化学反应工程_连续流动釜式反应器讲解
《釜式连续反应器》课件
04
原料经进料口进入反应釜，在 搅拌作用下与催化剂等反应物
质充分混合。
通过加热/冷却系统将温度控 制在适宜的反应温度范围内， 使原料在反应釜内进行连续反
应。
反应过程中，物料在釜内不断 循环流动，以保证反应的均匀
性。
经过一定时间后，完成反应的 产物经出料口排出，进入下一
道工序。
釜式连续反应器的操作条件
压力
根据不同反应的需要，釜式连续反应器需 要在一定的压力下工作，通常为常压或负 压。
安全措施
由于釜式连续反应器涉及易燃、易爆、有 毒等危险物质，因此需要采取严格的安全 措施，如防爆、防火、防泄漏等。
温度
反应温度是影响釜式连续反应器性能的重 要因素，需要根据具体的化学反应来确定 。
搅拌速度
搅拌速度影响物料的混合均匀度和反应速 度，需要根据实际情况进行调整。
节省空间
连续操作可以减少所需设备数 量，从而节省空间。
釜式连续反应器的局限性
01
高能耗
为了维持连续操作，需要大量的能 源。
对原料要求高
为了保持连续操作的稳定性，对原 料的质量和供应要求较高。
03
02
维护成本高
由于设备连续运转，维护和修理的 频率增加。
操作难度大
连续操作需要精确控制各种参数， 对操作人员的技术要求较高。
根据物料流量、反应速 度和停留时间等参数， 计算反应器的尺寸，包 括反应器的高度、直径 等。
对反应器进行强度和稳 定性分析，确保其能够 承受工艺条件下的压力 和温度波动。
釜式连续反应器的设计计算实例
实例1
某化工厂需要生产某种化工原料，采用釜式连续反应器进行生产。根据工艺要求和物料 性质，选择合适的材料和结构，进行设计计算，最终确定反应器的尺寸和操作参数。
连续釜式反应器
打漩现象
搅拌器两方面性能： 产生强大的液体循环流量； 产生强烈的剪切作用。 基本原则： 在消耗同等功率的条件下，低转速、大直径 的叶轮，可增大液体循环流量，同时减少液体受到的剪切 作用，有利于宏观混合。 反之，高转速、小直径的叶轮，结果与此恰 恰相反。
常用搅拌器的型式、结构和特点 化学工业中常用的搅拌装置是机械搅拌装置，包 括 搅拌器：包括旋转的轴和装在轴上的叶轮； 辅助部件和附件：包括密封装置、减速箱、搅拌电 机、支架、挡板和导流筒等。 搅拌器是实现搅拌操作的主要部件，其主要的组 成部分是叶轮，它随旋转轴运动将机械能施加给液体， 并促使液体运动。
通常可以采取τ1=τ2，这时整个反应系统最优。 即要
这时
釜式反应器的故障处理及维护要点
序 1 故障现象 壳体损坏 （ 腐蚀、 裂纹、透 孔） 超温超压 故障原因 1.受介质腐蚀（点蚀、晶间腐蚀） 2.热应力影响产生裂纹或碱脆 3.损变薄或均匀腐蚀 1.仪表失灵，控制不严格 2.误操作；原料配比不当；产生剧热反应 3.因传热或搅拌性能不佳，发生副反应 4.进气阀失灵，进气压力过大、压力高 处理方法 1.用耐蚀材料衬里的壳体需呕新修衬或局部补焊 2.焊接后要消除应力，产生裂纹要进行修补 3.超过设计最低的允许厚度需更换本体 1.检查、修复自控系统，严格执行操作规程 2.根据操作法，紧急放压，按规定定量。定时投料， 严防误操作 3.增加传热面积或清除结垢，改善传热效果；修复 搅拌器，提高搅拌效率 4.关总气阀，切断气源修理阀门 1.更换或修补搅拌轴，并在机床上加工，保证表面 粗糙度 2.调整油环位置，清洗油路 3.压紧填料，或更换填料 4.修补或更换 5.更换摩擦副或重新研磨 6.调整比压要合适，加强冷却系统，及时带走热量 7.密封圈选材、安装要合理，要有足够的压紧力 8.停车，重新找正，保证垂直度误差小于0.5mm 9.严格控制工艺指标，颗粒及结晶物不能进入摩擦 副 10.调整、检修使轴的窜量达到标准 11.改进安装工艺，或过盈量要适当，或粘接剂要好 用，粘接牢固
