(rA ) k k CA0 CA
k CA0 xA
(rA ) kCA
k ln C A0
CA
k ln 1
1 xA
(rA ) kCA2
k 1 1
CA CA0
k
xA
C A0 (1 xA )
相同点：其他反应均与间歇反应器相同，t与对应。 不同点：PFR无辅助时间，VR=v0；间歇： VR=v0(+t0)
恒容
p
V
V0CA0
xAf 0
dxA (rA )
p V
V0
CA0
xAf 0
dxA (rA )
p / CA0
Chemical Reaction Engineering
与间歇反应器一样：
p
CAf dCA CA0 (rA )
p
CA0
dx xAf
A
xA0 (rA )
积分关系：（恒容时，以n=0，1，2级为例）
变分子反应的计算：
积分式
VR
FA0
xAf 0
dxA (rA )
P
VR V0
VR FA0 / cA0
(rA )
k CAn
k
CAn0
( 1
1
xA Ax
A
)n
k
CAn0
( 1
1
A
xA yA0
x
A
)n
例如 n 1
VR FA0
1 k CA0
[(1
A
)
ln(1
xA
)
AxA
]
p VR
V0
CA0
xAf 0
⑶ 膨胀率与膨胀因子的关系
膨胀率法 V V0 (1 AxA )
膨胀因子法 nt nt0 AnA0 xA
V
RT p
nt
RT p
(nt 0
AnA0xA )
RT p
nt0 (1 A yA0 xA ) V0 (1 A yA0 xA )
A yA0 A
Chemical Reaction Engineering
s) (a b) a
p
(p
s) (a b) p
>0 增大 <0 减小 =0 不变
nt nt0 AnA0 xA
例1：裂解反应 C2H6 C2H4 H2
A 1 nt nt0 nA0 xA
例2. 合成氨
1 3
N2
H2
2 3
NH 3
B
2 3
nt
nt 0
2 3
nB0 xB
Chemical Reaction Engineering
典型反应器：乙烯裂解炉
反应结果唯一地 由化学反应动力 学所确定。
Chemical Reaction Engineering
二、 理想管式反应器基本方程式
dV=Sdl
CA0,v0
取微元 dV Sdl
对微元作物料衡算：
FA l=0
FA+dFA l=L
CAf,v0
dl
流入量 ＝ 流出量 ＋ 反应量 ＋ 累积量
CA0
xAf
dxA
0 (rA )(1 AxA )
当分子数变大， A 0 ，则 t 当分子数变小， A 0 ，则 t
当分子数不变， A 0 ，则 t
Chemical Reaction Engineering
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第四章 理想管式反应器（Ideal Tubular Reactor）
一、理想管式反应器特点 plug flow reactor（PFR）
⑴连续定态操作，在反应器 的各个径向截面上，物料浓 度不随时间而变化；
⑵反应速率随空间位置而变 化；
⑶反应速率随空间位置的变 化将只限于轴向。
浓度与转化率关系 V V0 (1 A yA0 xA ) V0 (1 AxA )
nA nA0 (1 xA )
CA
nA V
nA0 (1 xA )
V0 (1 A xA )
C
A0
1
1
xA AxA
或
CA
CA0
1 xA
1 A yA0xA
所以变容时 CA CA0 (1 xA )
Chemical Reaction Engineering
Chemical Reaction Engineering 三、 空时、空速和停留时间
空时 Space-time
VR v0
反应器体积 进料体积流率
空速 Space-velocity SV 1 v0
VR
停留时间 residence -time
t
VR dVR 0v
反应器体积 反应器中物料的体积流 率
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四、 反应前后分子数变化的反应
例1 裂解反应
t 0 nA0
C2H6 C2H4 H2 A B C
nt nt0 nA0 xA
nB0 nC0 nt0 nA0 nB0 nC0
t t nA0 (1 xA ) nB0 nA0 xA nC0 nA0 xA
例：A→3P
A
31 1
2
a.纯原料，则 yA0 1 A A 2
nt nt0 (1 A yA0 xA )
nt0 (1 2xA )
b.原料中含 50%A和 50%惰性气体，则
yA0 0.5 A 0.5 2 1
nt nt0 (1 xA ) nt0 (1 xA )
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FA F A0(1 xA ) FA0dxA (rA )dV
Chemical Reaction Engineering
PFR基本方程：
FA0dxA (rA )dV
适用等温、变温、等容、变容等
积分式
V
FA0
xAf 0
dxA (rA )
FA0 v0CA0
p
CAf CA0
dCA (rA )
例2. 合成氨 对B：
1 3
N2
H2
3
NH3
A B C
t t
nA0
1 3
nB0 xB
nB0 (1 xB )
nC 0
2 3
nB0 xB
nt
nt 0
2 3
nB0
xB
Chemical Reaction Engineering ⑴膨胀因子法—每消耗1molA时，系统总mol数的变化
对A： 对P：
A
(p
⑵ 膨胀率法—假定物料体积与转化率的变化为线性关系
V V0 (1 AxA )
含义：
A
VxA 1 VxA 0 VxA 0
例：A→3P
a.纯原料，则
A
31 1
2
b.原料中含 50%A和 50%惰性气体，则
A
(3 1) (11) (1 1)
1
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dxA (rA )
t VR dVR 0V
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空时与停留时间区别
停留时间： FA0dx A (rA )dVR
P CA0
xAf 0
dxA (rA )
t VR dVR 0V
V0
V
xAf 0
FA0dxA
(rA )v0 (1 AxA )