多级串联理想混合反应器变型设计方程
多级串联全混流反应器的设计与应用
多级串联全混流反应器的设计与应用对于多级串联全混流反应器，提供一种从动力学入手，系统的计算各级反应釜体积及反应器串联级数的方法，以达到设定的目标转化率。
此方法已经在工业化生产中得到充分的验证，结果显示，采用本文阐述的方法计算得到的理论出口转化率与实际生产中测量得到的出口转化率基本相符。
标签：连续搅拌釜式反应器；串联；动力学Abstract：For multiple mixed flow reactors in series，provide a method to calculate the number of reactor series and the volume of each reactor，to achieve a specified conversion of feed which reacts with known kinetics. The results show that the conversion of the theoretical export obtained by the method described in this paper is consistent with the conversion of the export in actual production.Key words：CSTR；Connection in series；Kinetics連续搅拌釜式反应器适用范围较广，容易放大，在强烈搅拌情况下可视为全混流反应器，反应物料连续地加入和流出反应器，不存在间歇操作中的辅助时间问题。
在定态操作中，容易实现自动控制，操作简单，节省人力，产品质量稳定，常用于中型或较大规模的化工生产中[1]。
连续搅拌釜式反应器主要适用于粘度不是很大的液相反应，从反应性质来说还特别适用于转化率不高且产物分离方便或反应时间较长的反应。
本文以某一二级反应为例，计算连续搅拌釜式反应器的串联级数，每级反应器的体积及相应的出口转化率。
多级混合模型
多级混合模型假定条件：① 每一级内为全混流； ② 级际间无返混；③ 各釜体积相同。
图4-7 多级全混流串联模型因NV i =V ，且假定物料流率为v ，则： vV t = N t Nv V t i ==在多级全混流串联模型中，在系统入口处阶跃注入浓度为C 0的示踪物，对第i 个反应器进行示踪物的物料衡算，有：dt t dC V v t C v t C i i i i )()()(1=-- （1） 因：v V N t i =，故：)()()(1t C tN t C t N dt t dC i i i -=+ （2）（dx Qe yepdx pdx ⎰⎰=⎰） 当t=0时，第i 个反应器中示踪物的浓度C i （t ）=0，积分上式得：dt e t C e tN t C t Nt t i t Nt i /01)()()(⎰--= （3） 对于第一级，01C C i =-，所以上式可变为：dt e e tN C t C t Nt t t Nt /0)(01)(⎰-= （4） 对上进行积分便可以得到第一级反应器出口示踪物的应答曲线： )(011)(t Nt e C t C --= （5） 同样，对于第二级反应器：11C C i =-，代入到（3）式，得：dt e e C e t N t C t Nt tt Nt t Nt /0)(0)(2)1()(⎰---= （6）进行积分可以得到第二级反应器出口示踪物的应答曲线：)1(1)()(02t Nt e C t C t Nt +-=- （7）用同样方法依次类推便可以得出第N 级出口示踪物的应答曲线：式（4-27）。
式中：N tvN V s ==τ，为对单个釜而言的平均停留时间。
式（4-27）即为多级全混流模型的分布函数计算式。
多级串联等体积全混流反应器与平推流反应器等效性研究——以二级可逆反应为例