连续搅拌釜式反应器(CSTR)控制系统设计 连续
连续连续搅拌釜式反应器搅拌釜式反应器搅拌釜式反应器（（CSTR ）控制系统设计1. 前言连续搅拌釜式反应器（continuous stirred tank reactor ，简称为CSTR ）是聚合化学反应中广泛使用的一种反应器，该对象是过程工业中典型的、高度非线性的化学反应系统。
在早期反应釜的自动控制中，将单元组合仪表组成位置式控制装置，但是化学反应过程一般都有很强的非线性和时滞性，采用这种简单控制很难达到理想的控制精度。
随着计算机技术和PLC 控制器的发展，越来越多的化学反应采用计算机控制系统，控制方法主要为数字PID 控制。
但PID 控制是一种基于对象有精确数学模型的线性过程，而CSTR 模型最主要的一个特征就是非线性，因此PID 控制在这一过程中的应用受到限制。
随着现代控制理论和智能控制的发展，更加先进有效的控制方法应用于CSTR 的控制，如广义预测控制，神经模糊逆模PID 复合控制，自抗扰控制，非线性最优控制，基于逆系统方法控制，基于补偿算子的模糊神经网络控制，CSTR 的非线性H ∞控制等。
但任何一种复杂的化工反应过程都不能用一种简单的控制方式达到理想的控制效果。
目前先进的反应釜智能控制技术就是将智能控制理论和传统的控制方法相结合，如钟国情、何应坚等于1998年对基于专家系统的CSTR 控制系统进行了研究[1]，宫会丽、杨树勋等于2003年发表了关于PID 参数自适应控制的新方法[2]，冯斌、须文波等于1999年阐述了利用遗传算法的寻优PID 参数的模型参考自适应控制方法等[3]。
但由于这些控制方法的算法比较复杂，在算法的工程实现、现场调试及通用型方面存在着局限性，因此研究一种相对简单实用的CSTR 控制方法，更易为工程技术人员所接受。
本文在对CSTR 过程及其数学模型进行详细分析的基础上，针对过程的滞后性，采用Smith 预估算法与PID 控制相结合的方法实现CSTR 过程的控制，该方法具有实用性强及控制方法简单等特点，基于西门子PCS7系统完成了CSTR 过程控制系统设计。
第五章釜式连续反应器
n为搅拌器转数；d为搅拌器叶轮直径；NQR为无因次准 数。在有挡板的条件下，对于推进式叶轮NQR=0.5；
对 于 涡 轮 式 叶 轮 ( 六 叶 ， 宽 径 比 为 1:5) ，
NQR=0.93D/d(用于Re104，D为反应器内径； d为搅
拌器桨径)。
连续釜式反应器在结构上通常与间歇釜式反应 器相同。其常见的进出料方式如下
①已知反应釜串联的个数n以及反应体积VR(也就 是停留时间τ)，求终点转化率xAf ②已知终点转化率xAf，求串联的个数n(已知反应 体积，即停留时间τ) ③已知终点转化率xAf，求反应体积VR(已知串联 的个数n)
第五章 连续釜式反应器
5.1 连续釜式反应器的特点及应用 5.2 连续釜式反应器的设计 5.3连续釜式反应器的并联与串联 5.4釜式反应器的热量衡算与定态操作 5.5返混对复杂反应产品分配的影响
连续釜式反应器的特点
• 定义：连续釜式反应器是一种以釜式反应器实现连续生产的 操作方式。
• 与间歇釜式相比，具有生产效率高，劳动强度低，操作费用 小，产品质量稳定，易实现自控等优点。
FV0CA0=FVfCAf+ rAVR
液相反应时，可视为恒容，FV0=FVf；而且稳态 操作时，xA=xAf，CA=CAf，于是
VR
FV 0 (CA0 rA
-CA)
由于
xA
CA0 - CA CA0
所以
VR
=
FV 0CA0 xA rA
这就是等温恒容液相连续釜式反应器的设计方程。
在给定操作条件以及反应的动力学方程后，可由 简单的代数计算求得反应体积。
CA2 1+ k3 3
CAn-1 1 kn n
化学反应工程原理-副本第五章-连续流动釜式反应器
第五章 连续流动釜式反应器1 连续流动釜式反应器的特点： 。
