模块一釜式反应器
理想置换流动模型的特点：
① 沿流动方向，温度、浓度、反应速率随位置逐渐改变 ② 稳定流动，各点温度、浓度、反应速率不随时间而变 ③ 各物料质点在反应器内的停留时间相同。 ④ 稳定状态下，单元时间、微元体积内，反应物积累量 为零。
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2.理想混合流动模型
➢ 理想混合流动模型也为全混流模型。
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2.非理想流动模型 在实际工业反应器计算中，为了考虑非理想流动的情
况，一般总是基于一个反应过程的初步认识，首先分析其 实际流动状况，从而选择一较为切合实际的合理简化的流 动模型，并用数学模型方法关联返混与停留时间分布的定 量关系，然后通过停留时间分布的实验测定来检验假设的 模型的正确程度，确定在假设模型时所引入的模型参数， 最后结合反应动力学数据来感觉反应结果。
浓度下降，反应产物的浓度上升。 ②返混的结果将产生停留时间分布，并改变反应器内浓度
分布。 ③返混不但对反应过程产生不同程度的影响，更重要的示
对反应器的工程放大所产生的问题。
（3）降低返混程度的主要措施
连续操作搅拌釜式反应器，其返混程度可能达到
降
横向分割
理想混合程度。为了减少返混，工业上采用多釜
低
串联操作，这是横向分割的典型例子。当串联釜
➢ 由于强烈搅拌，反应器内物料质点返混程度为无穷大， 所有空间位置物料的各种参数完全均匀一致。
加料
均匀混合
产物
搅拌十分强烈的连续操作搅拌釜式反应器中的流体流 动均可视为理想混合流动。
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理想混合流动模型的特点： ①物料在反应器内充分返混； ②反应器内温度、浓度、反应速率处处均一， 不随时间而变，且与出口相同。 ③物料粒子在反应器内的停留时间不同。 ④连续，稳定流动，物料的积累项为零。
可设置垂直管作为内部构件。
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（二）非理想流动
实际工业反应器中的反应物料流动与理想流动有所偏 离，过程介于两者之间。所有偏离理想流动模型的流动模 式均称为非理想流动。
1.非理想流动形成的原因
1.滞留区的存在 2.沟流和短路 3.循 环 流 4.流体流速分布不
均匀 5.扩 散
滞留区是指反应器内流体流动极慢以至几乎不流 动的区域，也称死角、死区。由于滞留区的存在， 使得部分流体的停留时间极长。滞留区主要产生 于设备在的固死定角床中反，应如器设、备填两料端塔、以挡及板滴与流设床备反壁应的器 中阻形交死设，力成接角计由通沟处。来于道流以若保催，。及要证化使设减。剂得备少颗部设滞粒分有留或流的区填体其的料快他存装速障在填从碍，不此物主匀通时要，道，通造流最过成过易合一从产理低而生的
• 化学反应动力学方程有多种形式，对于均相反应， 方程多数可以写为（或可以近似写为，至少在一 定浓度范围之内可以写为）幂函数形式，反应速 率与反应物浓度的某一方次呈正比。
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1.基元反应和非基元反应 基元反应：化学反应的反应式能代表反应的真正过程的反 应。 非基元反应：有若干个基元反应综合而成的反应。 例如反应：H2+Br2=2HBr
一、反应器流动模型
化工操作过程可分为间歇过程、连续过程和半连续过程。 反应器中流体的流动模型是针对连续过程而言。由于真实反 应器几何尺寸、操作条件、搅拌等的复杂性，使得反应器内 流动十分复杂，而反应器中流体的流动直接影响反应器的性 能，为此有必要讨论反应器内的流体流动。
理想置换流动模型
反
理想流动模型
注意：化学反应式不是方程式，不允许按方程式的运算规 则加以运算。
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（2）化学计量方程
化学计量方程只表示反应物、生成物在化学反应过 程中量的变化关系。
aA+bB+ … ＝ rR+sS +…
(－a)A+ (－b) B+ … +rR+sS +… ＝0
aAA+aBB+ …+aRR+aSS +… ＝∑aII＝0 式中： aA、aB、aR、aS … ——化学计量系数。
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2. 反应级数
定义：动力学方程式中浓度项的指数，由实验确定。 对基元反应：级数即为化学反应式的计量系数
－aA、－aB 对非基元反应：通过实验确定。 而级数越高浓度对反应速率的影响越大；级数为零 的反应，浓度对反应速率无影响。
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3. 反应速度常数
不可逆反应
k=f(T)
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二、均相反应动力学基础
均相反应：
参与反应的各化学组分处于同一相（气相或液 相）内进行化学反应。
包括
气相均相反应 液相均相反应
特点：反应物系中不存在相界面
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均相反应动力学是研究均相反应过程的基础， 也为工业反应装置的选型、设计计算和反应器的 操作分析提供理论依据和基础数据。