关 键词 ： 级 串联 全 混 流 反 应器 ； 推 流反 应 器 ； 级 可 逆 反 应 多 平 二
中 图分 类 号 ：Ｑ ５ Ｔ ０２ 文献 标 识码 ： Ａ
Ｅｑｕｉ ｌｎｃ ｆｃ ｎｖｅ ｓｏｎ ｒ ｅ ｏ ｈｅｍ ｕ ｔ・ｓａｇ ｔｒ ｅ ｎｋ ｒ ａｃｏｒ ｉ ｓ ｒ ｅ ｎｄ ｈ ｕｇ ｆｏ ｒ ａｃｏｒ ｖａｅ ｅ ｏ ｏ ｒ ｉ ａｔ ｆｔ ｌｉ ｔ ｅ ｓ ｉｒ ｄ ｔ 一 ａ ｅ ｔ ｎ ｅ ｉ ｓａ ｔ ｅ ｐｌ ｗ ｅ ｔ ｌ ｆｒｔ ｅ ｏ ｏ ｈｅ ｓ ｃ ｎｄ—ｏ ｄｅ ｅ ｅ ｓｂｌ ｅ ｃ ｉ ｎ ｒ ｒ ｒ ｖ ｒ ｉ ｅ ｒ ａ ｔｏ
ｓ ｒ ｓ Ｎ ｏ ｎ ｅ ｕ ｌｖ ｌ ｍｅ ｏ ｔ ｒ ｄ ｔｎ ｅ ｃｏ ｓｉ ｅ ｅ ｏ ａ ｈｅ ｅ ｔ ｅ ｃ ｎ ｅ ｓｏ ｆｔ ｅ ｐ ｕ ｏ ｅ ｃｏ ｓ ｅ ｉ ｆ ｑ ａ ｏｕ ｆ ｉ ｅ ａ ｋ ｒａ ｔｒ ｎ ｓ ｒ ｓｔ ｃ ｉｖ ｈ ｏ ｖ ｒ ｉｎ ｏ ｌ ｇ ｆ ｗ ｒ ａ ｔｒｗａ ｅ ａ ｓｒ ｉ ｈ ｌ ｄ ｓ ｕ ｓ ｄ ｎ ｔ ｅ ａ ｐ ｒｔ ｇ ｃ ｎ ｉ ｏ ｓ ｈ ｆ ｃｓ ｏ ｈ ｏ ｉ ｖ ｅ ｃｉｎ ａｅ ｏ ｓａ ｔ ｌ ｑ ｉ ｂ ｉｍ ｉ ｓｅ ｉ ｈ ｓ ｍｅ ｏ ｅ ａ ｉ ｏ ｄｔ ｎ ．Ｔ ｅ ｅｆ ｔ ｆ ｔ ｅ ｐ ｓ ｉｅ ｒ ａ ｔ ｒ ｔ ｃ ｎ ｉ ｅ ｔ ｏ ｃ ｎ ｔ ｎ ｋ，ｅ ｕｌ ｒ ｉ ｕ ｃ ｎ ｔｎ ｔ ｅ ｒ ｔ ｆｉ ｉ ａ ｏ ｃ ｎｒ ｔ ｎ ｏ ｅ ｃａ ｔ ｏ ｓａ ｔ Ｋ． ｈ ａｉ ｏ ｔ ｌ ｎ ｅ ｔ ｉ ｆｒ ａ ｔｎ ｏ ｎ ｉ ｃ ａｏ ｒ ｓｄ ｎ ｅ ｔ ｎ Ｎ ｒ ｔ ｄ ｅ ． ｈ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｅ ｅ ｉｅ ｃ ｉ Ｔ ｏ ｗｅ ｅｓｕ ｉ ｄ Ｔ ｅ ｒｓ ｌ ｈ ｗ ｄ ｍｅ ｓ
化学反应工程第三章
m 1c A0 c A 1 ln m x A 1 ln m 1 mc A m 1 m1 x A
m m xA ln m 1 m1 x A
cB 0 k t
3.3 反应温度
3.2 理想连续流动反应器(1)
一 平推流反应器
1.1. 平推流反应器的特点 流体在管内作平推流流动具有如下特征： (1) 在与流动方向呈垂直的截面上没有流速分布； (2) 而在流体流动的方向不存流体质点间的混合，即无返混现象； (3) 离开平推流反应器的所有流体质点均具有相同的平均停留时间， 而这个停留时间就等于反应时间。
k1 cQ k 2
cp
3.1.2 间歇反应器内复合反应的计算（4）
二 连串反应 等温间歇反应器进行一级不可逆连串反应
K1 K2 A P Q
dcA k1c A dt dc p k1c A k 2 cP dt
t 0, c A c A0 , cP 0, cQ 0, 积分第一式： c A c A0 e k1t 或 t 1 c A0 1 1 ln ln k1 c A k1 1 x A
B
A
O
D
E
t
间歇反应器最优化反应时间
3.1.3 间歇反应器优化操作（3）
（2） 以生产费用为目标
AT
at a0t0 a f VR cR
dcR ac at a t a 0 0 f R dt dA dcR cR 当 T ＝0， dt dt t a0t0 a f / a dAT 2 dt VR cR
产物P的浓度先增大，在降低，存在极大值。可对cp对时间求导， 得最优化时间
topt ln k1 / k 2 k1 k 2
多级串联全混流反应器的设计与应用
多级串联全混流反应器的设计与应用作者：范卓来源：《中国化工贸易·上旬刊》2018年第01期摘要：对于多级串联全混流反应器，提供一种从动力学入手，系统的计算各级反应釜体积及反应器串联级数的方法，以达到设定的目标转化率。