2 表征循环反应器特性的一个重要参数是 ，它表示循 。
3 简述返混对反应过程的影响4 作出BR 反应器、PFR 反应器及CSTR 反应器的浓度分布图5 根据PFR 反应器及CSTR 反应器的设计方程，图解比较两种反应器在反应级数n 大于0、等于0及小于0时的反应器体积V PFR 与V CSTR 的大小。
6 CSTR 中，瞬时选择率β、出口状态下的选择率f β和平均选择率β的关系是 7对于反应级数为一级和二级的简单反应，分别在CSTR 和PFR 反应器中进行反应，关键组分的转化率一样，通过作图说明在两种反应器中进行反应，反应级数对完成反应任务所需要的反应器体积的影响。
8 混合是 进入反应器物料之间的混合；返混是 进入反应器物料之间的混合。
返混是 过程的伴生结果；返混与 无关，与 有关。
9 返混的起因是：（1） ，包括：循环反应器的循环流，CSTR 中的搅拌作用；（2） ，包括：流体以层流流经管式反应器，反应器内的死区、沟流、短路。
限制返混的措施有： 。
10 一液相复合反应Q A PA k k −→−−→−21，均为基元反应。
在单一连续釜中等温反应，已知该温度下，213k k ,问当最终转化率为80％时，目的产物P 的瞬时选择性为： ，总选择性为： 。
12 反应物A 的水溶液在等温PFR 中进行两级反应，出口转化率为0.5，若反应体积增加到4倍，则出口转化率为 。
13 反应物A 的水溶液在等温CSTR 中进行两级反应，出口转化率为0.5，若反应体积增加到4倍，则出口转化率为 。
14 在PFR 中进行等温二级反应，出口转化率为0.8，若采用与PFR 体积相同的CSTR 进行该反应，进料流量Q 0保持不变，为达到相同的转化率0.8，可采用的办法是使C A0增大 倍。
15 等温下，进行一级不可逆反应，动力学式为（-γ A ）=kCA ，k = 1min-1，CA0=1kmol/m3，PFR 、CSTR 的τ均为 1 min ，计算最终转化率。
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下关系式成立：
CA=K(U-Uf) 式中：U——由电导电极测得在不同转化率下与釜内溶液组成相应的电压信号值；
Uf——CH3COOC2H5全部转化为CH3COONa K——
本实验采用等摩尔进料，乙酸乙酯水溶液和氢氧化钠水溶液浓度相同，且两者进
料的体积流率相同。若两者浓度均为0.02 mol·L-1 ，则反应过程的起始浓度CA,0， 应为0 .01mol·L-1 。 因此，应预先精确配置浓度为0.01 mol·L-1 的氢氧化钠水
（2）当操作状态达到稳定之后，按数据采集键，采集
与浓度CA相应的电压信号U。待屏幕 上 显示的曲线平直 之后，按终止采集键，取其平直段的平均值，即为与釜
内最终浓度CA相应 的U （3）改变流量重复上述实验步骤，测得一组在一定温
度下，不同流量时的U值精数选pp据t课件2。021
9
4. 实验结束工作
（1）先关闭加热和恒温系统，后关闭计量泵。 （2）关闭计算机，再将搅拌转速缓慢地调至零， 最后关掉电路总开关。 （3）打开底阀，将釜内的液体排尽，并用蒸馏水 将反应器和电导池冲洗干净。将电导电极 浸泡在 蒸馏水中，备用。
4.参考下列表格整理实验数据
实验组号
1
2
3
4
5
反应温度T/K
(1)
空间时间/min
(2)
反应速率（-rA）/ mol·L-1·min-1 (3) 反应速率常数k/L·mol-1·min-1 (4)
相关系数R/-
(5)
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13
活化能
(6)
六、思考题
（1）连续搅拌釜式反应器有哪些特性? （2）做液相反应动力学实验应注意哪些事项?
