第六章 连续式操作反应器
气液反应和反应器
M ;η = th M a
L
1 , 很小,反应既在液膜,又扩散 很小,反应既在液膜, M th M
至液相主体中进行. 至液相主体中进行.
6-7
一级不可逆反应
aM 1 ;η = , β= a M M +1 a M M +1
L L L
③缓慢反应( M << 1 ) 缓慢反应(
Vk ∵a M = k
1
(6(6-46)
6-8
不可逆瞬间反应
2,临界浓度 (C BL ) C :
(C ) :反应面为界面时的 C ,即吸收速率最大时的 C
BL C
BL
BL
当CBL 当 CBL
反应面趋向于界面, ↑ 时,δ ↓ δ ↑ ),反应面趋向于界面,β ↑ ;N ↑ (
1 2
A
反应面到达界面, 反应面到达界面, ↑ 至δ = (δ = δ )时, 0
界面上吸收速率(扩散速率): 界面上吸收速率(扩散速率):
N
A
= D
AL
dC dx
A x=0
6-7
1,
一级不可逆反应
kC β =N =
L Ai A
kC
L
Ai
M [ M (a 1) + th M ] 6-36) ( 36) (a 1) Mth M +1
L L
β =
A
M [ M ( a 1) + th M ] ( a 1) M th M + 1
i i
0
i
(6-6)
p H = M E
i
(6 7) ;
i
6-1 气液相平衡
的关系: 2,E , H 与 T, P的关系:
反应器基本理论课件
• 反应器概述 • 反应器的基础理论 • 反应器的类型与选择 • 反应器的操作与优化
反器概述
01
反应器的定义和分类
分类
连续反应器（Continuous Reactor）：反应物以稳定流速连 续加入，产物也连续流出。
定义：反应器是一种用于进行化 学反应的设备或系统，通过控制 反应条件来促进化学反应的进行， 并获取所需的产物。
批式反应器（Batch Reactor）： 反应物一次性加入，反应完成后 产物一次性取出。
半连续反应器（Semi-Batch Reactor）：反应物一部分连续加 入，一部分批次加入。
反应器在化工流程中的地位
01
02
03
核心设备
反应器是化工流程中的核 心设备之一，直接影响产 品质量和生产效率。
反应条件控制
评估指标
评估反应器性能的主要指标包括反应器的转化率、选择性、产率等。此外，还需关注反应器的能耗、设备寿命、 操作稳定性等方面的指标。在实际应用中，需根据具体反应体系和需求，综合权衡各方面因素，选择最适合的反 应器类型和设计参数。
04
反器的操作
化
反应器的稳态操作
稳态操作定义
指的是反应器在连续、稳 定的状态下进行操作，各 参数不随时间变化。
适用场景
非均相反应器适用于涉及固-液、固气等反应体系的反应过程，如催化裂 化、气体吸附等。
反应器的选择与评估
选择因素
在选择反应器时，需要考虑反应物的性质、反应条件、产物要求等因素。例如，对于快速反应，宜选择均相反应 器；对于慢反应，宜选择非均相反应器。同时，还需考虑反应器的传热、传质性能，设备的投资与运行成本等因 素。
非理想流动模型
分析实际反应器中可能出现的非理想流动现象，如返混、死区等， 以及这些现象对反应器性能的影响。
连续流反应器原理
连续流反应器原理今天咱们来聊聊连续流反应器这个超有趣的东西。
你可以把连续流反应器想象成一个超级忙碌的小工厂，原料就像一群小蚂蚁，排着队一个接一个地进去，然后经过各种奇妙的变化，变成我们想要的产品再源源不断地出来。
从本质上来说呢，连续流反应器就是一种让反应连续进行的装置。
它不像那种传统的间歇式反应器，间歇式的就像是咱们做饭，一锅一锅地做，做完一锅得停下来再做下一锅。
而连续流反应器呢，就像是一条流水生产线，原料不间断地流入，反应一直在进行，产品也不停地产出。
在这个小世界里，流体的流动可是关键中的关键哦。
就好像是水流在管道里流动一样，原料流体在反应器里有着自己独特的流动路径。
有时候是平平稳稳地直线向前，有时候呢，可能会有一些小小的漩涡或者弯曲的路径。
这流体的流动速度也很有讲究呢。
如果流得太快，就像小朋友着急跑出去玩一样，原料在反应器里还没来得及好好反应就跑出去了，那产品的质量可就不咋地啦。
但要是流得太慢呢，就像乌龟慢悠悠地爬，效率又太低啦，大家都在等着产品出来呢，这样可不行。
