§8.3平推流反应器
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第四章 平推流反应器
xA
T2
T0
T2
T
温度对可逆反应的影响
1.对于可逆的吸热反应，提高反应温度不但能提高反应速率，而且还能提高反应的 的平衡常数，所以应在允许的范围内尽可能地提高反应温度。 2.而对于可逆的放热反应，则由于温度的提高将会使平衡常数减小，所以存在最优 操作温度。 例如，对于 A
R
一级可逆反应，若原料为纯物质A，且为恒容过程时，其反应 速率方程式为：
A
R
rA kC A0 1 x A k ' (CR 0 C A0 x A ) E 其中：k k0 exp 1 （正反应速率常数）； RT E k ' k0 ' exp 2 （逆反应速率常数）； RT
将上式对温度T求偏导数，并令其等于零后可解得：
y A0 H r T0 Cp
x A x A0
y A0 H r T0 Cp
T T0 x A x A0
平推流反应器在绝热反应过程中，转化率xA与物系温度 呈直线关系，见下图：
T T0 x A x A0
xA 1.0 ⊿Hr>0 ⊿Hr=0 等温反应 ⊿Hr<0
H RT 2
将动力学常数k，平衡常数K代入速率方程中得：
xA E (1 x ) rA k0 exp C A A0 RT H 1 1 K 0 exp R T T0
将上式代入管式反应器的设计方程中：
Topt
( E2 E1 ) k0 E1C A0 (1 x A ) RIn k0 ' E2 (CR 0 C A0 x A )
平推流反应器教材
38
10/7/2018 17
3.5.1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
设计方程
10/7/2018
18
对器内微元容积dV进行物料衡算， 列出组份A的物料衡算式。 根据衡算的一般形式： 累积量 = 输入量 输出量
10/7/2018
19
单位时间进入的 dV的A的摩尔数 单位时间从dV 单位时间在dV的 流出A的摩尔数 微元A的反应量
A d V V A 0 r FA0 C A0 v0 A
C A0
10/7/2018
xA
0
dx A rA
22
CA 恒容过程 x A 1 C A0
dC A dx A C A0
dC A CA0 rA
CA
x A dx V 1 A 0 r FA0 C A0 C A0 A
t C A0
10/7/2018
xA
0
C A dC dx A A C A0 r rA A
23
恒容过程平推流与分批式完全混合 反应器设计方程完全一致，因此只 要反应是在等温下进行，前一章的 速率式都适用于平推流。
10/7/2018
24
对于变容过程，其反应速率方程中的 各个浓度需同时考虑因化学反应和容 积而改变造成的浓度变化。
1 RT C A0 P
2 1 A 1 1
v FA0 (1 xA ) / CA0
10/7/2018
30
FA FA0 (1 x A )C A0 (1 x A )C A0 CA v FA0 (1 x A ) (1 x A )
V 1 x A (1 xA )dxA v0 k 0 (1 xA )
反应工程第三章 第二节 平推流反应器
VR V0CA0
X Af 0 X Af dx dxA A V0CA0 n 0 rA kCA
若为等容过程
CA CA0 (1 xA ) CA0 dxA dCA
X Af C Af dC dxA A V0 n C A 0 kC n kCA1 (1 xA )n 0 A
VR V0CA0
xAf 0 xAf dx dxA VR A C A0 0 rA V0 rA
(3 14)
n 式中 rA kCA ;
CA CA0 (1 xA )
x Af
间歇反应器
t C A0
0
dxA rA
间歇反应器中的结论完全适用于平推流反应器。
三、等温平推流反应器的计算 等温平推流反应器是指反应物料温度相同，不随流动 方向变化。 n 将 rA kCA 代入式（3－13）
料的温升。 积分 dT dxA
T T0 ( xA xA0 )
当xA0=0
T T0 xA T T0 xA (3 22)
3－4 平推流反应器
一、平推流反应器特点 平推流反应器是指物料的流动状况符合平推流模型，该 反应器称为平推流反应器，常用PFR表示。 平推流模型是一种理想流动模型，所以平推流反应器是 一种理想反应器。 实际反应器中物料的流动，只能以不同的程度接近平推 流，不可能完全符合平推流。
3－4 平推流反应器
