第五章 连续流动釜式反应器.
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釜式反应器操作与控制—理想连续操作釜式反应器
理想连续操作釜式反应器的计算
理想连续操作釜式反应器的计算
理想连续操作釜式反应器的计算
通过[例2-1]和[例2-2]的反应结果可以看出：完成相 同的生产任务，连续操作釜式反应器的生产时间比间歇操 作釜式反应器的生产时间要长。主要原因是连续操作釜式 反应器内的化学反应是在出口处的低浓度下进行的。
反应时间不是判别反应器生产效率高低的唯一标准，还需综合考虑
同的搅拌和加料情况，以适应工艺上的不同要求。
理想连续操作釜式反应器
管式反应器
理想连续操作釜式反应器
投资大 职工工作量大
维护成本高 操作难度高
串联釜数一般不超过4
《化学反应器操作与控制》
多釜串联的计算
多釜串联的计算
多釜串联
理想连续操作釜式反应器
n-CSTR的基础设计式
理想连续操作釜式反应器
《化学反应器操作与控制》
理想连续操作釜式反应器的特点
理想连续操作釜式反应器的特点
理想连续操作釜式反应器操作现场
理想连续操作釜式反应器的特点
流体流动符合全混流理想流动模型 连续进料和出料； 过程参数与空间位置、时间无关； 容易自动控制，节省人力。
理想连续操作釜式反应器的特点
反应物浓度、转化率、反应速率处处相等
QkJc/与hT的函数关系式在Q-T坐标图 上为一直线。
▪2. 放热速率Qr和移热速率Qc
结论： 热稳定状态点一定是定态
点，而定态点不一定都具有热 稳定性。
▪ 3.热稳定条件
定常条件：Qr=QC
▪ 稳定条件
dQr dQc dT dT
注意：：CSTR中进行吸热反应时 ，
没有热稳定性问题。
▪ 3.热稳定条件
《化学反应器操作与控制》
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
化学反应工程复习题
--
--
8.结合下图说明可逆放热反应最优温度序列的实施。
9、画出多段绝热反应器段间用原料冷激气和惰性气体冷凝时的最佳温度序列的实施情况。 10. 比较物理吸附和化学吸附的不同。 11. 简述全混流反应器的特点 12.可逆反应最优温度条件的实施有哪些方法?画图说明。 四、计算题 1．等温下在间歇反应器中进行一级不可逆液相分解反应 A → B ＋ Ｃ ,在 5 分钟内有 50% 的 A 分解,要达到分解率 7５%问需多少时间? 2． 在温度 555Ｋ、压力 0.２9４MPa 条件下在平推流反应器中进行反应,其动力学方程为 rA kCA ,已知 k＝０.27s-1 ,进料中含 A30%（摩尔分数)其余为惰性物料，Ａ的加料流率为 ６.3moｌ/s ,ｙA0=0．5 ，为使反应器出口转化率达 95% ，求反应器的体积。 3．一级不可逆反应 A → R ,在８5℃时 k=3.45ｈ-1 ，在一容积为 10m3 的连续釜式反应器
kmoｌ/L·mｉｎ,已知：2０℃时
k＝1.9７ L/kmoｌ.min , CA０ ＝0．0０4ｋmol/L ,加料速度为 V0＝1７1L/ｈ，转化率为０.8，
求:
①在平推流反应器中完成该反应所需的体积。
②在全混流反应器中完成该反应所需的体积。
10、有一液相二级不可逆反应，反应速率方程为: r A
６.循环比 R 表示循环物料的流量与
流量之比。
7.多级全混流模型的模型参数为
,其值可由实验确定。
8.对可逆放热反应，随温度升高,反应速率常数
;平衡常数
。
9.在若干个过程串连组成的系统中，若其中某一步的速率与其他各步相比慢了许多，则该步
骤就是整个过程的_____＿_＿＿步骤。
1０.气固相催化反应中消除外扩散影响常用的措施是
--
8.结合下图说明可逆放热反应最优温度序列的实施。
9、画出多段绝热反应器段间用原料冷激气和惰性气体冷凝时的最佳温度序列的实施情况。 10. 比较物理吸附和化学吸附的不同。 11. 简述全混流反应器的特点 12.可逆反应最优温度条件的实施有哪些方法?画图说明。 四、计算题 1．等温下在间歇反应器中进行一级不可逆液相分解反应 A → B ＋ Ｃ ,在 5 分钟内有 50% 的 A 分解,要达到分解率 7５%问需多少时间? 2． 在温度 555Ｋ、压力 0.２9４MPa 条件下在平推流反应器中进行反应,其动力学方程为 rA kCA ,已知 k＝０.27s-1 ,进料中含 A30%（摩尔分数)其余为惰性物料，Ａ的加料流率为 ６.3moｌ/s ,ｙA0=0．5 ，为使反应器出口转化率达 95% ，求反应器的体积。 3．一级不可逆反应 A → R ,在８5℃时 k=3.45ｈ-1 ，在一容积为 10m3 的连续釜式反应器