连续流反应器里面还有很多神奇的“魔法区域”呢。
比如说有专门让原料混合的地方，这就像是一场盛大的舞会，不同的原料分子在这里相遇、牵手，然后开始它们的反应之旅。
这个混合可不能马马虎虎哦，得混合得非常均匀才行。
要是混合不均匀，就像舞会上有的小伙伴自己在角落里孤单地待着，没有找到舞伴，那反应就不能很好地进行啦。
而且啊，连续流反应器还特别擅长控制反应的条件。
温度、压力这些因素就像是这个小工厂的小气候一样。
它能把温度控制得非常精准，就像我们家里的空调，想让房间多少度就多少度。
如果是需要高温反应的，它就能保持高温，让原料在合适的温度下欢快地反应；如果是低温反应，它也能把温度降得很低，让那些怕热的反应顺利进行。
压力也是一样的道理，该增压的时候增压，该减压的时候减压，就像给这个小工厂的小世界打造了一个专属的气候环境。
再说说这个反应器的大小和形状吧。
化学工程领域中的反应器设计技术应用方法
化学工程领域中的反应器设计技术应用方法反应器是化学工程领域中非常重要的设备，它用于控制和促进化学反应的进行。
反应器的设计对于反应的效率、产品的质量以及设备的可持续性起着至关重要的作用。
在化学工程领域中，有许多不同类型的反应器设计技术应用方法，每种方法都具有其独特的特点和适用性。
本文将介绍几种常见的反应器设计技术应用方法及其在化学工程领域的应用。
首先，我们来介绍一种常见的反应器设计技术——连续流反应器（CSTR）的应用。
连续流反应器是一种将反应物持续加入反应器中，同时将产物连续排出反应器的设计。
它具有稳定、可控性好的优点，适用于体积大、产量高的化学工程反应。
例如，在生产中的化学反应过程中，连续流反应器通常被用于生成大量的中间体或最终产品。
该技术能够实现反应物的持续加入和产物持续排出，提高了反应的效率和产量，同时也减少了产品的污染和残留物的产生。
另外，选择性催化反应器也是化学工程领域中常用的一种反应器设计技术应用方法。
选择性催化反应器通过选择性地控制反应条件和催化剂的选择，实现对目标产物的高选择性转化。
这种技术通常应用于合成医药品和精细化工品等需要高纯度产物的生产过程中。
例如，在合成某种特定医药品的反应中，选择性催化反应器可以限制副反应的发生，提高目标产物的产率和纯度。
这种反应器设计方法在化学工程领域中得到广泛应用，对提高产物质量具有重要意义。
此外，还存在一种常用的反应器设计技术——批量反应器的应用。
批量反应器是反应物分批添加到反应器中，然后等待反应完成后一次性取出反应产物的设计。
这种设计技术适用于小规模实验室中的化学反应以及某些特定的反应条件下。
批量反应器的优点是操作简单、容易控制，适用于反应物种类多样、反应条件多变的情况。
例如，在新药研发过程中，批量反应器常常用于探索合成路径、确定反应底物的最佳配比、优化反应条件等。
批量反应器设计技术的灵活性和实验性质使其在化学工程领域中得到广泛使用。
最后，我们来介绍一种先进的反应器设计技术——微流控反应器的应用。
生化反应工程试题库
试题库结构章节 试题分布名词解释 数学表达式 简答题图形题推导题判断题 计算题合计第一章 0 0 9 0 0 0 0 9 第二章 0 0 11 0 0 0 2 13 第三章 1 3 9 3 11 4 2 33 第四章 1 11 6 7 1 11 14 51 第五章 3 1 7 8 2 0 13 34 第六章 6 0 6 2 0 0 0 14 第七章 2 2 2 2 0 0 13 21 第八章 0 0 36 0 0 0 2 38 合计 13 17 86 22 14 15 46 213一、名词解释[03章酶促反应动力学]酶的固定化技术：[04章微生物反应动力学]有效电子转移：[05章微生物反应器操作]流加式操作：连续式操作：分批式操作：[06章生物反应器中的传质过程]粘度：牛顿型流体：非牛顿型流体塑性流体假塑性流体胀塑性流体[07章生物反应器]返混：停留时间：二、写出下列动力学变量（参数）的数学表达式[03章酶促反应动力学]1. Da准数：2. 外扩散效率因子：3. 内扩散效率因子：[04章微生物反应动力学]1. 菌体得率：2. 产物得率：3. 菌体得率常数：4. 产物得率常数：5. 生长比速：6. 产物生成比速：7. 基质消耗比速：8. 生长速率：9. 产物生成速率：10. 基质消耗速率：11. 呼吸商：[05章微生物反应器操作]1. 稀释率：[07章生物反应器]1. 停留时间：2. 转化率：三、简答题：[01章绪论]1．什么是生物反应工程、生化工程和生物技术？2．生物反应工程研究的主要内容是什么？3．生物反应工程的研究方法有哪些？4．解释生物反应工程在生物技术中的作用。
