积（尺寸） 最终的目标是经济效益最大(实际上不应该 仅仅针对反应系统，应该包括整个过程)
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化学反应工程
基本方程
➢ 物料衡算——描述浓度的变化规律 ➢ 能量衡算——描述温度的变化规律 ➢ 动量衡算——描述压力的变化情况
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物料衡算式： 能量衡算式：
动量衡算式：
t 与cA0无关
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t 与cA0有关
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2. 反应体积的计算
化学反应工程
1. 反应体积
Q0 ：单位时间内处理的反应物料的体积
t 为反应时间：装料完毕开始反应算起到达到一 操
定转化率时所经历的时间。计算关键
作
t0为辅助时间：装料、卸料、清洗所需时间之和。 经验给定
时 间
2. 反应器的体积
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本章内容
化学反应工程
➢ 等温间歇釜式反应器的计算（单一反应） ➢ 等温间歇釜式反应器的计算（复合反应） ➢ 全混流反应器的设计 ➢ 全混流反应器的串联与并联 ➢ 釜式反应器中复合反应的收率与选择性 ➢ 半间歇釜式反应器 ➢ 变温间歇釜式反应器的计算 ➢ 全混流反应器的定态操作与分析
✓ 操作时间=反应时间+辅助时间(装+卸+清洗)，
每批操作时间由计算和经验估计结合得到。
✓ 属于非定态过程。
间歇搅拌釜示意图
间歇反应器的优点是操作灵活，易于适应不同操作条件和不同产品
品种，适用于小批量、多品种、反应时间较长的产品生产， 特别是精细
化工与生物化工产品的生产。间歇反应器的缺点是装料、 卸料等辅助操
化学反应工程
解酸需：用首量先为计：算原料处理量Q0。根据题给的乙酸乙酯产量，可算出每小时乙
式中88为乙酸乙酯的相对分子质量。由于原料液中乙酸:乙醇:水 = 1:2:1.35， 所以1+2+1.35=4.35kg原料液中含1kg乙酸，由此可求单位时间的原料液量为:
60为乙酸的相对分子质量。原料液起始组成如下:
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化学反应工程
要求
重点掌握：
•等温间歇釜式反应器的计算（单一反应、平行与连串反应）。 •连续釜式反应器的计算。 •空时和空速的概念及其在反应器设计计算中的应用。 •连续釜式反应器的串联和并联。 •釜式反应器中平行与连串反应选择性的分析，连接和加料方式的选择。 •连续釜式反应器的热量衡算式的建立与应用。
操作时间为1h。反应在100℃下等温操作，其反应速率方程如下：
1转00化℃3时5%，时k所1=4需.7的6×反10应-4 L体/(积mo。l·根mi据n)反，应平物衡料常的数特K=性2，.92若。反试应计器算填乙充酸系 数取0.75，则反应器的实际体积是多少？
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返回例137.4
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化学反应工程
釜式反应器的物料衡算通式
假设：反应器内物料温度均一 即：反应器内物料完全混合均匀
反应器内物料浓度均一
达到无梯度！
图3.1 釜式反应器示意图 取整个反应体积作控制体积
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化学反应工程
釜式反应器的物料衡算通式
在dt 时间间隔内对整个反应器 做关键组分 i 的物料衡算：
其中：
对反应物为负 对产物为正
图3.1 釜式反应器示意图
定态操作： Q0ci0 Qci RiVr
间歇操作：
RiVr
dni dt
0
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i 1, 2,1.0..,K
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注意
化学反应工程
1. 首先要选择控制体 如果反应器内各处浓度均一，衡算的控制体选择整
个反应器。如果反应区内存在两个或两个以上相态， 反应体积内各点的反应物料组成未必相同，这时只能 选择微元体积作为控制体。
乙醇及水的相对分子质量分别为 46 和 18，通过乙酸的起始浓度和原料中各 组分的质量比，可求出乙醇和水的起始浓度为 :
深入理解：
•变温间歇釜式反应器的计算。
广泛了解：
•串联釜式反应器最佳体积的求取方法。 •连续釜式反应器的多定态分析与计算。 •产生多定态点的原因，着火点与熄火点的概念。
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第一节 釜式反应器的衡算方程
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反应器设计的基本内容
➢ 选择合适的反应器类型 ➢ 确定最佳操作条件 ➢ 计算完成规定的生产任务所需的反应器体
适用于任何间歇反应过程
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等温 BR 反应时间的计算
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一级不可逆反应 非一级不可逆反应
反应时间
(3.12)
(3.11)
相同 区别
达到一定转化率所需的反应时间与反应 器大小无关，只取决于动力学因素。
温度越高，速率常数k 越大，则达到相 同转化率所需的反应时间 t 越短。
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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：
（A）
（B）
（A （S）
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
1020 kg/m3，并假定在反应过程中不变。每批装料、卸料及清洗等辅助
2. 对于复杂反应，方程数大大增多
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第二节 等温间歇釜式反应器的计算（单一反应）
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间歇釜式反应器 (BR)
特点：
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✓ 反应器内各处浓度相等，各处温度相等，排除
了传质和传热的影响。
✓ 分批装、卸。 所有物料具有相同的反应时间。
第三章 釜式反应器
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化学反应工程
反应器的分析与设计是《反应工程》的重要组 成部分和主要任务。反应器设计的任务就是确定 进行化学反应的最佳操作条件和完成规定的生产 任务所需的反应器体积和主要尺寸。
对于反应器的分析计算需要建立适当的数学 模型，本章将针对两类理想的反应器模型（间歇 釜式反应器模型和全混流反应器模型）进行讨论 和分析，考察反应器性能与各种因素的关系，反 应器性能的优化设计问题等。
作要耗费一定的时间，产品质量不易稳定。
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一、 反应时间和反应体积的计算
1. 反应时间的计算
如 ：ABR (A为关键组分)
对非稳态操作，反应时间内：
物料衡算通式变形为：
由于
（总是成立的）
RiVr
dni dt
0
间歇釜式反应器物料衡算式
单一反应
恒容反应
(3.7)