图 间歇反应过程t的图解积分
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《化学反应工程》
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《化学反应工程》
▪ 间歇反应器的反应体积是指反应物料在反应器中所 占的体积，取决于单位生产时间所处理的物料量和每 批生产所需的操作时间；
V Rv0tTv0(tt0)
式中，v0 —体积流率， 单位时间所处理的物料量，m3/h； tT — 每批物料的操作时间，等于反应时间t与辅助时间t0之和。
离开反应器时为止所经历的时间，定义为：
t
V VR R
0
反应器体积 反应器中物料的体率积流
对于恒容过程，系统物料的密度不随反应转化率而变，即
v器=v内0，物所料以的空体时积和流停率留v 时随间反两应者转相化等率。而对变于化非，恒因容此过空程时，和反停留应 时间两者就有差异。
4) 反应时间，指的是从反应物料加入反应器后实际进行 反应时算起至反应到某一时刻所需的时间。
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《化学反应工程》
§3.2 简单反应器
【前景知识回顾】 ▪ 反应器的分类（绪论）
▪ 操作方式的分类（绪论）
▪ 反应器设计的基本内容和基本方程（绪论）
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《化学反应工程》
§3.2.1 间歇(搅拌)反应器 (Batch Reactor)
ห้องสมุดไป่ตู้
1)反应物料按一定配比同时投入 反应器，经过一定时间达到额定 转化率后，停止反应并排出物料， 完成一个生产周期，——所有物 料具有相同的反应时间；
2)剧烈搅拌，器内物料浓度达到 分子尺度上的均匀，浓度处处相 等，排除物质传递对反应的影响；
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3)足够的传热条件，器内各处温
度始终相等，无需考虑反应器内
的热量传递；
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《化学反应工程》
❖ 间歇（搅拌）反应器的优点与缺点
• 优点：
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、生 物化工产品的生产
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2.空时、空速、停留时间与反应时间
1) 空时，又称为空间时间，定义为反应器体积VR与流
体进反应器的体积流量v0的比值
VR
0
反应器体积 进料体积流率
空时的单位是时间，是度量连续流动反应器生产强 度的一个参数。如空时为1min，表明每分钟可以处理 与反应器体积相等的物料量。空时越大，反应器生产 强度越小
1）任一径向截面上各处的流速完全相等； 2）所有物料颗粒在反应器中的停留时间均相同
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反应原料以稳定流率v0流入反应
v0
器，刚进入的新鲜物料与存留在
cA
反应器中的物料瞬间达到完全混
V
合，反应器出口处反应物料以同
样的稳定v0流量流出
v0 cA0
d) 理想混合流
1)釜内物料的浓度和温度处处相等，且等于出口处的 物料的浓度与温度； 2)返混达到最大限度，物料在釜内停留时间有长有短。
均相反应工业化过程中要解决的问题大致有三： 1)反应动力学方程的建立与应用； 2)反应器型式与操作方式的选择； 3)反应器大小及其生产能力的计算
1.流动与混合
（一）层流与湍流
a)层流
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b)湍流
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（二）理想排挤流与理想混合流
c) 理想排挤流
反应物料以一致的方向与流 速向前运动，在流动方向上 象活塞一样有序向前移动。
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2) 空速，为空时的倒数，定义为
SV 1 v0
VR
空速的单位是[时间]-1，其物量意义是单位时间通 过单位反应器容积的物料体积。如空速为10 min-1，表 示每分钟能处理进口物料的体积为反应器体积的10倍。
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3) 停留时间，指的是从反应物料进入反应器时算起到
教学重点
❖等温间歇反应器反应时间、反应 体积的计算； ❖流动反应器空时的概念； ❖连续釜式反应器（全混流反应器） 反应体积及产物分布的计算； ❖连续釜式反应器串联或并联操作 的计算； ❖釜式反应器的加料方式、连接方 式、原料配比及操作温度的选择
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§3.1 概 述
• 缺点：
装料、卸料等辅助操作 要耗费一定的时间； 产品质量不易稳定
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§3.2.1.1 间歇反应器性能的数学描述
在间歇反应器中，剧烈搅拌，器内物料的浓度和 温度达到均一，对整个反应器中关键组分A进行物料 衡算，则有：
单 输A 位 入 的时 量 单 输 间 A 位 出 的 内时 量 反 单 间应 位 A 内 的 掉 时 量 间 器 单A 内 位 中 的时 积间 累
化学反应工程
(Chemical Reaction Engineering)
授课人: 胡若飞 化学工程与食品科学学院
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第三章 均相反应过程
§3. 4
§3. 5
§3. 6
§3. 7
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教学目标
•掌握等温间歇反应器反应时间、反 应体积的计算方法； •理解流动反应器空时和空速的概念 及其应用； •掌握定态下连续釜式反应器反应体 积及产物组成的计算方法； •掌握连续釜式反应器串联或并联操 作的计算及热量衡算与应用； •根据不同的反应类型能正确地选择 釜式反应器的加料方式、连接方式、 原料配比及操作温度； •理解全混流反应器的多定态特性、 着火现象和熄火现象； •了解半间歇反应器的计算方法
间歇操作中，物料A输入量和流出量都等于零，故有
00(rA)VddnAt
可导出，
(rA)V 1ddA ntnV A0 ddA xt
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当反应总体积不变时， c A
(rA)
nA V
，则有
dcA
dt
分离变量和积分运算后，可得到
t nA0
dx xAf
A
xA0 V(rA)
▪ 反应器的实际体积应大于反应体积，即：
cA0
dx xAf
A
cAf
dcA
xA0 (rA)
cA0 (rA)
(恒容过)程
在间歇反应器中，反应物料达到一定转化率所 需的反应时间，只取决于过程的速率，而与反应器 的大小无关；上式对大型或小型设备均适用。
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图 间歇反应过程t/cA0的图解积分
cAf
cA0