5. 为什么说代谢工程是建立在生化反应工程与分子生物学基础之上的？6. 何为系统生物学？7. 简述生化反应工程的发展史。
8. 如何理解加强“工程思维能力”的重要性。
9. 为什么在当今分子生物学渗入到各生物学科领域的同时，工程思维也成为当今从事生物工程工作人员共同关注的话题？[02章生物反应工程的生物学与工程学基础]1. 试说明以下每组两个术语之间的不同之处。
连续流反应器是什么
微反应器已经被大量应用于精细化学品、生物医药和纳米材料制备并实现了工业应用。
其在几十微米到几千微米尺度上控制流动、传递和反应过程，具有极高的混合、传热、传质效率。
微反应器内传热／传质系数较传统化工设备大１～３个数量级，特别适合于快速反应、高放热反应等。
通过微设备的串并联组合，还可以实现不同反应或分离功能的模块化集成。
微反应器技术在学术界和工业界都引起了极大的关注。
我们知道微反应器从本质上讲是一种连续流动的管道式反应器；反应器中的微通道利用精密加工工艺制造而成!特征尺寸通常在微米级别。
由于微反应器内工艺流体的通道尺寸非常小相对于常规管式反应器而言其比表面积体积比非常大。
因此微反应器具有极高的混合效率，（毫秒级范围实现径向完全混合）、极强的换热能力（传热系数可达25000W/m2.K）传热和极窄的停留时间分布（基本接近平推流）其实,对于微反应技术相对于常规反应器的优势在文献中已有不少详尽的描述。
具体到香料合成方面的应用，具有完全不同于常规反应器结构特征的微反应技术有以下几个突出的优势：1、微反应器技术可以实现反应物料的瞬间的混合和对反应工艺参数（如温度压力和反应时间等）的精确控制，可以提高反应的收率和选择性；2、实现过程的连续化和自动化控制。
从而提升工艺稳定性并确保产品质量；3、在线反应体积小保证了化学反应的安全性。
此外微反应技术消除了过程放大效应，小试工艺的最佳反应条件可以直接用于工业生产，大大缩短了工艺研发时间。
连续流反应器有着高速混合、高速传热以及反应物停留时间的窄分布、重复性好、系统响应迅速便于操作、原料使用少的特点。
据统计，在精细化工反应中有大约20%的反应可以通过微反应技术在收率、选择性或安全性方面得到提升。
微反应技术在全世界范围内香料工业研发和生产上的应用正日益增多，在可以预见的未来，这一技术必将得到广泛应用。
上海惠和化德生物科技有限公司，是一家专注于微反应器连续工艺开发及工业化的创新性高科技公司。
第六章 连续式操作反应器
一、单级CSTR的生化反应特征 单级CSTR的生化反应特征 CSTR
1、酶促反应的单级CSTR的反应方程 对均相的酶促反应，且反应符合M-M的动力学方程，则：
τm =
CS 0 − CS CS 0 − CS = rmax ⋅ CS rS K m + CS
CS 0 − CS rmax ⋅τ m = (CS 0 − CS ) + K m CS
dC P dC P VR = V0 ⋅ C P 0 − V0 ⋅ C P + VR dt dt 生成
dC P =0 dt
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第6章 >> 6.2 连续完全返混型反应器（CSTR） 连续完全返混型反应器（CSTR）
XS CS 0 2 rmax ⋅τ m = CS 0 ⋅ X S + K m + XS − XS 1− X S KI
P163式6-9
2
(
)
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第6章 >> >> 6.2 连续完全返混型反应器（CSTR） 连续完全返混型反应器（CSTR）
一、单级CSTR的生化反应特征 单级CSTR的生化反应特征 CSTR
V R = V L + VS
τ m = τ L +τ S
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τ L = ε Lτ m