(1 S )(eCA0k 1) xAf (1 S )eCA 0k 1
1
rA kC
n A
[1 (1 xAf )n1 ] V0 n VR xAf 1 [1 (n 1)CA1k ]1n 0 n k (n 1)CA1 (1 xAf )n 1 0
X Af 0 X Af dx dxA A V0CA0 n 0 rA kCA
若为等容过程
CA CA0 (1 xA ) CA0 dxA dCA
X Af C Af dC dxA A V0 n C A 0 kC n kCA1 (1 xA )n 0 A
VR V0CA0
xAf 0 xAf dx dxA VR A C A0 0 rA V0 rA
(3 14)
n 式中 rA kCA ;
CA CA0 (1 xA )
x Af
间歇反应器
t C A0
0
dxA rA
间歇反应器中的结论完全适用于平推流反应器。
三、等温平推流反应器的计算 等温平推流反应器是指反应物料温度相同，不随流动 方向变化。 n 将 rA kCA 代入式（3－13）
料的温升。 积分 dT dxA
T T0 ( xA xA0 )
当xA0=0
T T0 xA T T0 xA (3 22)
3－4 平推流反应器
一、平推流反应器特点 平推流反应器是指物料的流动状况符合平推流模型，该 反应器称为平推流反应器，常用PFR表示。 平推流模型是一种理想流动模型，所以平推流反应器是 一种理想反应器。 实际反应器中物料的流动，只能以不同的程度接近平推 流，不可能完全符合平推流。
3－4 平推流反应器
(1 S )(eCA0k 1) xAf (1 S )eCA 0k 1
1
rA kC
n A
[1 (1 xAf )n1 ] V0 n VR xAf 1 [1 (n 1)CA1k ]1n 0 n k (n 1)CA1 (1 xAf )n 1 0
平推流反应器教材课件
案例二
总结词
某高校实验室搭建了平推流反应器实验装置，为研究反应机理和优化反应条件提 供了有力支持。
详细描述
该高校实验室搭建的平推流反应器实验装置具有结构简单、操作方便、稳定性高 等优点。通过实验，研究人员可以更加深入地了解反应机理，探索最佳的反应条 件，为实际生产过程中的优化和控制提供了理论支持。
平推流反应器的优化目标和方法
优化目标
平推流反应器的优化目标主要包括提高反应速度、降低能耗、减少投资成本、降低环境 污染等。
优化方法
优化方法主要包括数学模拟、实验研究和混合模拟等方法。其中，数学模拟可以通过对 反应过程进行详细描述，预测反应器的性能；实验研究可以通过实际操作，对反应过程 进行深入研究；混合模拟可以将数学模拟和实验研究相结合，提高优化的准确性和效率
THANKS
回收利用余热
通过回收利用反应过程中的余热，减少热量损 失，达到节能效果。
平推流反应器的环保性能
减少废物排放
平推流反应器可通过优化反应条 件和回收利用余热等方式减少废
物排放。
低噪音、低震动
平推流反应器结构设计合理，运 转平稳，噪音低，对周围环境影
响小。
易于实现清洁生产
平推流反应器在生产过程中产生 的废弃物少，易于实现清洁生产
平推流反应器技术在工业界的推广应用前景
化工和石油化工行业
01
平推流反应器技术在化工和石油化工行业中具有广泛的应用前
景，可以用于生产各种化学品和燃料。
制药行业
02
平推流反应器技术可用于高效合成药物，缩短生产周期，提高
产品质量。
环境治理领域
03
平推流反应器技术可用于处理各种废弃物和污染物，实现废物
§8.3平推流反应器
2015/10/29
9
• 44页4题解： • （1）
VR qV x Af kC A0 (1 x Af )
qV x Af
• （2）
0.171 0.8 3 1 . 447 m 60 1.97 103 4 0.2
0.171 0.9 3 VR 3 . 255 m kC A0 (1 x Af ) 60 1.97 103 4 0.1
2015/10/29
12
2015/10/29
13
• （3）
0.171 0.8 3 VR 0 . 723 m kC A0 (1 x Af ) 60 1.97 103 8 0.2
2015/10/29 10
qV x Af
• 5题解：
0.684 0.8 VR 4.1m3 kCA0 (1 x Af ) 60 0.00278 4 0.2
FA0 1.724 m v 0.985 C A0 1.75 h
2015/10/29
3
8
• 反应器有效容积
t t 34.5 30 3 VR v 0.985 1.058m 60 60 3 VT VR / 1.058/ 0.85 1.245m