此方法已经在工业化生产中得到充分的验证，结果显示，采用本文阐述的方法计算得到的理论出口转化率与实际生产中测量得到的出口转化率基本相符。
关键词：连续搅拌釜式反应器；串联；动力学Abstract：For multiple mixed flow reactors in series， provide a method to calculate the number of reactor series and the volume of each reactor， to achieve a specified conversion of feed which reacts with known kinetics. The results show that the conversion of the theoretical export obtained by the method described in this paper is consistent with the conversion of the export in actual production.Key words：CSTR；Connection in series；Kinetics连续搅拌釜式反应器适用范围较广，容易放大，在强烈搅拌情况下可视为全混流反应器，反应物料连续地加入和流出反应器，不存在间歇操作中的辅助时间问题。
在定态操作中，容易实现自动控制，操作简单，节省人力，产品质量稳定，常用于中型或较大规模的化工生产中[1]。
连续搅拌釜式反应器主要适用于粘度不是很大的液相反应，从反应性质来说还特别适用于转化率不高且产物分离方便或反应时间较长的反应。
多级串联全混流反应器的设计与应用
一、引言全混流反应器作为一种重要的化工反应器，其在化工生产过程中发挥着重要作用。
在许多化工生产过程中，多级串联全混流反应器的设计与应用可以提高反应器的效率和产量，降低能耗和生产成本，具有重要的理论和实际意义。
二、多级串联全混流反应器的原理及结构1. 多级串联全混流反应器的原理多级串联全混流反应器是通过将多个全混流反应器串联连接，使反应物料在多个反应阶段中不断进行反应，从而提高反应程度和完全程度。
2. 多级串联全混流反应器的结构多级串联全混流反应器通常由多个全混流反应器、加料装置、搅拌装置、控制系统等组成。
在设计中需要考虑反应物料的流动性、热量传递、控制调节等问题，以保证反应器的正常运行。
三、多级串联全混流反应器的设计1. 反应器型号的选择在设计多级串联全混流反应器时，需要根据反应物料的性质、反应边界条件等因素选择合适的反应器型号，如循环流化床反应器、管式反应器、搅拌式反应器等。
2. 反应器的工艺参数选择反应器的工艺参数包括反应温度、压力、流速、搅拌速度等，需要根据反应物料的特性、反应过程的要求等因素进行合理选择，以保证反应器的正常运行和最佳效果。
3. 多级串联结构的设计在设计多级串联全混流反应器的结构时，需要考虑反应物料的流动性、热量传递、控制调节等问题，合理设计反应器的结构，以提高反应器的效率和产量。
四、多级串联全混流反应器的应用1. 化学工业中的应用多级串联全混流反应器在化学工业中可以用于合成反应、裂解反应、氧化反应等多种化工生产过程中，具有广泛的应用前景。
2. 生物工程中的应用多级串联全混流反应器在生物工程中可以用于发酵反应、生物转化等生物学过程，提高了生物工程的生产效率和产量。
3. 环保工程中的应用多级串联全混流反应器在环保工程中可以用于废水处理、废气处理等环境保护领域，具有重要的应用价值。
五、多级串联全混流反应器的发展趋势1. 新型反应器材料的应用随着新型材料的不断涌现，多级串联全混流反应器将面临新的发展机遇，新型材料的应用将提高反应器的稳定性和耐腐蚀性。
聚合反应工程基础第二章3
C Ai 1 C Ai 1 i rAi (C Ai C Ai 1 ) rAi i
根据动力学方程做rA ~ CA关系曲线
rA