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第6章 >> >> 6.2 连续完全返混型反应器（CSTR） 连续完全返混型反应器（CSTR）
化学工程中的化学反应器与反应条件
化学工程中的化学反应器与反应条件化学反应器是化学工程中最重要的设备之一，它用于进行化学反应并控制反应条件。
化学反应器的设计和操作对于提高反应效率、降低能源消耗和减少环境污染具有重要意义。
本文将探讨化学反应器的类型以及反应条件的选择。
一、化学反应器的类型化学反应器的类型多种多样，常见的有批式反应器、连续流动反应器和半批式反应器。
1. 批式反应器批式反应器是最简单的一种反应器，反应物在容器中进行反应，反应完成后才进行下一步操作。
批式反应器适用于小规模生产和实验室研究，但由于需要等待反应完成，生产效率较低。
2. 连续流动反应器连续流动反应器是一种连续进行反应的反应器，反应物在反应器中不断流动，反应产物随流动物体一起离开反应器。
连续流动反应器适用于大规模生产，具有高生产效率和稳定性。
3. 半批式反应器半批式反应器是批式反应器和连续流动反应器的结合体，反应物在反应器中进行反应，但反应完成后只有一部分产物离开反应器，剩余反应物继续在反应器中进行反应。
半批式反应器适用于中等规模的生产，兼顾了反应效率和生产稳定性。
二、反应条件的选择化学反应器的反应条件对于反应效果和产物质量具有重要影响，常见的反应条件包括温度、压力、反应物浓度和催化剂选择等。
1. 温度温度是化学反应中最常用的反应条件之一。
温度的选择取决于反应的热力学性质和反应速率。
通常情况下，提高温度可以加快反应速率，但过高的温度可能导致产物分解或副反应的发生。
因此，在选择反应温度时需要综合考虑反应速率和产物稳定性。
2. 压力压力对于气体相反应具有重要影响。
增加压力可以增加气体分子之间的碰撞频率，从而提高反应速率。
此外，高压下气体溶解度较低，有利于分离和提纯产物。
但过高的压力可能导致设备成本增加和操作难度增加，因此需要在经济和技术条件下选择适当的压力。
3. 反应物浓度反应物浓度对反应速率和产物选择性具有重要影响。
通常情况下，增加反应物浓度可以提高反应速率，但过高的浓度可能导致副反应的发生。
连续式操作反应器
CS CX DCX
CX
DCX CS
Dopt
Dc D(h-1)
从上图看出：
1）在一定的稀释率下，微生物细胞生产强度(生长速率）（DCX）, 随着稀释率（D）增大而增大，当达到一定的稀释率后，其细胞 生产强度随着稀释率增大而降低。
2）稀释率在一定范围内变化，细胞浓度（CX）和底物浓度（CS）变 化很小。当增大到一定程度，其变化迅速增加。
3）稀释率增大到一定程度时，微生物细胞冲出，罐内菌体浓度为 零，底物浓度等于初始浓度，此时的稀释率称临界稀释率 （DC）。
4）对细胞生产强度而言，有一个最佳稀释率（D0pt），即细胞生 产强度最高。
5）稀释率越小，底物浓度越低，细胞产率越高（转化率高）。
单罐连续发酵（培养），当转化率要求不高时，可以使用。 如果既要转化率高，又要细胞生产强度高，单罐连续发酵就满足不了 这个条件。 如何设计才能使转化率和生产强度都高，用多级串联连续就能解决这 个问题，一般用两个罐就可满足生产要求，第一个罐用作提高生产强 度，第二个罐用作提高转化率。
CX ,opt YX S CS 0 KS KS (CS 0 KS 最大生产强度:
（PX
)opt
D C 0 pt X .opt
YX
C S max S 0
KS CS0 CS 0
KS CS 0
2
二、两级串联连续发酵（培养）
F
F
CSo
CS1
F
CXo
CS2
μ1CX1V1 CS1
CX1
第一节 酶反应连续操作反应器 （1 ）全混合式反应器（CSTR）
对底物的物料衡算式有：
V
0
cS
0
V
0
cS
连续操作管式反应器
1 k
CA0 xA
一级反应：
rA kCA kCA0 1 xA
1 ln 1 1 ln CA0
k 1 xA k CA
二级反应：
rA kCA2 kCA02 1 xA 2
CA0
xA
dxA
0 kCA02 (1 xA )2
xA
FA (FA dFA ) (rA ) dVR 0