kmoｌ/L·mｉｎ,已知：2０℃时
k＝1.9７ L/kmoｌ.min , CA０ ＝0．0０4ｋmol/L ,加料速度为 V0＝1７1L/ｈ，转化率为０.8，
求:
①在平推流反应器中完成该反应所需的体积。
②在全混流反应器中完成该反应所需的体积。
10、有一液相二级不可逆反应，反应速率方程为: r A
６.循环比 R 表示循环物料的流量与
流量之比。
7.多级全混流模型的模型参数为
,其值可由实验确定。
8.对可逆放热反应，随温度升高,反应速率常数
;平衡常数
。
9.在若干个过程串连组成的系统中，若其中某一步的速率与其他各步相比慢了许多，则该步
骤就是整个过程的_____＿_＿＿步骤。
1０.气固相催化反应中消除外扩散影响常用的措施是
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。
化工第五章化学反应
2.按操作方法分类：
可分为间歇、半间歇、连续式三种。
操作特点：原料一次加入，经过一定时间后，反应产物一次卸出。 间歇反应器 生产特征：反应程度和反应物的性质均随时间而变化。 操作特点：一种原料一次加入，另外的反应物以一定的 速度连续地加入，反应后将产物全部卸出。 生产特征：反应程度和反应物的性质均随时间而变化。
反应器选型、 设计和优化
数学 模型
流动 模型
对实际过程 的简化
反应器中的 流动状况影 响反应结果
建立模型的 基本方法
理想 模型
非理想 模型
理想气体 状态方程
二、化学反应器的分类：
1.按反应器的结构型式分类： 这种分类的实质是按传递特性分类，反映出不 同的反应器中最基本的传递过程的差别。按 反应器的结构特征，常见的工业反应器可分 为釜式、管式、塔式。固定床式、流化床式 和移动床式。 书141页图
rA=k
cA x A k
xA kcA0( 1 x A ) cA0 cA 1 xA
反应体积VR是指反应物料在反应器中所占的体积
VR=qv (τ+τ′)
实际操作时间=反应时间(τ) + 辅助时间 (τ’)
上式称为反应器的设计方程，代入动力学方程积分就可算出 t。 若动力学方程复杂，可采用数值积分或图解积分。
原料 产物
物理处理
化学处理
物理处理
循环
第一节
一、化学反应工程学：
概述
1.化学反应工程发展概况： 远在古代，人们就开始利用化学反应，如陶器的制作、 酒与醋的酿造、金属的冶炼以及炼丹、造纸等等，然而， 这些生产过程直到上世纪五十年代还未形成一门独立的学 科，其原因是由于人类还没有能够从种类繁多、看起来似 乎毫不相干而又变化多端的反应过程中，认清它们的共同 规律。 科学技术的发展，特别是二战后石油化工的发展，对化 学反应器的设计产生了迫切要求，而化学动力学研究的进 展和化工单元操作方面的理论和实践经验的日趋成熟，才 使这类问题的系统解决有了可能。
停留时间分布讲义
实验五 连续流动搅拌釜式反应器停留时间分布的测定1实验的意义和目的在研究工业生产反应器内进行的液相反应时，不仅要了解浓度、温度等因素对反应速度的影响，还要考虑物料的流动特性和传热与传质对反应速度的影响。
由于种种原因造成的涡流、速度分布等使物料产生不同程度的返混。
返混不仅会改变反应器内的浓度分布从而影响反应率，同时还会给反应的放大、设计带来很大的困难。
反应器的返混程度是很难直接观察和度量的。
返混会产生两个孪生现象：其一是改变了反应器内的浓度分布；其二是造成物料的停留时间分布。
测定物料的停留时间分布是一种比较简单的方法。
因此，通常采用测定停留时间分布的来探求反应器的返混程度。
通过测定反应器的停留时间分布，对过程的物理实质加以概括和简化，可以概括出流动模型。
本实验的目的是：（1） 解反应器中物料返混的现象；（2） 掌握停留时间分布的实验测定方法；（3） 掌握脉冲法测定停留时间分布的数据处理的方法；（4） 排除实验障碍，正确测定实验数据。