CA3 CA2 CA1 CA0
CA
设计多级串联理想混合反应器时，合理分配各级反应器
的出口转化率，可使反应器所需总体积最小。 以两只不等容的理想混合反应器串联操作为例： 对于第一级反应器 对于第二级反应器
1 2 ... n cA0 (
x A1
xA 0
x A 2 dx x A , N dx dxA A A ... ) x A1 r x A , N 1 r rA A A
c A0
xA ,N
xA 0
dxA rA
与单一平推流 反应器相同
请考虑要使并列的两路得到相同的转化率， 则两路的流量比是多少？
xA dx xA V A cA 0 c A0 0 0 V0 rA
例:
均相气相反应A→3R，其动力学方程为rA=kcA，该过程在
185℃，400kPa下在一平推流反应器中进行，其中k=10-2s-1， 进料量FA0=30kmol/h，原料含50％惰性气，为使反应器出口转
化率达80％，该反应器体积应为多大?
VR V0 cA 0
xA
0
0.8 dxA V0 cA0 0 kcA
dx A 1 xA kcA0 1 x A A
V0
0.8
0
dxA 3.34 0.8 1 xA 0 1 xA dxA 1 xA 3.23 k 1 x A
相同时没有返混。如果各支路之间的转化率
不同，就会出现不同转化率的物流相互混合，
第三章 理想流动反应器
CA0
xAf 1 exp(k )
xAf CA0 k 1 CA0 k
n = 2,
xAf V0 VR , kCA0 (1 xAf )
2.PFR的热量衡算
在dVR内作热量衡算
T0，CA0 V0，ΣNi
T
dF T + dT Ta
一级反应时间只与转化率有关，与初始浓度CA0 无关。
(3) 二级反应：rA =
用转化率表示
kCA2；积分得
kt
xAf CA0 (1 xAf )
1 1 kt CAf CA 0
二级反应时间不仅与转化率有关，还与初始浓度CA0有关。
固定CA0 = 1.0 kmol/m3 时，反应时间与转化率、浓度的关系图
2.反应时间的优化 间歇釜式反应器操作需要辅助时间，对于特定的反应和反 应器，辅助时间t0是一定值。产物生成速率随反应物浓度降低 而降低，即随反应时间增长，单位时间内生成产物的量随之降 低，如果无原则地延长反应时间来追求产物的量会得不偿失。 因此，需要对反应时间t 进行优化确定。
（1）以单位操作时间的产品产量为目标函数 优化反应时间，使产品产量目标函数最大化。
（1）等温 PFR 计算
(H r )(rA )dVR K (T Ta )dF
①当为放热反应，ΔHr < 0, 此时，T > Ta , 反应器向外传热。
②当为吸热反应，ΔHr > 0, 此时，T < Ta , 向反应器内传热。
③沿反应器轴向，反应放（吸）热量，刚好由反应器与环 境热交换作用抵消掉，使得反应器轴向温度处处相同。
反应级数越高时，随反应物浓度降低（或转化率升高）， 反应时间增大幅度越大。这充分说明了反应级数大小是浓度影 响反应速率的敏感程度。 举例： A + B
第二章 化学反应基础
第二章 化学反应工程基础本章学习重点：（1）如何根据反应的特点与反应器的性能特征来正确选择反应器的形式与操作方式（2）造成非理想流动的原因及其测定描述，非理想流动对化学反应的影响。
第一节 化学反应和反应器的分类一 化学反应分类表2-1 表2-2 表2-3按化学反应的特性分类（反应机理，反应的可逆性，反应级数，反应物料的相态及反应的热效应）反应机理：简单、复杂反应的可逆性：可逆、不可逆反应级数：一级、二级、三级、零级、分数级反应热效应：放热反应、吸热反应按反应过程进行分类二 反应速率均相反应，以反应体积为基准，单位时间，单位反应体积中所生成（或消失）的某组份摩尔比。