VR FA0
dx xAf
VR V0
cA0
dx xAf
A
xA0 (rA )
τC：空时，为反应器有效体积与物料初始进料的体积流量的比值，h τ：停留时间，为反应器有效体积与反应器内物料的体积流量的比值。
管式反应器的结构 管式反应器的计算
管式反应器的结构
在化工生产中，连续操作的长径比较大的管式反应器可以近似看 成是理想置换流动反应器。
它既适用于液相反应，又适用于气相反应。由于PFR能承受较高的 压力，用于加压反应尤为合适。具有容积小、比表面大、返混少、反 应参数连续变化、易于控制的优点，但对于慢速反应，则有需要管子 长，压降大的不足。
1( 1 1 )
kCA0 (1 xA' ) k C'A CA0
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。
制药设备题1参考答案
制药设备与工艺设计练习一参考答案一、名词解释1.粉碎是制药生产中的基本操作之一，也是药剂制备的基础。
是借机械力将大块固体物料制成适宜程度的碎块或细粉的操作过程，也可以借助其他方法将固体药物粉碎成微粉的操作。
2.连续式操作反应器，是一边不断向反应器供给反应物，一边连续排出反应产物。
连续操作中反应条件即系统的状态处于恒定态，反应器内同一部位的如温度、压力和浓度等操作参数均不随时间发生变化。
从产物生成的速率来讲，这种反应器的生产能力最大。
3.真空冷冻干燥是将物料或溶液在较低的温度（-10~-50℃）下冻结成固态，然后在真空下将其中水分不经液态直接升华成气态而脱水的干燥过程。
真空冷冻干燥在医药、食品、材料等方面的应用十分广泛。
4.生产工艺流程设计就是如何把原料通过化工过程和设备，经过化学或物理的变化逐步变成需要的产品，即化工产品。
或者说，是通过图解的方式体现出如何由原料变成产品的全部过程的设计。
5.物料衡算是医药工艺设计的基础，根据所需要设计项目的年产量，通过对全过程或者单元操作的物料衡算计算，可以得到的单耗[生产1kg产品所需要消耗原料的质量(单位：kg)]、副产品量以及输出过程中物料损耗量和三废生成量等，使设计由定性转向定量。
6.摩尔分数是混合物中某组分的物质的量与混合物的物质的量之比。
7.GMP，即药品生产质量管理规范，是药品生产质量管理的基本准则，适用于药品制剂生产的全过程和原料药生产中影响成品质量的关键工序。
GMP要求硬件设施即：厂房、设施、设备以及与产品相适应的洁净环境达到国家规定的要求。
二、填空1.气流粉碎机的优点有：粉碎强度大、产品粒度微细、可达数微米甚至亚微米，颗粒规整、表面光滑；颗粒在高速旋转中分级，产品粒度分布窄，单一颗粒成分多；产品纯度高；适用于粉碎热敏性及易燃易爆物料；可以在机内实现粉碎与干燥、粉碎与混合、粉碎与化学反应等联合作业；能量利用率高。
2.冷冻干燥操作分为冻结（预冻结）、升华干燥、解析干燥三个阶段。
《废水生物处理》(第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器)
第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器
6.1.3 溶解性有机物浓度和生物量
为了计算CSTR反应器内及其出流中的基质浓度，必须知道
H 和SS的函数关系。
把
H
SS
H
K
S
SS
代入6.12，得：
（6.13）
SS
K S (1 / C b H )
H
(1 / C b H )
第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器
6.1.2 模型形式
表6.1 好氧异养菌生长反应动力学中传统模型的化学计量参数 组分a XB,H XD SS
SO
b
过程 生 长 衰 减
过程速率 rj
1 —1 fD
—（1/YH）
（1—YH ）/YH 1—fD
μH· B，H X bH· B，H X
第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器
6.1.3 溶解性有机物浓度和生物量
当反应器内基质浓度与入水流浓度相等时，微生物的生长 速率达到最大：
H
SS0
H
max
K
S
SS0
（6.15）