14
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第三章 釜式反应器
������������
1
= − ln 1 − ������
1 − ������
������
化学反应工程——釜式反应器
7
t与CA0有关 t与CA0无关
2. 间歇反应器的反应体积：
������ = ������ ������ + ������
式中： Q0— 单位时间内处理的反应物料的体积（由生产任务决定） t— 反应时间 t0— 辅助时间
1 − ������
������������
������������
1 反应时间：������ =
������������
������������ 1 − ������
若 ������ ≠ 1
t = 1 − ������
−1
������ − 1 ������������
若 ������ = 1
1 ������ = ������
������ = = ������ ������
(5)
������������
初 始 条 件 ： t=0时，CA=CA0 ; CP=0; CQ=0
对 ( 4 ) 积 分 得 ： ∴ ������ =
ln =
ln
(6)
由此式可求得为达到一定的XA所需要的反应时间,式（6）也可写成：
������ = ������ exp − ������ + ������ ������
1 − exp − ������ + ������ ������
������ + ������
两种产物的浓度之比，在任何反应时间下均等于两个反应的速率常数之比。
化学反应工程——釜式反应器
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釜式反应器最新课件
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4）对间歇反应器，反应期间无输入输出， （1）=0，（2）=0
5）对流动反应器，（4）=0，即（1）=（2） +（3）
6）对于不稳定体系，如半间歇反应器，需要 同时考虑上式中的各项。
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2、热量衡算：上式中反应组分A的反应量与反 应过程的温度条件有关，计算非等温反应器的 反应体积时，需同时考虑物料衡算和热量衡算。
特征：1）垂直于物料流向的任一截面 上，所有的物系参数T、P、C、u都 是均匀的（相同的）
2）所有的粒子在反应器内的停留时间
都相同。
i
VR V0
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实际生产中属于理想置换的情况有：
管式反应器：它的流型基本上是理想置换模型
（活塞流模型），特别是在长径比很大、流速 较高时可看作是理想置换。
V 0、 CA 0、 X A 0
高与直径相类似
T 、 C A 、 rA
VR、 釜式反应器最新课件
C A f 、X A f rA f、 T f
特征：1）在反应器内各处的参数T、P、 C相同，并等于反应器出口值。
CA=CAf T=Tf rA =rAf 2)粒子在反应器内停留时间不同，参差
不齐，形成一个逗留时间分布
流动模型：是指流体流经反应器时的流 动和返混的状况。
对各种流动模型进行的数学描述就得到流动 的数学模型。
化工生产中有许多型式的反应器，如管式、 槽式等。这些反应器中流体流动的情况很 复杂。但在众多的反应器中，就流体的返 混情况而言，可以抽象出两种极限的情况。
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活塞流反应器：完全没有返混 全混流反应器：返混达到极大值实际生产
连续釜式反应器
二化学反应器简介
化工过程：一个特定的化工产品，从原料到产品 的生产过程。
原料 预处理 化学反应 后处理 产品