VR X Af dx VR A , t C A0 0 qV qV C A0 (rA )
X Af
0
dxA (rA )
2015/10/29
5
定容过程
CA xA 1 C A0
dCA dxA C A0
C Af dC C A 0 dC VR A A t C A 0 ( r ) C Af (r ) qV A A
第三章 第二节 平推流
0级
1级 2级
n级
rA kcA
rA kc
2 A
1 1 1 xA c A c A0 c A0 1 x A
1 n 1 n c1 A c A0 n1
rA kc
n A
k
n1 ( 1 x )1n 1 ( n 1 )c A 0 k
7
化学反应工程
由于nt0=1.5，有
1 3 xA nt nt 0 n A0 A x A 1.5 1 x A 2 2
n A0 (1 x A ) nA 21 x A pA p p nt nt 3 xA
n pP P p nt
12
nP 0
xA n A0 xA 2 p nt 3 xA
就等于反应时间t。
t t
L
0
dl u
V
0
dV v
u表示流体在反应器内的流速，l表示管内的轴向距离。
如果反应流体在整个过程中密度ρ恒定，即v=v0(v0为流体
在入口时的体积流量)，上式可写成
t t V v0
恒容反应过程平均停留时间，反应时间和空时是一致的。
4 化学反应工程
k 106.48kmol m3 .h .MPa ，操作压力为0.10133MPa，
若要求丁烯转化率为0.9，空时应为多少?
15
化学反应工程
第三章 均相反应过程
解：
膨胀因子
cA
111 A 1 1
c A0 (1 x A ) c A0 (1 x A ) 1 A y A0 x A 1 0.5 x A
平推流反应器中
平推流 反应器 国家自然科学基金
我国国家自然科学基金会（NSFC）的资助，在支持各领域的科学研究，包括创新技术的开发，科学新前沿的探索方面，发挥着至关重要的作用。
最近得到核安全委员会关注和资助的一个重要研究领域是在化学合成中应用螺旋流反应堆。
Plunger—flow反应堆，又称活塞驱动的流体反应堆，是一类连续流体反应堆，它比传统的批量反应堆提供了一些优势，包括精确控制反应参数，改进热量和质量转移，增强安全性能。
这些反应堆特别适合进行快速的、放电反应，以及扩大工业生产过程。
推进器—流堆的开发和优化有可能大大推进化学合成和工艺发展领域。
由我国科技大学的梁王博士领导的项目，是NSFC资助推进式流程反应堆研究的一个例子。
Wang博士的研究团队旨在调查利用螺旋流反应堆合成药物中间体的情况。
通过利用持续流动反应堆的优势，如精确控制反应停留时间和温度，该组力求为关键药物化合物开发高效和可持续的合成途径。
这个项目不仅符合国家化学品委员会促进创新和高影响研究的重点，而且满足了更可持续和更具成本效益的药品生产方法的迫切需要。
除了支持对冲流堆进行基础研究外，《核安全框架公约》还认识到在这一迅速发展的领域培训下一代研究人员的重要性。
通过资助研究生和博士后研究金的举措，国家核安全委员会为青年科学家提供从事前沿研究的机会，并获得先进反应堆技术的实践经验。
这些努力有助于在化学工程和催化领域培养人才，并有助于确保可持续地输送探流反应堆技术方面的专门知识。
国家核安全委员会鼓励研究冲流反应堆技术的研究小组之间开展合作和知识共享。
通过资助协作项目和国际讲习班，国家气候委员会促进不同机构和国家的科学家之间交流想法和专门知识，培养一个活跃和相互通联的研究裙体，重点是推进持续流动综合领域。
我国国家自然科学基金会的支持有助于推进关于冲积器流堆及其在化学合成中的应用的研究。
通过资助基础研究、培训年轻科学家和促进合作，核安全委员会在促进开发和采用这一创新反应堆技术方面发挥了关键作用。
平推流反应器
将上式代入管式反应器的设计方程中：
将上式对温度T求偏导数，并令其等于零后可解得：
Topt
( E2 E1 ) k0 E1C A0 (1 x A ) RIn k0 ' E2 (CR 0 C A0 x A )
此时所得的温度是相应于反应速率为最大的最优温度，是Topt和转化率x A 的函数关系，在坐标系中可表示处最优温度曲线。平衡温度与转化率的关系也可以从 反应速率式中求得。因为反应达到平衡时有-r A =0,解得
第四章 平推流反应器
物料衡算式：
若以u表示流体在反应器内的流速，L表示管内离入口处的轴向距离，则有停留时间 即反应时间t（如果反应流体在整个过程中密度恒定，即流速不变）
t
L
0
V dV dl V 0 u v v0