第六章 单级连续搅拌式生物处理反应器
6.1.3 溶解性有机物浓度和生物量
因此，当方程6.12中的 H 等于方程6.15中的 H max 时，可 以得到最小固体停留时间SRT，即 C min ：
( 1 , 2 ) A1 ( 1) A k ( k 1 , 2 ) A k 1 ( m , 2 ) A m 0 r 2
( 1 , n ) A1 ( k , n ) A k ( k 1 , n ) A k 1 ( 1) A m 0 r n
化工单元操作连续操作釜式反应器的计算
FA0=FA+(-rA)VR
FA FA0 (1 x A )
FA0 xA (rA )VR
FA0 V0cA0
V0 c A0 x Af (rA )VR
V 0 (c A 0 c A ) VR 已有产物 rA
进口中
VR
V0 c A0 x Af rA
V0 c A0 ( x Af x A0 ) rA
任务4 连续操作管式反应器的计算
一、连续操作管式反应器的特点 1. 连续定态下，在反应器各个截面上的各种参数只 是位置的函数，不随时间而变化； 2. 反应器内浓度、温度等参数随轴向位置变化，故 反应速率随轴向位置变化； 3. 径向具有严格均匀速度分布，径向也不存在浓度 分布； 4. 反应物料具有相同的停留时间。
0
FA△τ
FA+dFA△τ
-rAdVR△τ
FA ( FA dFA ) (rA ) dVR 0
dFA+(-rA)dVR=0 因为
FA FA0 (1 x A )
(-rA)dVR=FA0dxA
VR FA0
xAf
xA 0
dxA (rA )
x Af dx VR A C c A0 xA 0 (r ) V0 A
t c A0
xAf
0
dxA rA
cA0
xAf
0
dxA rA
cA0 xAf rAf
n=1时
v0cA0 xAf v0 xAf VR kcA0 (1 xAf ) k (1 xAf )
v0cA0 xAf v0 xAf xAf 1 n=2时 VR 2 2 2 kcA0 (1 xAf ) kcA0 (1 xAf ) cA0 k (1 xAf )2
反应器介绍(操作方式、操作条件)
反应器介绍简介用于实现液相单相反应过程和液液、气液、液固、气液固等多相反应过程。
器内常设有搅拌（机械搅拌、气流搅拌等）装置。
在高径比较大时，可用多层搅拌桨叶。
在反应过程中物料需加热或冷却时，可在反应器壁处设置夹套，或在器内设置换热面，也可通过外循环进行换热。
反应器的应用始于古代，制造陶器的窑炉就是一种原始的反应器。
近代工业中的反应器形式多样,例如:冶金工业中的高炉和转炉；生物工程中的发酵罐以及各种燃烧器，都是不同形式的反应器。
类型常用反应器的类型（见表）有：①管式反应器。
由长径比较大的空管或填充管构成，可用于实现气相反应和液相反应。
②釜式反应器。
由长径比较小的圆筒形容器构成，常装有机械搅拌或气流搅拌装置，可用于液相单相反应过程和液液相、气液相、气液固相等多相反应过程。
用于气液相反应过程的称为鼓泡搅拌釜（见鼓泡反应器）；用于气液固相反应过程的称为搅拌釜式浆态反应器。
③有固体颗粒床层的反应器。
气体或(和)液体通过固定的或运动的固体颗粒床层以实现多相反应过程，包括固定床反应器、流化床反应器、移动床反应器、涓流床反应器等。
④塔式反应器。
用于实现气液相或液液相反应过程的塔式设备，包括填充塔、板式塔、鼓泡塔等（见彩图）。
⑤喷射反应器。
利用喷射器进行混合，实现气相或液相单相反应过程和气液相、液液相等多相反应过程的设备。
⑥其他多种非典型反应器。
如回转窑、曝气池等。
操作方式反应器按操作方式可分为：①间歇釜式反应器,或称间歇釜。
操作灵活，易于适应不同操作条件和产品品种，适用于小批量、多品种、反应时间较长的产品生产。
间歇釜的缺点是：需有装料和卸料等辅助操作，产品质量也不易稳定。
但有些反应过程，如一些发酵反应和聚合反应，实现连续生产尚有困难，至今还采用间歇釜。
间歇操作反应器系将原料按一定配比一次加入反应器，待反应达到一定要求后，一次卸出物料。
连续操作反应器系连续加入原料，连续排出反应产物。
当操作达到定态时，反应器内任何位置上物料的组成、温度等状态参数不随时间而变化。
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2012-1-3