2实验原理应用应答技术，利用脉冲加入示踪物的方法，在连续流动搅拌釜式反应器中进行停留时间分布测定。
在系统达到稳定后，瞬间将示踪物注入搅拌釜中，然后分析出口流体中示踪物的浓度变化，并且通过出口流量V 和浓度C p ，示踪物的加入量M 来计算其停留时间分布，即： 分布密度函数：0.()()p p p V C C dF t E t dt M C dt∞===⎰； 分布函数：000()t tpp p C dtV C dt F t M C dt∞==⎰⎰⎰； 平均停留时间：0000()()pp t E t dt tC dt t E t dtC dt ∞∞∞∞⋅==⎰⎰⎰⎰；停留分布的方差：2222000()()()()tt t E t dt t E t dt t E t dtσ∞∞∞-⋅==⋅-⎰⎰⎰ 220p p t C dtt C dt∞∞=-⎰⎰如果用对比时间 t t θ=为自变量表示概率函数，则平均停留时间1t tθ==；在对应的时标处，即θ和t t θ=，停留时间分布函数值相等，()()F F t θ=；停留时间分布密度()()()()(/)dF dF t E t E t d d t t θθθ===⋅；对应的随机变量θ的方差22200(1)()(1)()E d E t td σθθθθθ∞∞=-=-⎰⎰ 2201()()t t E t dt t ∞=-⎰ 有了以上关系，显然，对于全混流，21σ=对于平推流，220t σσ==对于一般实际情况，201σ≤≤ 当流动搅拌反应器在搅拌足够剧烈时，可看成理想全混流反应器。
连续搅拌釜式反应器PPT课件
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)
精选ppt课件2021
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
精选ppt课件2021
连续流动釜式反应器
k ln 1 或 1 xA
C A e k C A0
C
A0 k
1
x
A
x
A
或
CA 1 C A0 1 C A0 k
k CA0
xA
1
C A 1 k
C A0
C A0
k xA 或 1 xA
CA 1 C A0 1 k
C A0k
xA (1 xA
)2
或
C A 1 4C A0k 1
C A0
2C A0 k
对小系统，是PFR：
' V
CAf dCA
(1 R)v0
CA1 (rA )
C A1
CA0 RCAf 1 R
对大系统： V
(1 R)
dC C A f
A
v0
CA1 (rA )
(1 R)
CAf CA0 RCAf
1 R
dCA (rA )
所以： (1 R) '
Chemical Reaction Engineering
空塔
或
填料
多孔板
⑾多釜串联反应器
Chemical Reaction Engineering
…
1
2
3
N
结果：总体积变小，操作复杂性加大（3~4釜）
计算：对任一釜
i
Vi vo
CA,i1 CA,i (rA )i
对一级反应，且 1 2
C A1
CA0
(1 k
)
,
CA2
CA1
(1 k
)
CA0
1 (rA )
P
m P
Vm VP
CA0 CA
P
化学反应工程陈甘棠答案
化学反应工程陈甘棠答案【篇一：反应工程第五章习题答案】xt>5.1乙炔与氯化氢在hgcl2-活性炭催化剂上合成氯乙烯的反应c2h2?hcl?c2h3cl (a)(b) (c)其动力学方程式可有如下种种形式：(1) r??(papb?pc/k)/(1?kapa?kbpb?kcpc) (2)r??kakbpapb/(1?kbpb?kcpc)(1?kapa) (3)r??kapapb/(1?kapa?kbpb)(4) r??kbpapb/(1?kbpb?kcpc)2试说明各式所代表的反应机理和控制步骤。
解：（1） a???a?b???b?a??b??c??? （控制步骤） c??c??（2） a??1?a?1b??2?b?2a?1?b?2?c?2??1（控制步骤） c?1?c??1（3）a???a?b???b?a??b?c?? （控制步骤）（4） b???b?a?b??c? （控制步骤） c??c??5.2 在pd-al2o3催化剂上用乙烯合成醋酸乙烯的反应为c2h4?ch3cooh?12实验测得的初速率数据如下[功刀等，化工志，71，2007（1968）.] 115℃, pacoh?200mmhg，po?92mmhg。
