一个重要参数是循环比R，它是表示循
环物料的流量与离开反应系统的流量之比：
循环比 R vR v0
•循环反应器计算
对小系统，是PFR：
' V
CAf dCA
(1 R)v0
CA1 (rA )
C A1

CA0 RCAf 1 R
对大系统： V
(1 R)
dC C A f
A
v0
CA1 (rA )
(1 R)
CAf CA0 RCAf
1 R
dCA (rA )
所以： (1 R) '
返混的分析讨论
返混—重要的工程因素
2
改为 PFR 时，反应条件不变，则 cA0k 2
cA0k

xA 1 xA
可得：xA 0.667
（2）CSTR中：xAf 0.5 VR 10 VR即 =10
cA0k
xAf (1 xAf )2

20
xAf 0.8
（3）若 n=0 级：CSTR 中xAf 0.5 ，PFR 中xAf 0.5
dx xAf
A
xA0 (rA )
CSTR
1
(rA )
P
C A0
m

CA0 xAf (rA ) f
m
C A0
0
xAf
xA
0
xAf
xA
m P Vm VP
m 比较 P
1 (rA )
xA
n =0 n=1
n=2
0.9
1
4
10
0.99
1
22 100
1
n=2
(rA )
P
⑹返混对反应结果的影响
返混改变了理想反应器中的浓度分布→集中参数
图解法
1:
rA
cA
PFR
p

CAf CA0
dCA (rA )
1 (rA )
P
CSTR
1 (rA )
m

CA0 CAf (rA ) f
m
C Af
CA0 CA
C Af
CA0 CA
m P Vm VP

1 rA

:
xA
PFR
1 (rA )
p CA0
PFR中
P
VR v0
CA0
xAf 0
dxA (rA )
集中参数—代数式 分布参数—取微元积分
反应器型式 反应级数
一级
二级
零级
PFR
k ln 1 或 1 xA
C A e k C A0
C
A0 k

1
xA xA
或
CA 1 C A0 1 C A0 k
k
CA0
⑴返混是连续化过程的伴生结果
Batch Reactor
CSTR
⑵返混与反应器型式无关，与操作方式有关。
间歇反应釜
连续CSTR
管式PFR 理想，无返混
循环管式反应器 存在返混
⑶返混的起因 a. 空间上的反向流动（狭义）
如搅拌造成的主体流动、对流、分子扩散、涡流扩散等； b. 不均匀的速度分布（广义） 如管内层流流动时的抛物线速度分布（湍流流动速度分
《化学反应工程》阶段辅导 （2）
连续流动釜式反应器(CSTR)
CSTR 特点 连续流动釜式反应器的特点，可归结为： (1) 反应器中物料浓度和温度处处相等，并且等于反应 器出口物料的浓度和温度。 (2) 物料质点在反应器内停留时间有长有短，存在不同 停留时间物料的混合，即返混程度最大。 (3)反应器内物料所有参数，如浓度、温度等都不随时 间变化，从而不存在时间这个自变量。
布比层流均匀，但仍有不均匀性）、反应器中的死区、沟 流、短路都会造成严重的速度分布不均匀。
狭义返混专指前者，广义返混则包括后者。 两者的共同点是都会造成停留时间不同的物料之间的 混合。
⑷返混的结果 a.反应物浓度降低，产物浓度升高—浓度均匀化 b.造成反应器内停留时间分布（下一章）
CA
CA
C A0
为多大？ ⑶若反应为零级时，求（1），（2）的计算结果。 ⑷若反应为 1 级时，重复（1）（2）的计算要求。
解：VR 的反应器中进行液相等温A P
反应，且

rA


kc
2 A
（1）CSTR中：xAf 0.5
cA0k

xAf (1 xAf
)2
cA0k

0.5 (1 0.5)2

n=1
CA0
0
xAf 1
xAf 2
xA
xA越大，相差越大
0
xAf
xA
n越大，相差越大
[例]在体积为VR 的反应器中进行液相等温反应A P ，已知反应速率
为 rA kcA2 ，求：
⑴当在 CSTR 中的 xAf 0.50 时，若将此反应器改为同体积的 PFR， 反应条件不变，则 xAf 为多大？ ⑵当在 CSTR 中的 xAf 0.50 时，若将此反应器增大到 10 倍，则xAf 又