即1i i dn r V dt=± 当反应为恒容体系时，i i n C V = i i dC r dt=± i C 表示i 组分的浓度 负号表示消失速率 化学速率方程式通常用幂函数的形式表示121a a A A A B dn r kC C V dt=-= k 为反应速率常数，a 1，a 2为实验测定的常数，反应的总级数为a 1+a 2反应速率常数k 只随温度而变三．反应器的分类1.按反应物料的相态分类均相反应器，非均相反应器2.按反应器的结构形式分类分为管式、釜式、塔式、固定床、流化床3.按操作方式分类间歇反应器：在反应前先将反应物一次放入反应器内，当反应达到规定转化率后即取出反应物。
物料浓度随时间变化，是不稳定过程。
连续反应器：反应操作时，反应物料连续加入反应器内并连续引出反应产物，属于稳态操作 半连续反应器：预先将某些反应物料再反应前一次性加入反应器，其余反应物再反应过程中加入，或者再反应过程中将某种产物连续的从反应器四．连续流动反应器内流体流动的两种理想形态造成三种反应器中流体流动型态不同是由于物料在不同反应器中的返混程度不一样。
返混：是指反应器内不同年龄的流体微元之间的混合，返混代表时间上的逆向混合1.平推流反应器：物料在长径比很大的管式反应器中流动时，如果反应器中每一微元体积里的流体以相同的速度向前移动，此时在流体的流动方向不存在返混，这就是平推流2.理想混合流反应器：反应器的物料微元与器内原有的物料微元瞬间能充分混合（反应器中的强烈搅拌），反应器中各点浓度相等不随时间变化。
聚合反应工程基础第二章3
VR 1.03 xA 2 ln 1 xA 0 2.50m 3
三、全混流反应器
全混流反应器又称全
混釜或连续流动充分搅拌
槽式反应器，简称CSTR。
流入反应器的物料，在瞬
间与反应器内的物料混合 均匀，即在反应器中各处 物料的温度、浓度都是相 同的。
1. 全混流反应器特性
体系，对关键组份A作物料衡算，如图所示，
这时dV=Stdl，式中St为截面积。
dl
L
进入量-排出量-反应量=累积量 FA-(FA+dFA)-rA· dV=0
由于
微分
FA=FA0(1-xA)
dFA=-FA0dxA
所以
FA0dxA=rAdV
为平推流反应器物料平衡方程的微分式。
对整个反应器而言，应将上式积分。
相同时没有返混。如果各支路之间的转化率
不同，就会出现不同转化率的物流相互混合，
即不同停留时间的物流的混合，就是返混。
因此应当遵循的条件：
1 2
VR1 : VR 2 V01 : V02
2. 全混流反应器的并联操作
多个全混流反应器并联操作时，达到
相同转化率使反应器体积最小，与平推流并
联操作同样道理，必须满足的条件相同。
x 1 A xA c A0 x A c A0 x A A 1 xA kcA k 1 xA kcA0 1 A xA
xA 1 A xA kcA0 1 xA
变容一级不可逆反应:
变容二级不可逆反应:
c A0 x A 2 kcA
VR V0 cA 0
xA
0
0.8 dxA V0 cA0 0 kcA
化学反应工程备课-第三章
非理想流动模型
偏离活塞流的产生的原因： ——涡流、湍动或流体碰撞 反应器中的填料或催化剂引 起旋涡运动(a) ； ——垂直于流体流动方向截 面上的流速不均匀(b)；
——填料或催化刑装填不均 匀引起的沟流或短路(c)；
——存在死角。
偏离全混流的几种情况 ——搅拌不均匀造成死角(a)； ——进、出门管线设置不好引起短路(b)； ——搅拌造成再循环。
（2）浓度效应 ——主反应级数大于副反应级数，即需要cA高时，可以采用 活塞流反应器(或间歇反应器)；或使用浓度高的原料，或采用 较低的单程转化率等
——主反应级数小于副反应级数，即需要cA 低时，可以采用全 混流反应器；或使用浓度低的原料(也可加人情性稀释剂，也 可用部分反应后的物料循环以降低进料中反应物的浓度)；或 采用较高的转化率等。
设计和优化的基础。
反应器就流体的返混情况而言，抽象出两种极限的情况： （1）完全没有返混的活塞流反应器——实际生产中的多数管 式反应器及固定床催化反应器。 （2）返混达到极大值的全混流反应器——多数槽式反应器。