2pc2h4(mmhg)r0?10(mol/hr?g催化剂)570 100 195 247 315 4653.94.4 6.0 6.6 7.255.4注：1mmhg=133.322pa如反应机理设想为acoh???acoh?c2h4???c2h4?acoh?c2h4?hc2h4oac???o2?2??2o?hc2h4oac??o??c2h3oac??h2o? (控制步骤)c2h3oac??c2h3oac??h2o? ?h2o+?试写出反应速率并检验上述部分数据能与之符合否。
解：c2h4?ch3cooh?12o2?ch2cooc2h3?h2o（a）（b）（c）（e）（f） ?a?kapa?v?b?kbpb?v?c?v?f?kfpf?v ?d?ks1kakbpapb?v ?e?kep?ev?v??k2?k3par?ks2?d?c??k1pa(k2?k3pa)2r0??pa(k2?k3pa)2pc2h4(mmhg)70 100 195 247 315 465r0?10(mol/hr?g催化剂)53.94.4 6.0 6.6 7.255.41.3410?31.51 1.80 1.932.08 2.93pa作图，基本上为一直线。
第五章 连续流动釜式反应器
x Ai Vi dxA x Ai 1 r FA0 A
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化学反应工程/连续流动釜式反应器 Chemical Reaction Engineering
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化学反应工程/连续流动釜式反应器 Chemical Reaction Engineering
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化学反应工程/连续流动釜式反应器 Chemical Reaction Engineering
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1.解析计算
V0CA0 (1 xAi 1 ) V0CA0 (1 xAi ) rAiVRi V0CAi 1 V0CAi rAiVRi r f (c )
Ai Ai
rA
A2
A1
rA=kf(C
A)
-1/1
A3 -1/2
O
-1/3
CAm CA3 CA2 CA1 30
CA0 CA
化学反应工程/连续流动釜式反应器 Chemical Reaction Engineering
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多级全混流反应器的串联优化
在设计反应器时，物料处理量VO、进料组成及最终转
O
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（3）等容等温，但各级体积不同
如果各级体积不相 同，则 rA ~ CA 的各直 1 线斜率 不相同， 如图依次作出CA0A1、 CA1A2 、CA2A3……，求 出CA1、CA2、CA3……。
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5.1 CSTR中的均相反应
5.1.1 反应器特征
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。
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1.解析计算
V0CA0 (1 xAi 1 ) V0CA0 (1 xAi ) rAiVRi V0CAi 1 V0CAi rAiVRi r f (c )
Ai Ai
rA
A2
A1
rA=kf(C
A)
-1/1
A3 -1/2
O
-1/3
CAm CA3 CA2 CA1 30
CA0 CA
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多级全混流反应器的串联优化