化学反应这一步是化工过程的核心，起着主导作 用，它的要求和结果决定着预处理的程度和后 处理的难度。
化学反应器的定义：用于化学反应的设备，是 化工企业的关键装置。
对反应器的要求
1
反应器 要有足 够的体 积
4.框式和锚式搅拌器 ➢ 框式搅拌器可视为桨式搅拌器的变形，其 结构比较坚固，搅动物料量大。如果这类搅拌 器底部形状和反应釜下封头形状相似时，通常 称为锚式搅拌器。
➢ 框式搅拌器直径较大，一般取反应器内 径的0.9～0.98，1～100r／min。框式搅拌器 的循环速度及剪切作用都较小，主要产生切线 流。当物料粘度高时，可产生一定的径向流和 轴向流。适用于高粘度物料的搅拌和传热。
(a)轴向流 (b)径向流(c)切线流 打漩现象
搅拌器两方面性能：
产生强大的液体循环流量； 产生强烈的剪切作用。 基本原则： 在消耗同等功率的条件下，低转速、大直径 的叶轮，可增大液体循环流量，同时减少液体受到的剪切 作用，有利于宏观混合。 反之，高转速、小直径的叶轮，结果与此恰 恰相反。
常用搅拌器的型式、结构和特点 化学工业中常用的搅拌装置是机械搅拌装置，包 括 ➢搅拌器：包括旋转的轴和装在轴上的叶轮； ➢辅助部件和附件：包括密封装置、减速箱、搅拌电 机、支架、挡板和导流筒等。
搅拌器是实现搅拌操作的主要部件，其主要的组 成部分是叶轮，它随旋转轴运动将机械能施加给液体， 并促使液体运动。
（１）釜式反应器搅拌装置
1.桨式搅拌器
由两块平桨叶构成。桨叶一般用扁钢或不锈 钢或有色金属制造。平直叶桨式搅拌器低速时主 要产生切线流，转速高时以径向流为主。折叶桨 式会产生轴向流，宏观混合效果较好。
连续操作釜式反应器课件
02 03
技术创新
为适应新能源材料制备的需求，连续操作釜式反应器在结 构、材质和控制系统等方面进行了多项创新。例如，采用 新型陶瓷材料增强设备的耐腐蚀性，设计特殊结构的电极 以提高电化学反应效率等。
应用前景
随着新能源产业的快速发展，连续操作釜式反应器在新能 源材料制备领域的应用前景日益广阔。例如，可用于锂离 子电池正极材料的合成、燃料电池催化剂的制备以及太阳 能电池材料的生产等。
根据反应物料性质和反应阶段 ，调整搅拌速度，保证物料在
反应器内充分混合。
连续操作釜式反应器的性能优化
01
02
03
04
反应条件优化
通过实验和模拟手段，寻 找最佳的反应温度、压力 、物料配比等条件，提高 反应转化率和选择性。
设备结构优化
优化反应器内部结构，如 改进搅拌桨叶型、增加传 热面积等，提高传质传热 效率。
连续操作釜式反应 器课件
目录
• 连续操作釜式反应器概述 • 连续操作釜式反应器的工艺设计 • 连续操作釜式反应器的操作与优化 • 连续操作釜式反应器的故障诊断与预防 • 连续操作釜式反应器的安全与环境保护 • 连续操作釜式反应器实例分析
01
连续操作釜式反应器概述
连续操作釜式反应器定义和原理
定义
化学品使用
在连续操作釜式反应器的运行过程中，应严格按照化学品使用说明 添加化学品，避免因使用不当引发的危险。
废弃物处理与环境保护
01
废弃物分类
对连续操作釜式反应器产生的废弃物进行分类，区分可回收物、有害废
弃物等，为后续处理提供依据。
02
废弃物处理
有害废弃物应交由专业机构进行处置，确保废弃物得到妥善处理，防止
设置必要的安全附件，如压力表、安全阀、紧急切断阀等，确 保设备的安全运行。
实验二 连续搅拌釜式反应器液相反应的动力学参数测定
实验二 连续搅拌釜式反应器液相反应的动力学参数测定一、实验目的连续流动搅拌釜式反应器与管式反应器相比较，就生产强度或溶剂效率而论，搅拌釜式反应器不如管式反应器，但搅拌釜式反应器具有其独特性能，在某些场合下，比如对于反应速度较慢的液相反应，选用连续流动的搅拌釜式反应器就更为有利，因此，在工业上，这类反应器有着特殊的效用。
对于液相反应动力学研究来说，间歇操作的搅拌釜式反应器和连续流动的管式反应器都不能直接测得反应速度，而连续操作的搅拌釜式反应器却能直接测得反应速度。
但连续流动搅拌釜式反应器的性能显著地受液体的流动特性的影响。