对于恒容反应过程停留时间，反应时间和空时是一致的。
即：
物料A在反应前的百分含量为： 反应t时刻则有：
QA----单位时间内体系经过管壁传给热载体的热量；
Qg----单位时间内因反应放出的热量。
单位时间内 单位时间内 物料带入微元 物料带出微元 体积的热量 体积的热量 Q1 Q2 Q g Q A 0
单位时间内 单位时间内 因反应放出 经传热面传给 的热量 热载体的热量
1 1 T T0
在恒定的xA下，反应速率将是操作温度T的函数，对于可逆吸热反应，提高操作温度 反应速率也随之增大，对可逆放热反应，由函数关系式可以看出存在使反应速率为 最大的最优操作温度。
B
30
可逆吸热反应
25
反 应 速 率
20
平推流反应器工业案例
平推流反应器工业案例平推流反应器是一种常见于化工工业中的重要设备，其主要用途是进行化学反应。
下面列举了十个平推流反应器工业案例，以展示这种设备在不同领域的应用。
1. 聚合物生产：在聚合物生产过程中，平推流反应器可用于控制聚合反应的温度和压力，以实现高质量的聚合物产量。
例如，聚乙烯生产中的高密度聚合反应器就是一种典型的平推流反应器。
2. 石油炼制：在石油炼制过程中，平推流反应器可用于催化裂化反应、重整反应和脱硫反应等。
这些反应可将原油转化为高附加值的燃料和化工产品，如汽油、柴油和石蜡。
3. 化学品合成：平推流反应器广泛应用于化学品合成过程中，如合成氨、合成甲醇、合成苯胺等。
这些反应器能够提供高度控制的反应条件，以实现化学品的高产率和纯度。
4. 生物质转化：平推流反应器在生物质转化领域也有重要应用。
例如，生物质的热解反应可用于生产生物燃料和生物基化学品。
平推流反应器能够提供高温高压环境，促进生物质的分解和转化。
5. 污水处理：平推流反应器被广泛应用于污水处理领域，用于降解有机污染物和去除废水中的重金属离子。
通过调节反应器的操作条件和催化剂的选择，可以实现高效的污水处理效果。
6. 医药制造：在医药制造过程中，平推流反应器可用于合成药物中间体和活性成分。
这些反应器能够提供精确的反应温度和时间控制，以确保药物的高纯度和高产率。
7. 食品加工：平推流反应器在食品加工中也有应用，如果汁浓缩和食品添加剂合成等。
这些反应器能够实现高效的加工过程，提高食品的质量和产量。
8. 燃料电池：平推流反应器可用于燃料电池中的氧化还原反应，如质子交换膜燃料电池和固态氧化物燃料电池。
这些反应器能够提供高效的反应界面和快速的质子传输，以提高燃料电池的效率。
9. 精细化工：在精细化工领域，平推流反应器可用于合成高附加值的化学品，如特种染料和光敏材料。
这些反应器能够提供精确的反应控制，以实现高纯度和高产率的产品。
10. 生物工程：平推流反应器在生物工程领域有广泛应用，如酶催化反应和细胞培养等。
平推流反应器
A d V V A 0 r FA0 C A0 v0 A
C A0
12/19/2012
xA
0
dx A rA
22
CA 恒容过程 x A 1 C A0
dC A dx A C A0
dC A CA0 rA
CA
x A dx V 1 A 0 r FA0 C A0 C A0 A
12/19/2012 7
12/19/2012
8
在80年代中期,国内外的一些著 名的石油公司如Stone&Webster和 Mobil等分别提出了超短接触下行床 反应器的概念。对于催化裂化等以 中间产物为目的产品的过程,由于下 行床能够实现气固超短接触并具有 接近平推流的流型,将可以获得比提 升管更高的产品收率,因而受到人们 的普遍关注,被誉为“21世纪取代提 升管的换代新技术”。
12/19/2012 3
磺化反应工艺流程
12/19/2012 4
12/19/2012
5
重油催化裂化(FCC)装置总图
12/19/2012
6
在催化裂化装置中反—再系统的反 应器为提升管反应器，它是基于平推 流的基础上建立起来的。自60年代以 来,提升管反应器由于其气固通量大、 气固接触效率高以及操作范围宽等特 点,在催化裂化工业中得到了广泛的应 用。然而,随着人们的研究深入,其径 向流动结构的严重非均匀性和较大的 气固返混也逐渐为人们所认识。
12/19/2012 14
膨胀因子：每反应掉一个摩尔的组分 A所引起反应物系总摩尔数的变化量。 即：
( n n0 ) A n0 y A0 A
所以 n n0 (1 A y A0 A )
F F0 (1 A y A0 A ) F0 A FA0 A
平推流反应器的有效容积
6.2 基本反应器
6.2.1 化学反应器的类型 1. 按物料的相态分类：均相、非均相