在设计反应器时，物料处理量VO、进料组成及最终转
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（3）等容等温，但各级体积不同
如果各级体积不相 同，则 rA ~ CA 的各直 1 线斜率 不相同， 如图依次作出CA0A1、 CA1A2 、CA2A3……，求 出CA1、CA2、CA3……。
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5.1 CSTR中的均相反应
5.1.1 反应器特征
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。
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。
第五章 连续流动釜式反应器
由式
C Ai 1 C Ai 1 1 k i
i 1 i2
C A1 1 C A0 1 k 1 C A2 1 C A1 1 k 2
....... C Am 1 1 i m 1 C Am 2 1 k m 1 im C Am 1 C Am 1 1 k m
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1） VRp～VR 2） VRp～VRM 作
1 ~ xA rA
X Af
VRp = VR
1 rAf
C
xAf (rA ) f
B
dxA rA
曲线AB
VRp V0C A0 VRM V0C A0
0
dxA V0C A0 [OABD] rA xAf V0C A0 [OCBD]
rA
A2
A1
rA=kf(C
A)
-1/1
A3 -1/2
O
-1/3
CAm CA3 CA2 CA1 30
CA0 CA
化学反应工程/连续流动釜式反应器 Chemical Reaction Engineering
2016/10/9
多级全混流反应器的串联优化
在设计反应器时，物料处理量VO、进料组成及最终转
2016/10/9
第五章 连续流动釜式反应器
上海工程技术大学 化学化工学院 化学工程与工艺系
化学反应工程
Chemical Reaction Engineering
1
2016/10/9
5.1 CSTR中的均相反应 5.2 返混原因及限制返混措施
2
化学反应工程/连续流动釜式反应器 Chemical Reaction Engineering
化学反应工程/连续流动釜式反应器 Chemical Reaction Engineering
化学反应工程原理例题与习题-许志美-华东理工大学出版社
-
n2 ) = 3 .200
( 5)
联立解式 (4) 和 (5) , 得到 n1 = 0 .834 , n2 = 0 .46。将此值 代入式 (3 ) 中
求得达到平衡时反应器出口物料组成为 :
组成 nA nB nP nR nS ∑
mol 0 .706 0 .166 0 .374 0 .834 0 .920 3 .000
C6 H6 + 4
1 2
O2
C4 H2 O3 + 2H2 O + 2CO2
在银催化剂上进行乙烯氧化反应生产环氧乙烷 : 即
第1章 绪 论
·7·
1 C2 H4 + 2 O2
C2 H4 O ,
C2 H4 + 3O2
2H2 O + 2CO2
进入催 化 反 应 器 中 的 气 体 组 成 为 : C2 H4 0 .15 , O2 0 .07 , CO2 0 .1 ,
CHCl
由于乙炔价格高于氯化氢, 通常使用的原料混合气中氯化氢是过量 的 , 设其过量 10 % 。若反应器出口气体 中氯乙 烯含 量为 90 % ( mol) , 试分
别计算乙炔的转化率和氯化氢的转化率。
1 - 9 乙苯脱氢反应在一绝热式固定床反应器中进行。生产流程采
用原料分离回收循环操作。某工厂生产中测得如下数据: 原料乙苯的进 料量为 100kg h , 而反应器出口物料经分析得知其中乙苯的流量 为46kg h ,
歇反应器中反应 , 测得 cA = 0 .3mol L, cB = 2 .4mol L, 问组分 P, S 浓度各为
多少 ? 以 B 为基准 , 反应物 B 的选择性、产物 P 的收率为多少 ?
