n n 多釜串连的总 VR ,t VR ,i qV , 0 i 有效容积： i 1 i 1
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1. 解析法： 一级反应：
(rA ) kCA kCA,0 (1 x A )
i C A,0 ( x A,i x A,i 1 ) kCA,0 (1 x A,i ) x A,i x A,i 1 k (1 x A,i )
4.自催化反应：（－rA）与生成物浓度有关，返 混程度越大越有利于反应，此时全混流反应器所 需容积最小。
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不同转化率
不同级数
图9-16
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6－2 以产率和选择性为优化目标 对于复杂反应，应考虑返混对产物分布的影响：
平行反应过程优化
A
k1
k2
R（主） (rA, R ) k1C A 1 n S（副） (rA, S ) k2C A 2
进入微元体A 的量 ＝ 离开微元体A的量 + 反应消耗A的量
qV ,0C A,0 (1 x A ) qV ,0C A,0 [(1 ( x A dx A )] (rA )dVR
x A dx VR A C A, 0 0 r qV ,0 A
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C A, 0
CA
x A dx dC A A C A, 0 0 r rA A
反应动力学模型不知或太复杂，难以分析求解
方法：由实验测出多组xA与(-rA)或CA与(-rA)数据，绘出变化 曲线，根据积分区间，阴影部分的面积即为所需的反应时间。
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计算反应器有效容积VR
日处理量 VR （t t ' ) 24
VR C A,0－C A C A,0 x A ＝ ＝ ＝ qv ,0 rA rA
rA＝
C A, 0 x A

n kCA
① 反应动力学曲线 ② CSTR反应器操作 线，k=1/τ
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宏观混合与微观混合
宏观混合：凝集微团尺度的均匀混合，反应器出口浓 度是不同停留时间物料微团的浓度平均值。 微观混合：分子尺度的均匀混合，物料浓度均一。
CA
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xA 1 e kt
t
C A, 0
C A , 0 C B , 0
CA
dC A 1 1 1 ( ) 2 kCA k C A C A,0
ktCA, 0 1 ktCA, 0
8
C A, 0 1 ktCA, 0
xA
2. 数值积分图解法
t
C A, 0
VR C A,0－C A xA ＝ ＝ ＝C A,0 qv ,0 rA rA
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1. 解析法：
简单一级反应：
＝
VR C A,0－C A x ＝ ＝C A,0 A qv ,0 rA rA
＝ C A, 0
xA xA ＝ kC A k (1 x A )
因为各级有效容积相同,且做定常态流动：
1 2 i N
x1 x0 k (1 x1 ) x2 x1 k (1 x2 )
xN xN 1 k (1 xN )
第一级 第二级
k x1 1＋k
N釜出口最 终转化率
1 2 x2 1－（ ） 1＋k
CA
C A, 0 1 k
kC A
k xA 1 k
xA kC A,0 (1 x A )2
1 4kC A,0 1 2kC A,0
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简单二级反应： ＝ x A 2
CA
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1 4kC A,0 1 2k
xA 1
2. 数值积分图解法
不同的反应器如何影响浓度与温度？
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§2 间歇操作反应器（BSTR)
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特点：分批操作，所有物料的停留时间相同，物料 在反应器内混合均匀，不存在浓度梯度和温度梯度。 反应转化率随时间的变化规律 取t～t+dt的时间间隔进行衡算：
原有A 的量 ＝ 剩余A的量 + 反应消耗A的量
C A, N C A, 0 1 N 1－（ ） 1＋k
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第N 级
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x A, N 1
2. 图解法
已知转 化率图解 容积或空 间时间:
说 明
1. t 1 2 3
2. 1 2 3（三个面积相等）VR相同时；
3. N＝1，CSTR；级数越大，越接近平推流 N →∞＝PFR 。 一般不超过5级。
第九章
均相反应过程
Homogeneous reaction
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均相反应是指所有参加反应的物质处于 同一相内的化学反应。 本章重点研究在均相反应器内物料流动 状态对于反应过程的影响。 1. 间歇操作釜式反应器 2. 连续操作管式反应器 3. 连续操作釜式反应器 4. 多釜串连反应器