返
数足够多时，这种连续多釜串联的操作性能就很
混 程
接近理想置换反应器的性能。
度
的
主
流化床反应器是气固相连续操作的一种工业反
要 措 施
纵向分割
应器。流化床中由于气泡运动造成气相和固相 存在严重的返混。为了限制返混，对高径比较
大的流化床反应器常在其内部装置横向挡板以
减少返混，而对高径比较小的流化床反应器则
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3.返混及其对反应的影响
（1）返混 返混专指不同时刻进入反应器的物料之间的混合，是逆向
的混合，或者说是不同年龄质点之间的混合。 返混是连续化后才出现的一种混合现象。
（2）返混对反应的影响 非理想流动反应器存在不同程度的返混，返混带来的最大
影响是反应器进口处反应物高浓度区的消失或减低。 ①返混改变了反应器内的浓度分布，使反应器内反应物的
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3.转化率
转化率是指某一反应物转化的百分率
xA 某 该一 反反 应应 物物 的的 起 ＝ 转 始 nA0n化 A量 0n量 A
应用： nA=nA0(1-xA)
CA=CA0(1-xA)
反应进行到一定时刻，各组分的物质的量与转化率的关系为：
nI nI0(IA)nA0xA
关键组分：主要反应物（A），它的转化率直接影响反应过程 的经济效益。
4.化学反应速率
定义：单位时间内、单位反应体积、反应混合物料中某
一组分的反应量。
用反应程度随时间的变化率表示
r 1 d
V dt
用产物的生成速率表示
rS
1 V
dnS dt
用关键组分的消耗速率表示
rA
1 V
dnA dt
对于恒容过程：
rA
dcA dt
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5. 几个时间概念
（1）反应持续时间 t r
（－rA）＝kppAmpBn
kc与kp的关系
kc=kP(RT)n+m
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4.化学反应的分类
单一反应过程：系统中仅发生一个不可逆的化学反应，简称简 单反应过程
k=k0·e－E/RT（阿伦尼乌斯方程） 式中：ko——频率因子
E——活化能J/mol
R——通用气体常数，8.314J/mol·K
从阿伦尼乌斯方程看出：
（1）活化能越大，温度对反应速率影响越显著
（2）对一给定反应，反应速率常数与温度的关系在低温时 比高温更敏感。
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气相反应以分压表示浓度时
由实验可知该反应是由5个基元反应组成。 Br2→2 Br· Br·+ H2→HBr+H· H·+ Br2→HBr+ Br· H·+ HBr→H2→Br· 2 Br·→Br2
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每个基元反应有一个速率方程，总反应有一个总 速率方程。 所以化学反应方程只表示化学反应进行的方向， 基元反应动力学方程可以利用质量作用定律直接 写出；非基元反应动力学方程根据反应机理推断 或通过实验测定。
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（5）空间速度SV： 指单位有效反应器容积所能处理的反应混合物料的标准体
积流率，
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
SV
V 0n V 'R
h 1
式中 V 0 n ——为进口流体在标准状态下的体积流率
空间速度通常用于比较设备生产能力的大小。
对于气固相催化反应，空间速度定义为在单位时间内 通过单位催化剂体积（或质量）的物料标准体积流率。
均相反应动力学研究均相反应进行的速率以 及温度、浓度、催化剂等因素对反应速率的影响。
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（一）基本概念及术语 1.化学计量方程
（1）化学反应式 反应物经过化学反应生成产物的过程用定量关
系式予以描述时，该定量关系式称为化学反应式。
aA+bB+ … → rR+sS +…
式中： a、b、 r、s … ——计量系数。
釜式反应器
（一）釜式反应器的壳体结构
几种反应釜底的形式
（二）搅拌器
➢ （a）浆式搅拌器； ➢ （b）框式搅拌器； ➢ （c）锚式搅拌器； ➢ （d）旋桨式搅拌器； ➢ （e）涡轮式搅拌器； ➢ （f）螺带式搅拌器
釜式搅拌混合器
搅拌状态
项目一釜式反应器
（三）换热装置
项目一釜式反应器
（三）换热装置
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（1）单程转化率： 指原料一次通过反应器一次达到的转化率，即是以反 应器入口物料为基准的转化率；
（2）全程转化率： 指新鲜物料进入反应系统到离开反应系统所达到的转 化率，即以新鲜进料为基准的转化率。
全程转化率大于单程转化率。
转化率与反应程度的关系：
xA
aA nA0
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注意：空间速度不是空间时间的倒数。