第6章 >> 6.2 连续完全返混型反应器（CSTR） 连续完全返混型反应器（CSTR）
一、单级CSTR的生化反应特征 单级CSTR的生化反应特征 CSTR
2、细胞反应的单级CSTR的反应特征 、细胞反应的单级 的反应特征 1）细胞在单级CSTR中的质量平衡式为 ）细胞在单级 中的质量平衡式为: 中的质量平衡式为 流入-流出+生长=累积 即:
2、细胞反应的单级CSTR的反应特征 2）对单级CSTR进行底物的质量平衡
单级CSTR在稳定状态下，有:
dC S dt =0
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一、单级CSTR的生化反应特征 单级CSTR的生化反应特征 CSTR
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一、单级CSTR的生化反应特征 单级CSTR的生化反应特征 CSTR
2、细胞反应的单级CSTR的反应特征 3）对单级CSTR进行产物的质量平衡，有: 流入-流出+生成=累积 单级CSTR在稳定状态下，有:
dC P dC P VR = V0 ⋅ C P 0 − V0 ⋅ C P + VR dt dt 生成
dC P =0 dt
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dVR =0 dt
dcs = D(Cs 0 − Cs ) + rs dt
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一、单级CSTR的生化反应特征 单级CSTR的生化反应特征 CSTR
一、单级CSTR的生化反应特征 单级CSTR的生化反应特征 CSTR
2、细胞反应的单级CSTR的反应特征 单级CSTR的反应过程中处于稳定状态下，有: 的反应过程中处于稳定状态下， 单级 的反应过程中处于稳定状态下
dc X = ( µ − D)c X (C X 0 = 0) dt
µ max ⋅ C S
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一、单级CSTR的生化反应特征 单级CSTR的生化反应特征 CSTR
2、细胞反应的单级CSTR的反应特征 2）对单级CSTR进行底物的质量平衡，有: 流入-流出-消耗=累积 即:
dC VR S dt = V0 ⋅ C S 0 − V0 ⋅ C S − VR rs
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6.1 概述
二、理想流动反应器的模型方程
1、CSTR基本设计方程 、 流入速率=流出速率+反应 消耗速率+累积量 对底物S的物料衡算式：
V0，CS0，CX0
VR，CS，CX
V0 ⋅ CS 0
dcs = V0 ⋅ CS + VR ⋅ rS + VR dt
一、连续操作的特点
1、连续操作的生物反应器类型？ 、连续操作的生物反应器类型？
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第6 章
连续式操作反应器>> 6.1 概述 连续式操作反应器>>
一、连续操作的特点
2、连续操作的特点？ 、连续操作的特点？
dx ds dp µ = D, = 0, = 0, = 0 dt dt dt
或
XS rmax ⋅τ m = CS 0 ⋅ X S + K m 1− X S
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连续完全返混型反应器（CSTR） 6.2 连续完全返混型反应器（CSTR）
一、单级CSTR的生化反应特征 单级CSTR的生化反应特征 CSTR
1、酶促反应的单级CSTR的反应方程 ◆ 以同样的方法可得到 竞争性抑制的酶促反应的反应时间与 转化率的关系式
生化工程电子教案
化学与生命科学学院
第6章
概述
连续式操作反应器
连续操作搅拌式反应器（CSTR） 连续操作搅拌式反应器（CSTR） 连续操作管式反应器（CPFR） 连续操作管式反应器（CPFR） 膜式酶反应器 半间歇半连续操作的生化反应器