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操作特性：物料在反应器内被充分搅拌，混合均匀 时接近于全混流反应器。
定常态操作
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反应转化率随空间时间 的变化规律: 对反应器内的组分A物料衡算： 进入反应器量 ＝ 离开反应器量 + 反应消耗量
qv ,0C A,0＝qv ,0C A＋(rA )VR
-rA
2.在xA轴上标出最终转化率xA,N
3.从原点出发作逐级做全混流 操作线，逐级图解，直至求出 最终一釜出口转化率≥ xA,N为 止，在MN曲线上的交点数，即 为串联釜数。
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自学P358例9-4
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§6 均相反应过程优化和反应器选择
绝大多数是恒温恒压下进行，因 此返混程度对反应结果影响很大。

0
1 A y A, 0 x A n ( ) dx A 1 xA
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2. 数值积分图解法
C A , 0 dC x A dx VR A A C A, 0 CA 0 r qv , 0 rA A
P349例9-2
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§4 连续操作釜式反应器（CSTR)
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已知τ图解各釜出口转化率和串连釜数: C A,0 ( x A,i x A,i 1 ) C A,0 ( x A,i x A,i 1 ) n 原理： i rA,i kCA (rA,i ) i 步骤： 1.用已知动力学数据作－rA对xA 的曲线MN。
以上我们所讲的是微观混合
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两者停留时间分布函数相同，反应结果？
设有浓度为CA1和CA2的两个容积为V的物料微团： 微观混合： 宏观混合：
2V C A1 C A2 n C A1 C A2 n (rA ) k( ) k( ) 2V 2 2
n n n n
(VkCA1 VkCA 2 ) k (C A1 C A 2 ) (rA ) 2V 2
t：反应时间,h t’：每批加料、出料、清洗等操作的辅助时间 日处理量：生产任务所规定【m3/天】
VR V
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为装料系数
0.7 ~ 0.85 不沸腾 0.4 ~ 0.6 沸腾
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§3 连续操作管式反应器
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特点：物料流动处于湍流状况时接近平推流。 反应转化率随时间的变化规律: 对微元体积dVR 中的组分A物料 衡算：
VR CA
VRCA VR (CA dCA ) (rA )VR dt
(rA )
t
CA
dC A dt
C A, 0
C A , 0 dC x A dx dC A A A C A, 0 CA 0 r rA rA A
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1. 解析法：
反应转化率随空间时间的变化规律
假设：有N个连续操作搅拌釜串联，釜内物料流 动状况均为全混流，各釜有效容积VR相同，定常 态流动，反应前后无物质的量变化。
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i级
VR CA
对任意一级组分A做物料衡算：
qv,0 C A, i x A,i
qv , 0 C A,i 1 x A,i 1
n
(1) n1<n2 降低CA可抑制副反应，全混流反应器对选择性最有利; (2) n1>n2 升高CA可抑制副反应，活塞流反应器或间歇搅拌釜较合适； (3) n1=n2 选择性与CA无关，各种连续操作的反应器皆可应用。
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§1 均相反应动力学
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均相反应动力学的描述多采用幂函数模型。 简单反应：
A R 可逆反应：
k
rA kc
n A
A
k1 k2
R
(rA ) k c k c
n1 1 A
n2 2 A
平行反应： k1 R A k 2 S
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流入 流出 反应消耗 ＝ ＋ qV 0C A0 (1 xA,i1 ) qV 0C A0 (1 xA,i ) VR (rA,i )
C A,0 ( xA,i xA,i1 ) i (rA,i )
n n 物料流经整个反应 C A, 0 ( x A,i x A,i 1 ) i 器的空间时间： t (r ) i 1 i 1 A ,i
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6－1 以生产强度为优化目标