表6.1 按物料相态分类的反应器种类 (p.278)
2. 按反应器的结构形式分
1）釜式：完全混合式 2）管式：推流 3）塔式：塔滤 4）固定床：普通生物滤池 5）流化床：厌氧流化床
3. 图6.1 各种结构形式的反应器的示意图 (p.279) 4. 表6.2 主要反应器结构形式，适用的相态和生产上的 应用举例
6.2 基本反应器
6.2.2 几种典型的基本反应器 1. 间歇操作的搅拌釜
在间歇操作的搅拌釜中，物料一次加入反应器进行反应， 待反应达到要求的转化率，物料一次放出。
特点
1）分批操作，反应物料一次加入，反应后一次排出， 所有物料的反应时间相同。
2）在恒温和恒压条件下，反应物和生成物的浓度均随 时间变化，故反应速率也随时间变化。
第六章 化学反应工程学
6.1 概述 6.1.1 化学反应器的作用
1. 化学反应器：化工生产中用于进行化学反应的设备。 2.化学反应器的作用：让化学反应在其进行，并且最大限 度和最经济地转化为所需的产品，提高原料利用率， 减轻后续分离过程的负担，降低生产成本。 3. 从微观化学反应动力学出发，影响化学速率的因素主 要有浓度和温度。 4. 宏观化学反应动力学，则需考虑传递过程因素及其对 浓度、温度的影响。
表 6.3 不同化学反应在间歇搅拌釜中的反应时间 反应级数 零级反应 一级反应 二级反应 动力学微分方程 -rA = k -rA = kCA -rA = kCA2 达到一定转化率所需时 间 = xACAO/k = ln[1/(1-xA)]/k = xA/[CAO (1-xA) k] 达到一定浓度所需时间 = (CAO- CA)/k = (1/k) ln(CAO/CA) = (1/k) (1/CAO – 1/CA)
等温平推流反应器的计算-化学反应工程
CA CA0e kt
kt
C A0 CA 1 C A0 kt
kt
n=2 n级 n≠1
1 1 C A C A0
xA 1 ekt
1 xA C A0 1 xA
xA C A0 kt 1 C A0 kt
rA kC
n A
kt
1 n 1 n 1－n n1 (C1 A C A0 ) （ 1 － x ） 1 ( n 1) C A A 0 kt n 1
之间曲线下的面积即为反应时间t，如图3－7所示。
图解积分示意图
t C A0
x Af
0
CA dxA dCA C A0 rA rA
[rA]-1
[rA]-1
t/cA0 xA0 xAf x CA0
t CAf CA
2.实际操作时间 实际操作时间=反应时间(t) + 辅助时间 (t’) 辅助时间包括加料、调温、缷料和清洗等时间。 3.反应器体积
二、理想流动模型
1.平推流模型（活塞流模型、理想置换模型、理想排挤模型） 平推流模型认为物料进入反应器后沿着流动方向象气缸 里的活塞一样向前移动，彼此不相混合。 1）模型特点 （1）物料参数（温度、浓度、压力等）沿流动方向连续变化； （2）垂直于流动方向的任一截面上的物料参数相同（没有边 界层）； （3）沿流动方向的截面间不相混合； （4）质点的奉命相同，任一截面上的质点的年龄相同； （5）返混＝0,不同年龄的质点不相混合（参见（3））。 2）适用范围 管式反应器：L/D较大，流速比较大。
x Af 0
dxA rA
可知，二者具有一定的等效性。
三、等温平推流反应器的计算 等温平推流反应器是指反应物料温度相同，不随流动方 向变化。 n 将 rA kCA 代入平推流反应器体积计算公式
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3
V T V R / 1 . 058 / 0 . 85 1 . 245 m
2012-7-10
9
• 44页4题解： • （1）
VR q V x Af kC (1 x Af ) A0
q V x Af kC (1 x Af ) A0
0 . 171 0 . 8 60 1 . 97 10 4 0 . 2
t C A0
X
Af
代入（2）
dx kC
2 A0
A 2
0
(1 x A )
kC
A0
x Af (1 x Af )
（5）
2012-7-10
7
• 44页3题解：
Hale Waihona Puke C A0 750 74 4 . 97 60 1
1 . 75
kmol m
3
（分子量：醋酸＝60，丁醇＝74，醋酸丁酯＝116）
2012-7-10 6
对于一级反应： r A
t C A0
X
Af
kC A kC
A
A0
(1 x A )
代入（2）
dx kC
A0
0
(1 x A )