当连续流动搅拌釜式反应器的流动状况达到全混流时，即为理想流动反应器——全混流反应器，否则为非理想流动反应器。
在全混流反应器中，物料的组成和反应温度不随时间和空间而变化，即浓度和温度达到无梯度，流出液的组成等于釜内液的组成。
对于偏离全混流的非理想流动搅拌釜式反应器，则上述状况不复存在。
因此，用理想的连续搅拌釜式反应器（全混流反应器）可以直接测得本征的反应速度，否则，测得的为表观反应速度。
用连续流动搅拌釜式反应器进行液相反应动力学，通常有三种实验方法：连续输入法、脉冲输入法和阶跃输入法。
本实验采用连续输入的方法，在定常流动下，实验测定乙酸乙酯皂化反应的反应速度和反应常数。
同时，根据实验测得不同温度下的反应速度常数，求取乙酸乙酯皂化反应的活化能，进而建立反应速度常数与温度关系式（Arrhenius formula ）的具体表达式。
通过实验练习初步掌握一种液相反应动力学的实验研究方法。
并进而加深对连续流动反应器的流动特性和模型的了解；加深对液相反应动力学和反应器原理的理解。
二、实验原理1．反应速度连续流动搅拌釜式反应器的摩尔衡算基本方程： dtdn dV r F F AvA A AO =---⎰)(0（1）对于定常流动下的全混流反应器，上式可简化为0)(=---V r F F A A AO （2） 或可表达为VF F r AAO A -=-)( （3）式中；AO F ——流入反应器的着眼反应物A 的摩尔流率， 1-⋅smol ；A F ——流出反应器的着眼反应物A 的摩尔流率， 1-⋅smol ；)(A r -——以着眼反应物A 的消耗速度来表达的反应速度，13--⋅⋅sm mol ；由全混流模型假设得知反应速度在反应器内一定为定值。
化学反应工程_连续流动釜式反应器讲解
如图依次作出CA0A1、 CA1A2 、CA2A3……，求出 CA1 、CA2 、 CA3……。
rA
M rA=kf(CA)
A1
A2
-1/1
A3 -1/2
-1/3 O
CAm CA3 CA2 CA1 CA0 CA
三、多级全混流反应器串联的优化
在设计反应器时，物料处理量V0、进料组成及最终转化 率XAm是由工艺条件确定的。
将几个全混釜串联起来操作就构成了多釜串联反 应器。
CA0
xA1
xA2
xAi-1
xAi
V0
CA1 V0
CA2 V0
CAi-1 V0
CAi V0
xAm CAm
V0
VR1
VR2
VRi-1
VRi
VRm
二、多级全混流反应器的计算
1. 解析计算 多级全混流反应器串联操作如上图所示。 设：稳定状态，等温，等容。 对第i级作A的物料衡算，则有
1 CAm CA0
故
xAm
1
m i 1
1
1 ki
（3－31）
当每级体积相等时 则可进一步简化
1 2 3 ... m
xAm
1
m i 1
1
1 ki
1
1
1 k
m
（3－32）
或
1 k
1
1
x 1/ m Am
1
总体积
VR
mVRi
mV0
mV0 k
1
1
x 1/ m Am
1
VRi
V0CA0 (xAi rAi
xAi1)
反应器总体积 为
VR
m
VRi
化学反应工程 第三章
t xAf
x cA cAf 图3－3 等温间歇液相反应 过程反应时间t的图解积分4 cA0
图3－2 等温间歇液相反应 过程t/cA0的图解积分
1. 等温等溶液相单一反应 在间歇反应器中，若进行等容液相单一不可逆 反应，则关键反应物A的反应速率式为：
dc A (rA )V k c f (c A ) dt c Af dcA 所需反应时间为：t c k f (c ) A0 c A
2. 增加组分B的回收费用，所以这也是一个需优化的参数。
17
4. 反应温度 对于间歇釜式反应器，可以在反应时间的不同 阶段，反应物系处于不同组成时，调整反应温度。 一般说来，高转化率时，反应物的浓度减少，反应 速率也随之减少，可以通过提高反应温度，促进反 应速率常数增大而增加反应速率。 如间歇釜式反应器中的硝化反应，在反应前期， 温度为40～45℃；反应中期，温度为60℃；而反应 后期，温度提高到70℃。