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第6 章
连续式操作反应器>> 6.1 概述 连续式操作反应器>>
CPFR：在反应器内组分浓度逐渐降低，微元体在反 应器中的停留时间相同，返混为零。见P162图6-6A 实际的连续操作生物反应器能否达到最理想？？
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.2连续完全返混型反应器 CSTR） 连续完全返混型反应器（ 6.2连续完全返混型反应器（CSTR）
图解法 161图6-3
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6.1 概述
dVR cS+dcS
二、理想流动反应器的模型方程
2、CPFR基本设计方程 、 对底物S的物料衡算式： cs0 V0 cs V0
csf V0
dcs V0 ⋅ C S = V0 ⋅ (C S + dcs ) + dVR ⋅ rS + dVR dt 在连续稳定态时， dc s = 0 − V0 dc s = rs dV R dt
V0，CS，CX
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6.1 概述
二、理想流动反应器的模型方程
1、CSTR基本设计方程 、
V0 ⋅ CS 0 = V0 ⋅ CS + VR ⋅ rS + dcs VR dt
在连续稳定态时，
dc s =0 dt
VR CS 0 ⋅ X S CS 0 − CS τm = = = V0 rS rS
dC VR X = V0 ⋅ C X 0 − V0 ⋅ C X + VR rX dt dc x = D(C X 0 − C X ) + rX dt
定义单级CSTR的稀释速率，稀释速率的单位为1/h，
V0 D= VR
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第6章 >> 6.2 连续完全返混型反应器（CSTR） 连续完全返混型反应器（CSTR）
如何得到最大细胞产率？？
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一、单级CSTR的生化反应特征 单级CSTR的生化反应特征 CSTR
2、细胞反应的单级CSTR的反应特征 为求得对稀释速率D的最大的细胞生产能力，令
dPX =0 dD
有最佳的稀释速率
Dopt
= µ max 1 −
KS K S + CS0
C x ,opt = Y X / S [c s 0 + K s − K S (c s 0 + K s ) ]
XS CS 0 2 rmax ⋅τ m = CS 0 ⋅ X S + K m + XS − XS 1− X S KI
P163式6-9
2
(
)
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一、单级CSTR的生化反应特征 单级CSTR的生化反应特征 CSTR
1、酶促反应的单级CSTR的反应方程 ◆ 对固定化酶反应： 对固定化酶反应： P163式6-13 P163 6-13 对底物： V0 cs 0 = V0 cs + (1 − ε L )VRηT rsp 若反应符合M-M动力学
XS rmax ⋅ t a (1 − ε L )ηT = CS 0 ⋅ X S + K m 1− X S
（3）细胞反应的单级CSTR的反应特征 2）对单级CSTR进行底物的质量平衡，有: 且
YX / S
∆C X CX = = − ∆C S C S 0 − C S
则单级CSTR在稳定状态下的底物平衡关系为:
D(C S 0 − C S ) −
1 YX / S
µ ⋅ CX = 0
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XS K C X rmax ⋅τ m = CS 0 ⋅ X S + K m + m S0 S 1− X S KI 1− X S
2
P163式6-10
非竞争性抑制的酶促反应的反应时间与转化率的关系式: ◆ 非竞争性抑制的酶促反应的反应时间与转化率的关系式