t
VR qV
1 k
ln
1 1 x Af
2
（4）
kC A0 (1 x A )
2 2
对于二级反应： r A kC A
F A0
A
2012-7-10
3
在稳定流动时,物料无积累。 物料加入量＝引出量＋反应消耗量
F A F A dF A ( r A ) dV R
dF A d [ F A0 (1 X A )] F A0 dX
A
对整个反应器进行物料衡算，只要将上式按积 分边界条件积分即可。
2012-7-10 4
边界条件
VR
VR 0
时 ，x A
x A0 0
VR VR
dx
时，x A x Af
dV
R
0
F A0
X
Af
A
0
( rA )
对于稳定流动
,
VR F A0
F A0 qV C A0
VR qV C A0
＝常数
A
X
Af
dx
A
0
( rA )
（1） （2）
X
Af
dx
0
( rA )
A
2012-7-10
2
根据该反应器的特点，对着眼组分A进行物料衡 算时，其衡算范围必须以反应器中某一微元体 积dVr为基准。
C A0 FA0 xA0=0 FA XA dVR FA+dFA xA+dxA C Af xAf FAf
－反应物A的初始mol流量，FA0＝qVCA qV ―进料的体积流量。 F －进入微元体积的A组分的mol流量 在稳定流动时,物料无积累。 物料加入量＝引出量＋反应消耗量
, t
VR qV
C A0
X
Af
dx
A
0
( rA )
2012-7-10
5
定容过程
t VR qV
C Af
xA 1
CA C A0
A
dx
A
dC C A0
A
dC
A
C A0
( rA )
C A0
dC
C Af
( rA )
（3）
（1）、（2）、（3）为平推流反应器稳定操作 时的基本计算方程。 式中t：空间时间。 定义：反应器有效容积与进口状态体积流量之比。 对于定容过程的平推流反应器，空间时间和逗 留时间是相等的。
3
0 . 723 m
3
2012-7-10
10
• 5题解：
VR q V x Af kC
A0
(1 x Af )
0 . 684 0 . 8 60 0 . 00278 4 0 . 2
4 . 1m
3
PFR的长度：
L
VR A
4 .1 0 . 785 0 . 125
2
3
1 . 447 m
3
• （2）
VR
0 . 171 0 . 9 60 1 . 97 10 4 0 . 1
3
3 . 255 m
3
• （3）
VR q V x Af kC
A0
(1 x Af )
0 . 171 0 . 8 60 1 . 97 10 8 0 . 2
F A0 2400 24 116 0 . 5 1 . 724 kmol h
v
F A0 C A0
1 . 724 1 . 75
0 . 985
m h
3
2012-7-10
8
• 反应器有效容积
VR t t 34 . 5 30 3 v 0 . 985 1 . 058 m 60 60
§8-4 管式（平推流）反应器
管式循环反应器12
2012-7-10 1
• 也 称 为 平 推 流 反 应 器 （ Plug Flow Reactor PFR）是一种连续操作的管式反应器，它有 如下特点： • 1、在轴向任意截面上，其物料浓度、转化率、 反应速率等不随时间而变。 xA CA • 2在轴向不同位置上，物料浓度、反应速率 、 r 转化率沿流向而变。 • 3、各流体质点在反应器内的停留时间相同。
2012-7-10
12
2012-7-10
13
334 . 3 m
2012-7-10
11
• 6题解：
VR q V x Af kC
A0
(1 x Af )
0 . 684 0 . 8 60 0 . 006633 4 0 . 2
1 . 72 m
3
L
VR A
1 . 72 0 . 785 0 . 125
2
146 . 7 m
V T V R / 1 . 058 / 0 . 85 1 . 245 m
2012-7-10
9
• 44页4题解： • （1）
VR q V x Af kC (1 x Af ) A0
q V x Af kC (1 x Af ) A0
0 . 171 0 . 8 60 1 . 97 10 4 0 . 2
t C A0
X
Af
代入（2）
dx kC
2 A0
A 2
0
(1 x A )
kC
A0
x Af (1 x Af )
（5）
2012-7-10
7
• 44页3题解：
Hale Waihona Puke C A0 750 74 4 . 97 60 1
1 . 75
kmol m