19
解：首先计算原料处理量V0根据题给的乙酸乙酯产量， 12000 可算出每小时乙酸需用量为 16.23kmol / h
88 24 0.35
由于原料液中乙酸:乙醇:水=1:2:1.35，当乙酸为1kg 时，加入的总原料为1+2+1.35=4.35kg 由此可求单位时间需加入反应器的原料液量为：
rA 1.045c kmol /(m h)
2 A 3
对1kmol A而言，投料情况是：
醋 酸 A 1kmol 60kg 0.062m3
正丁醇 B
4.96kmol
368kg
0.496m3
可求出，投料总体积VR=0.559m3
c A0 nA0 1.79kmol / m3 VR
5 连续流动釜反应器
数
vR Rv0
CA0
CA1
v0 A
V
CAf
v0
(1 R)v0
31
A点作物料衡算
v0CA0 Rv0CAf (1 R)v0CA1
CA1
CA0 RCAf 1 R
R xA1 1 R xAf
计算式
V
CAf dCA
(1 R)v0 CA1 (rA )
V (1 R) CAf dCA
) t CA dCA
C A0 ( A
VR= v0（t+t’）间歇操作
) CA dCA
C A0 ( A
VR= v0τ 连续操作
CA0 （
CA ）
A
VR= v0τ 连续操作
1/(-rA)
PFR~CSTR 比较
τc
τp CAf
CA
CA0
21
PFR和CSTR的浓度分布比较
v0 (rA)
v0CA0 v0CA (rA )V
V CA0(xAf xA0)
v0
(rA)
(xA00)
8
5.2 CSTR中的均相反应
基本方程的图解计算
1
(rA)
CA0 CA (rA )出口
1 (rA )出口
(CA0
CA)
CA
1
xAf 1 xAf (rA)
CA0 xAf CA0 CAf
(rA)
(rA )
23
（5）图解法（n>0）
PFR
CSTR
1
1
面积＝ (rA)
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表3－5列出了平推流反应器和全混流反应器的反应
结果比较，其中 VR ，这是对等容过程而言。
V0
平推流反应器与全混流反应器的比较
补充知识点：空时与空速的概念：
空时：
Vr V0
反应体积 进料体积流量
（因次：时间）
表明 Vo , 处理能力
空速：
1 V0 FA0
Vr cA0Vr
因次 :时间-1
两釜串联操作时，第一釜在CA1下进行，仅第二釜 维持在CAf下进行，整个反应速度提高了一个水平；
在三釜串联操作时，前两釜都是在高于CAf的浓度 下进行，仅第三釜在CAf进行，反应速度比两釜串 联时又有所提高。可见，串联的釜数越多，反应 物浓度提高越多，反应速度越快，需要的反应时 间或反应器体积就越小。
物料出口处的物料参数； 2. 物料参数不随时间而变化； 3. 反应速率均匀，且等于出口处的速率，不随时间变化； 4. 返混＝∞
二、全混流反应器计算的基本公式
1. 反应器体积VR 衡算对象：关键组分A
V0, N A0,CA0
X A0 0
N A,CAf X Af
衡算基准：整个反应器（VR） 稳定状态：
空速的意义：单位时间单位反应体积所处理的物料量。 空速越大，反应器的原料处理能力越大。
多级全混釜的串联及优化
设有一反应，A的初始浓度为CA0，反应结束后最 终浓度为CAf,反应的平衡浓度为CA*，考察平推流 反应器和全混流反应器的浓度推动力。 由图示，显然有，ΔCA平>ΔCA全 平推流反应器中的浓度推动力大于全混流反应器 中的浓度推动力。结果，平推流反应器体积小于 全混流反应器体积。
浓度分布 ------ 推动力
反应推动力随 反应时间逐渐 降低
反应推动力 随反应器轴 向长度逐渐 降低
反应推动力不 变，等于出口 处反应推动力
平推流反应器的物料参数如浓混流反应器，物料参数是均匀的， 对于物料温度的控制比较容易。
V0, N A0,CA0
X A0 0
N A,CAf X Af