流动模型概述
（1）间歇反应器 反应物料间歇加入与取出，反应物料的温度、浓度等操作
参数随时间而变，不随空间位置而变，所有物料质点在器内 的反应时间相同。
——对复合反混中的平行反应，若主反应级数低于副反应级 数，对复合反应中的连串反应选择率下降。若主反应级数高 于副反应级数，返混使主产物选择率下降，返混使主产物选 择率提高。
——对复合反应中的连串反应，返混使反应物浓度降低，产 物浓度提高，因而使主产物的选择率下降。 （2）逗留时间分布 ——逗留时间分布密度
全混流反应器中由于返混，整个反应器的推动力等于出口处反 应推动力。
——如果在相同温度、相同进、出口浓度， CA0、CAf 、 CA*相
4.1化学反应工程基础(2)
1 1 1 C Af 2
理想流动和理想反应器的设计
例：在一容积为2.5M3的间歇搅拌釜中进行均相反应A＋B→P，
反 应 维 持 在 75℃ 等 温 操 作 ， 实 验 测 定 反 应 速 率 为 ： (rA=kCACB ) (kmol/l*s), k =2.5 (l/kmol*s)。当反应物A和B的 初始浓度均为CA0 =CB0 = 6（mol/l）,A的转化率为XA =0.9时， 该间歇搅拌釜每批可处理反应物A 为 7.536 kmol，每批操作 的辅助时间为6 min。今若把反应移到一个管内径为100 mm 的理想管式反应器中进行，假定仍维持在 75℃等温操作，且 处理量与所要求达到的转化率不变，求所需管式反应器的长
结论： (1) 等体积下，xA(PFR)> xA (CSTR)
(2) 高级数的反应，返混对xA影响显著
例2 ：
等温下在体积为VR的间歇反应器中，进行2级反 应A→R，t =2h时， xA=0.8 (1) 若改在CSTR中进行，τm =2h， xA=？ (2) 若改在CSTR中进行， xA=0.8 ，采取何措施？
dC
A
/C
n A
xAf / rAf
dx
A
/ rA
S I / S II
多级串联理想混合反应器
CA0－CAf分成几级降低，增大了浓差推动力
理想流动和理想反应器的设计
多级串联理想混合反应器
将数个体积相等（或不相等）的理想混合反应器串联起来操作。 假定反应在恒容稳态下进行，且各级反应器之间不存在返混，则可对第I级 反应器中的A组份列出下面的物料衡算式：
1
理想流动和理想反应器的设计
2．图解法
四种计算情况：
六、理想反应器的组合
（a） cA
O （b） xA,f xA
图4.23 PFR与CSTR的性能比较
根据CSTR和PFR的基本设计式，可得
τ c = Vc = x A,f /(−rA )
τ p Vp
∫ dx xAf A 0 (−rA )
对等温恒容过程:
(-rA) = kcAn = kcA,0n(1 - xA)n
当n=1时
2.反应器的选择
(1)简单反应
选择单个反应器或组合反应器时，应使所需总反应体积最小。在
温度一定时，一般可根据反应速率与浓度曲线形状采用不同的反应
器。
(- rA)
1
(− rA )
O
(- rA)
cA
O
xA,f xA
图4.27 1/(-rA)随xA单增选PFR最佳
1
(− rA )
O
cA
O
xA,f xA
当进出口物料组成相同且操作温度相 同时，总体积为V的N个CSTR并联操 作与一个体积为V的单个CSTR处理物
料量相同。
qV,0 cA,0
(qV,0)2
cA,f xA,f
cA,2 V2 xA,2
图4.19 全混流反应器并联操作
(2)串联操作
cA,0 xA,0 qV,0 qn,A,0
cA,1 xA,1 qn,A,1
V1
cA,2
V1
xA,2 qn,A,2
V2
cA,N-1
…
xA,N-1
qn,A,N-1
cA,N
V1
xA,N qn,A,N
VN
图4.20 全混流反应器串联操作
各釜中反应物的浓度分布如 图4.21，且都高于单级操作 时的浓度(最后一釜除外)，
理想反应器CSTR-1..