3
（分子量：醋酸＝60，丁醇＝74，醋酸丁酯＝116）
2012-7-10 6
对于一级反应： r A
t C A0
X
Af
kC A kC
A
A0
(1 x A )
代入（2）
dx kC
A0
0
(1 x A )
t
VR qV
1 k
ln
1 1 x Af
2
（4）
kC A0 (1 x A )
2 2
对于二级反应： r A kC A
F A0
A
2012-7-10
3
在稳定流动时,物料无积累。 物料加入量＝引出量＋反应消耗量
F A F A dF A ( r A ) dV R
dF A d [ F A0 (1 X A )] F A0 dX
A
对整个反应器进行物料衡算，只要将上式按积 分边界条件积分即可。
2012-7-10 4
边界条件
VR
VR 0
时 ，x A
x A0 0
VR VR
dx
时，x A x Af
dV
R
0
F A0
X
Af
A
0
( rA )
对于稳定流动
,
VR F A0
F A0 qV C A0
VR qV C A0
＝常数
A
X
Af
dx
A
0
( rA )
（1） （2）
X
Af
dx
0
( rA )
A
2012-7-10
2
根据该反应器的特点，对着眼组分A进行物料衡 算时，其衡算范围必须以反应器中某一微元体 积dVr为基准。
C A0 FA0 xA0=0 FA XA dVR FA+dFA xA+dxA C Af xAf FAf
－反应物A的初始mol流量，FA0＝qVCA qV ―进料的体积流量。 F －进入微元体积的A组分的mol流量 在稳定流动时,物料无积累。 物料加入量＝引出量＋反应消耗量
, t
VR qV
C A0
X
Af
dx
A
0
( rA )
2012-7-10
5
定容过程
t VR qV
C Af
xA 1
CA C A0
A
dx
A
dC C A0
A
dC
A
C A0
( rA )
C A0
dC
C Af
( rA )
（3）
（1）、（2）、（3）为平推流反应器稳定操作 时的基本计算方程。 式中t：空间时间。 定义：反应器有效容积与进口状态体积流量之比。 对于定容过程的平推流反应器，空间时间和逗 留时间是相等的。
3
0 . 723 m
3
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10
• 5题解：
VR q V x Af kC
A0
(1 x Af )
0 . 684 0 . 8 60 0 . 00278 4 0 . 2
4 . 1m
3
PFR的长度：
L
VR A
4 .1 0 . 785 0 . 125
2
3
1 . 447 m
3
• （2）
VR
0 . 171 0 . 9 60 1 . 97 10 4 0 . 1
3
3 . 255 m
3
• （3）
VR q V x Af kC
A0
(1 x Af )
0 . 171 0 . 8 60 1 . 97 10 8 0 . 2
F A0 2400 24 116 0 . 5 1 . 724 kmol h
v
F A0 C A0
1 . 724 1 . 75
0 . 985
m h
3
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• 反应器有效容积
VR t t 34 . 5 30 3 v 0 . 985 1 . 058 m 60 60
§8-4 管式（平推流）反应器
管式循环反应器12
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• 也 称 为 平 推 流 反 应 器 （ Plug Flow Reactor PFR）是一种连续操作的管式反应器，它有 如下特点： • 1、在轴向任意截面上，其物料浓度、转化率、 反应速率等不随时间而变。 xA CA • 2在轴向不同位置上，物料浓度、反应速率 、 r 转化率沿流向而变。 • 3、各流体质点在反应器内的停留时间相同。
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334 . 3 m
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• 6题解：
VR q V x Af kC
A0
(1 x Af )
0 . 684 0 . 8 60 0 . 006633 4 0 . 2
1 . 72 m
3
L
VR A
1 . 72 0 . 785 0 . 125
2
146 . 7 m