式中 (rA) f 指按出口浓度计算的反应速率。
全混流反应器在出口条件下操作，当 出口浓度较低时，整个反应器处于低 反应速率状态。
若 xA0 0 ,则由物料衡算方程
[A流入量]－[A流出量]－[ A反应量]＝0
NA '
NA
(rA ) f VR
在有机反应中，特别是多重反应，要求反应过程 中物料浓度温度等参数保持均匀，否则极易发生副 反应，所以一般选择全混流反应器。
为了满足工艺要求，又要提高反应推动力，人们 把一个大的反应器分割成m个小的全混流反应器， 然后串联起来，称为“多级串联全混流反应器”。
一、多级全混流反应器的浓度特征
设有4级串联全混流反应器，其浓度推动力如图所示。
ΔCA多=(CA1－CA*)1+(CA2－CA*)2+(CA3－CA*)3+(CA4－CA*)4 显然ΔCA平>ΔCA多>ΔCA全 当级数为∞，则ΔCA平＝ΔCA多
CA0
CA1
CA2
CA3
CA4
CA0 CA1
CA2 CA3 CA4
CA*
解释说明
将一个容积为VR的全混釜以N个容积为VR/N的全混 釜来代替，如果两者的起始与终止状态具有相同 的温度、浓度，则单釜操作时全部反应过程都维 持在最终浓度CAf下进行，反应速度最慢；
上述公式均为普遍式，全混流反应器一般为等 温反应器，公式可用于等容过程和非等容过程。
2.物料平均停留时间τ
VR
对于等容过程，物料平均停留时间为
V0CA0 xAf (rA ) f
VR
V0
xAf
CA0 CAf CA0
CA0 xAf CA0 CAf
(rA ) f
(rA ) f
(3 24)
0
N A ' N A0 (1 xA0 )
N A N A0 (1 xAf )
V0CA0 (1 xA0 ) V0CA0 (1 xAf ) (rA ) f VR 0
VR
V0CA0 (xAf (rA ) f
xA0 )
式中 rA
kC
n A
； 由式（1－13）:CA
N A0 (1 xA )
V0 (1 A yA0 xA )
第三章第三节连续流动釜式反应器
连续流动釜式反应器--全混流反应器
全混流反应器是指物料流动状况符合全混流模型， 该反应器称为全混流反应器（CSTR）。在实际反应 器中，连续搅拌釜式反应器由于强烈搅拌，物料混合 均匀，其流动状况接近全混流。
一、全混流反应器的特点 1. 反应器内物料参数（浓度、温度等）处处相等，且等于
CAi 1
CAi1 1 k i
i 1 i2
CA1 1
CA0 1 k1
CA2 1
CA1 1 k 2
V0CA0 (1 xAi1) V0CA0 (1 xAi ) rAiVRi
或
VRi
V0CA0 (xAi rAi
xAi 1 )
VRi
V0 (CAi1 CAi ) rAi
多级全混流反应器的级数一般为2－3级，所以可以按上
式从第1级开始逐级计算。根据不同的已知条件计算反应器
体积，级数或者最终转化率。
将几个全混釜串联起来操作就构成了多釜串联反 应器。
CA0
xA1
xA2
xAi-1
xAi
V0
CA1 V0
CA2 V0
CAi-1 V0
CAi V0
xAm CAm
V0
VR1
VR2
VRi-1
VRi
VRm
二、多级全混流反应器的计算
1. 解析计算 多级全混流反应器串联操作如上图所示。 设：稳定状态，等温，等容。 对第i级作A的物料衡算，则有
2. 一级不可逆等容单一反应 对于一级不可逆反应，可以直接建立级数m和最终
转化率之间的关系，不必逐级计算。
第i级
VRi
V0 (CAi1 CAi ) rAi
式中 rAi kCAi
上式可化为
k i
(CAi1 CAi ) C Ai
CAi 1
CAi1 1 k i
式中
i
VRi V0
(3 29)
[A流入量]－[A流出量]－[ A反应量]＝0
N A0
NA
(rA ) f VR
0
V0CA0 V0CA0 (1 xAf ) (rA ) f VR
VR
V0cA0 xAf (rA ) f
VR V0
(cA0 cAf ) cA0 xAf
(rA ) f
(rA ) f
VR
V0cA0 xAf (rA ) f