i
c Ai x Ai
N
c AN
x Ai1
x AN
N i
设每个反应器的空时为τi，则总空时为： 对任意i釜A组分的物料衡算（恒容系统）：
i
进入量 - 排出量 - 反应量 = 累积量
v0cAi1 FAi1
v0c Ai FAi
rA irA i Vi
★ 如果多釜与单釜具有相同的生产能力和转化率，多釜
串联的反应器总容积必定小于单釜。串联级数越多，所 需体积愈小，过程愈接近活塞流（PFR）和分批式反应 器。 Return
多釜串联反应器的设计方法 ①解析法：
c A0 x A0 0 FA 0 v0
1 2
c A1 x A1
c A2 x A2
cAi1
对第一个釜有
V1 C A,0 C A1 1 v0 k1C A1
V1 C A,0 C A1 1 v0 k1C A1
则i釜：
C A0 C A1 1 k1 1
C A ,i C A,i 1
1 1 k i i
该式前面已推导过！
同理得串联的N釜设计方程：
C A2
C A, N C A0
1 k i N 1 k i
1
N
1
或 : x A, N 1
总容积为：V=N· Vi=N·τi· v0
例 题
例题8 在两釜串联的全混流反应器中，用已二酸和已二醇生
产醇酸树脂，在第一釜中已二酸的转化率为60%，第二釜中 它的转化率达到80%，反应条件和产量如下：
C A0 C A1 1 k2 2 1 k1 1 1 k2 2
C A3
C A0 C A2 1 k3 3 1 k1 1 1 k2 2 1 k3 3
全混流反应器 ppt课件
( rA )
如进入反应器时还有一定转化率x0,出口为xf
V R Q 0 C A 0 ( 1 x ( 0 ) r A ) C A 0 ( 1 x f) Q 0 C A ( 0 ( r x A f) x 0 )
全混釜反应器体积计算
VR
Q0(CA0 CA) (rA)
Q0CA0xA (rA)
t
d C C A 0
A
CA rA
全混流反应器所需空时：
τ = 面积CA0DBCA=
CA0CABCAC Ar0AC CA A
全混流反应器的容积效率：
说明容积效率 可以用时间比 空时的原因
t
A矩 B曲形C线A0下 DB阴CA的 影面 部积 分面 1.0积
对于n>0的不可逆反应，CSTR的容积效率η均小于1，这 是由于“返混”造成的稀释效应使全混流的反应器的容积 效率小于1，也就是说全混流反应器的有效容积将是分批 式反应器的1/η倍，但要注意间歇式操作的非生产性时间t0
[A进入量]=[A出VR量]+[反应掉量]+[累积量] Q0CA0 = Q0CA + VR(-rA) + 0
Q0
Q0
V RQ 0C A ( 0 rA Q )0C AQ 0(C ( A 0 rA )C A)
c A0
cA
Vr
Q 0C A 0 C A 0(1xA)fC A 0 Q 0xAf
( rA )
★依此类推，一直到第N釜出口转化率xA,N等于或大于 所要求的转化率xAf为止。则所得斜线数目即为反应 器釜数。
M -rA
xA-(-rA)动力学线
第二釜物料衡算线
P1
斜率：CA0/τ
P2
P3
化学反应工程-11-第三章-均相非理想流动反应器
F (θ ) = F (t )
三、E (θ ) ~ θ 的特征
⑴存在一个最大值 E (θ )max
求最大值：
NN E (θ ) = θ N −1e − Nθ (N − 1)! dE (θ ) =0 dθ
NN dE (θ ) = θ N − 2 ⋅ (N − 1)e − Nθ − Nθ N −1e − Nθ dθ (N − 1)!