解 : 反应 ( a ) 消耗的 A = ( cB 0 - cB ) = 4 .0 - 2 .4 = 1 .6mol L
连续操作釜式反应器的设计—多个串联连续操作釜式反应器的设计
FA ( i 1)
FAi
(rA )i VRi
0
• 故有
FA(i1) FAi (rA ) i VRi
• 整理得
VRi c A(i1) c Ai
V0
(rA )i
•
式中 则有
i
为物料在第ｉ釜内的平均停留时间，以 V Ri
V0
表示
i
VRi V0
c A(i1) c Ai (rA )i
• 若改浓度为反应转化率形式表示，则有
c A0
(1 k1 1)(1 k2 2 )
i=3
c A3
cA2
1 k3 3
c A0
(1 k1 1)(1 k2 2 )(1 k3 3 )
每小时处理的物料量：V0
FA0 cA0
0.684 0.004
171(L / h)
有效体积VR V0 (t t ') 171*(8.5 1) 1625L 1.63m3
实际体积V VR 2.17m3
例1
（3）若采用搅拌良好的连续操作的釜式反应器进行生产，反 应条件不变，求转化率为0.8时的反应时间和反应器体积。
这样的流动状况很接近理想混合流动模型或全混流模型 。
1、连续操作釜式反应器的特点
（1）反应器中物料浓度和温度处处相等，并等于反应器出口 物料的难度和温度。
（2）反应器内物料的所有参数，如浓度、温度等不随时间变 化，故不存在时间这个变量。
（3）稳定操作条件下，物料的加料速度不随时间发生变化。 （4）由于连续操作，反应釜不存在间歇操作中的辅助时间问
多釜串联恒容反应器计算的基 本公式
2、多釜串联连续釜式反应器的计算
• 假设多釜串联连续操作釜式反应器中各釜内均为理想混 合，且各釜之间没有逆向混合，如图所示。
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)
化学反应工程第五章
成比例提高生产能力
2．串联 一级反应
A 0
第一釜
C Ao C A1 C Ao C A1 C Ao i k i 1 (rA ) kC A1 C A1
第二釜
C A1 C A2 C A1 i k i 1 kCA2 C A2
…… 第N釜
C An1 i 1 C An
两边除 dl 取 dl 0消去S 有
dCA d 2C A U DA (rA ) 0 2 dl dl
令 则
l z L
L V t u v
dCA dCA dz 1 dCA dl dz dl l dz
d 2 C A 1 d 2 C A dz 1 d 2 C A 2 2 2 l dz dl l dz dl
t
C A0 k C A0
(
X A1 1 X A1
X A1 1 X A2
X A2 1 X A2
)
一级：
(1 X A1 ) X A1 (1 X A1 ) 2
1 0 1 X A2
(1 X A1 ) 2 1 X A2 X A1 1 1 X A2
定时（h） 空速（h-1）
s
1
二.等容过程（constant volume）
C Af C Ao
(1 xAf )
C Ao C Af rAf
有 C Ao x Af C Ao C Af 一级:
rAf kCAf
代入上式
k
C Ao C Af C Af
即
相并联的意义也不大，只能提高其生产能 力，可对旧设备进行利用 。
医学课件第五章釜式连续反应器ppt课件
解： （1）解析法
rA=kCA=kCA0(1-xA)
CA0 rA
xA
xA k(1- xA)
0.6 0.6(1- 0.6)
2.5h
VR=FV0 ·τ=5.0m3 （2）图解法
以rA为纵坐标，xA为横坐标作图：由动力学 方程式rA=kCA=kCA0(1-xA)知，rA与xA的关
系为一直线，因此取两点很容易地就可以
5.3.1 并联
当需要用单釜进行 连续操作，其体积 过大而难于加工制 造时，常常用若干 个体积较小的反应 釜并联操作。
其设计方法与单釜 连续相同，但存在 流量分配问题。
为能稳定地控制产品质量，通常使并联各釜
的出口转化率相同，即xA1= xA2= ···= xAn
由釜式反应器的设计方程可知，为使各釜的 出口转化率相同，应使反应物在各釜的停留
5.2 连续釜式反应器的设计
5.2.1 反应体积 稳态操作时，连续釜式反应器内物料的浓度、温 度、压力等操作参数不随时间变化，符合理想混 合假设。由于不存在时间变量，可取整个反应釜 作为衡算单元，对关键组份A作物料衡算
输入量=FV0CA0=nA0 输出量=FVfCAf=nA 反应量=rAVR
累计量=0， 所以
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。
• 物料随进随出，连续流动，原料进入反应釜后，立即被稀释， 使反应物浓度降低，所以，釜式连续反应器的反应推动力较 小，反应速率较低，可使某些对温度敏感的快速放热反应得 以平稳进行。
时间相同，即τ1=τ2= ···=τn
化学反应工程_连续流动釜式反应器83页PPT
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！Βιβλιοθήκη 化学反应工程_连续流动釜式反应器
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！Βιβλιοθήκη 化学反应工程_连续流动釜式反应器
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
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2018/10/11
1） VRp～VR 2） VRp～VRM 作
1 ~ xA rA
X Af
VRp = VR
1 rAf
CHale Waihona Puke xAf (rA ) fB
dxA rA
曲线AB
VRp V0C A0 VRM V0C A0
0
dxA V0C A0 [OABD] rA xAf V0C A0 [OCBD]
1 rA
A O
xA
x Af
0
D
(rA ) f
VRM VRp
xAf
转化率越大，两者的差距较大，可采用低转化率操作。 11
化学反应工程/连续流动釜式反应器 Chemical Reaction Engineering
2018/10/11
反应级数的影响 生产任务相同时，反应级数越高，两种反应 器或体积相差越大。 反应转化率的影响 即：反应转化率越高，两种反应器空时和反 应体积相差越大。
化学反应工程/连续流动釜式反应器 Chemical Reaction Engineering
2018/10/11
τ的求解（数值法）
物料平均停留时间τ 对于等容过程，物料平均停留时间为
VR
V0C A0 xAf (rA ) f
C A0 C Af C A0
xAf
8
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三种反应器区别 BSTR
投料 一次加料(起始)
PFR
连续加料(入口)
CSTR
连续加料(入口)
年龄
寿命 返混
年龄相同(某时)
寿命相同(中止) 全无返混
年龄相同(某处)
寿命相同(出口) 全无返混
年龄不同
寿命不同(出口) 返混极大
5
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9
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τ的求解（图解法）
一般简单反应 1/rA （生产任务相同）
1/rA
FPR
xA
CSTR
CSTR PFR
xA
τ
10
CSTR
>τ
PFR，
V
>V
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三种反应器浓度分布--推动力
反应推动力随 反应时间逐渐 降低 6
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
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5.1.2 CSTR的反应速率
流入量 = 流出量 + 反应量 + 累积量
V0CA0 V0CA0 (1 xAf ) (rA ) f VR
VR C A0 C A C A0 x Af V0 (rA ) f (rA ) f
VR
7
V0C A0 x Af (rA ) f
进口中已有A
VR
V0C A0 ( x Af x A0 ) (rA ) f
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Vi FA0
x Ai
x Ai 1
dxA rA
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平推流反应器的物料参数如浓度等沿流动方向变化。 对于等温反应，很难控制整个反应器内物料温度均匀。 对于全混流反应器，物料参数是均匀的，对于物料温度 的控制比较容易。 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”。 19
x Ai Vi dxA x Ai 1 r FA0 A
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12
化学反应工程/连续流动釜式反应器 Chemical Reaction Engineering
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5.1.3 组合反应器
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化学反应工程/连续流动釜式反应器 Chemical Reaction Engineering
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德国Parr全自动 组合式化学反应 器-5000系列
2018/10/11
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＝∞
4
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第五章 连续流动釜式反应器
上海工程技术大学 化学化工学院 化学工程与工艺系
化学反应工程
Chemical Reaction Engineering
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5.1 CSTR中的均相反应 5.2 返混原因及限制返混措施
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多级平推流管式反应器
Consider N plug flow reactor connected in series, and let x1, x2, …, xN be the fractional conversion of component A leaving reactor 1,2, …, N. Basing the material balance on the feed rate of A to the first reactor, we find for the ith reactor from Eq.3.2-6
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5.1 CSTR中的均相反应
5.1.1 反应器特征
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。
3
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