总结：
N =1 时
N =∞ 时
σ θ2 = 1
σ θ2 = 0
(CSTR )
(PFR )
例1有一管式反应装置经脉冲示踪法实验测得如下表所示的 数据： υ 0 = 0.8 m 3 / min , m = 80 kg
t (分)
CA kg / m3
0
2 6.5
4 12.5
6 12.5
8 10.0
10 5.0
示踪物作脉冲输入，根据以前知识，CA具有以下形式：
0 CA = ?
t < tP = t ≥ tP
(1 − f m )VR
v0
某时刻t时，对CSTR，对A作物料衡算
dn A dt dC A − υ 0 C A = f mVR dt M t = t P CA = f mV R v0 ⋅ 0 = v0 ⋅ C A +
t = tP t ≠ tP
对1、2、3三点作物料衡算 、 、 三点作物料衡算
I m v0 C Am + (1 − I m )v0 C AP = v0 C A
C A = I m C Am + (1 − I m )C AP
∞ E (t ) = 0
t =t = t≠t
f PV R v0
组合反应器设计
化学反应工程论文组合理想反应器的进展目录前言 (2)第一章理想反应器的基本模型 (3)1.1间歇反应器（BR） (3)1.2全混流反应器（CSTR） (4)1.3活塞流反应器（PFR） (5)第二章组合理想反应器模型 (6)2.1理想反应器的串联 (6)2.2 理想反应器的并联 (9)2.3理想反应器的各种组合 (10)第三章理想反应器的选择应用 (11)3.1单一反应 (11)3.2自催化反应 (11)3.3复合反应 (12)3.3.1平行反应 (12)3.3.2连串反应 (14)第四章小结 (15)参考文献 (16)前言化学工业中的工艺过程一般包括原料预处理、化学反应、产物分离和精制等操作。
化学过程的典型流行图为：原料→分离过程→反应过程→分离过程→产品+副产品显然，在此过程中，反应过程是实现增值的关键步骤，最重要的部分是反应系统。
但是，在一般的化工过程中，反应器极其附属设备的总投资和运行成本只占过程总成本的10%～25%，分离单元的设备投资和运行成本则占较大比重。
所以，如果反应过程过程能使用含杂质原料而无需提纯或者反应过程中不产生副产物，就比使用高效分离设备在经济上更合算。
另外，反应器运行的好坏会明显影响分离单元的运行情况和运行成本。
因此反应器设计和操作的好坏在很大程度上会左右全过程的经济性。
工业反应过程的优化包括反应器的优化设计和优化操作两方面。
在化工生产装置中，反应器的投资虽只占装置总投资的一小部分，但却是化工生产的核心。
化工过程开发的研究工作，在一定程度上往往是针对化学反应过程进行的，如反应器的选型，条件的优化和放大等等。
开发设计反应器主要以下三个任务：（1）优化动力学特性，选择合适的反应器类型。
（2）结合动力学和反应器的特性，确定操作方式和优化操作条件。
（3）根据产量对反应装置进行设计计算，确定反应器的几何尺寸，进行评价。
反应器设计涉及以下基础方程式：1.动力学方程式：描述反应器内体系的温度、浓度（或压力）与反应速率的关系；2.物料衡算方程式；3.热量衡算方程式。