第一章_反应器基本理论1解析

（2）空间时间 简称空时， 用 表示
意义：处理一个VR的物料所需要的时间。 （3）空间速度 简称空速
Sv=1/ =v/VR=入口体积流量/反应器有效体积
意义：单位反应体积、单位反应时间内所处理的物料量
小结：从 、Sv的意义可知道，它们均表示连续 反应器的生产能力。 小，Sv大，生产能力大， 两者均表示入口状态下反应器的生产能力，一般 用于描述连续反应器中的气相反应。
返混程度最大
物料一进入反应器就均匀 分散在整个反应器内，物 料在反应器内的停留时间 有长有短，最为分散。
连续搅拌釜CSTR
部分返混
非 理 想 流 动
实际生产中 连续操作的 反应器
理想反应器
间歇反应釜
返混程 度为零
Re又为雷诺数（Reynolds number）的数学符号，一种可用来表 征流体流动情况的无量纲数。公式为：Re=ρvd/η，其中v、ρ、η 分别为流体的流速、密度与黏性系数，d为一特征长度。例如流 体流过圆形管道，则d为管道直径。利用雷诺数可区分流体的流 动是层流或湍流，也可用来确定物体在流体中流动所受到的阻力。 例如，对于小球在流体中的流动，当Re比“1”小得多时，其阻力 f=6πrηv（称为斯托克斯公式），当Re比“1”大得多时， f′=0.2πr2v2而与η无关。
在连续反应器中，同时进入反应器的物料粒子，有的很快从出口流出， 有的则经过很长时间才从出口流出，停留时间有长有短，形成一定的分 布。
改变反应器的浓度分布 返混的两个孪生现象
造成物料的RTD
返混
？ 停留时间分布
不存在一一对应关系！ 相同的RTD可以有不同的返混情况
停留时间分布有两种
年龄分布
寿命分布
对象
雷诺数小，意味着流体流动时各质点间的粘性力占主要地位，
流体各质点平行于管路内壁有规则地流动，呈层流流动状态。雷
诺数大，意味着惯性力占主要地位，流体呈紊流（也称湍流）流
动状态，一般管道雷诺数Re<2000为层流状态，Re>4000为紊流
3. 返混产生的原因
涡流与扰动 死角
速度分布
沟流、填料 或催化剂装 填不均匀
短路
4.返混对化学反应的影响
1) 总的来说，使产品的收率、质量降低。 2) 返混使反应物的浓度降低。
冲稀的 作用
3) 返混使系统中的温度分布和浓度分布趋于平坦，对 要求有较大温度差或浓度差的场合不利。
？ 思考 返混对化学反应一定是不利的吗？
❖流体粒子（微元）在时间顺序上的混合——返混
连续操作反 应器特有的
现象
返混=0 返混=∞
在连续操作的反应器中， 返混的程度越大，显著地降低 了反应物的浓度。一般来说，返混对反应来说是一个不 利的因素，它影响反应器的生产能力。
2.返混与停留时ห้องสมุดไป่ตู้分布
停留时间分布 RTD（residence time distribution）
二、连续操作反应器的流动特性---返混
1.混合现象的分类
❖流体粒子（微元）在空间顺序上的混合——空混
流体在反应器内流动，不论其因何种原因而产生的流体粒子在反 应器内相对位置发生变化而造成的物料微元之间的混合，称为空 间混合，简称空混。
空混=0 空混=∞
空混越大，传质越快，传热越好，各位置的 浓度、温度的差异就越小，导致反应器内浓 度、温度的均匀。
第一章 反应器基本理论
第一节 理想反应器 一、基本的反应器型式 二、连续操作反应器的流动特性——返混 三、理性反应器
一、基本的反应器形式
间歇操作的搅拌釜
Batch Stirred Tank Reactor (BSTR)
特点：物料一次加入，一起放出，全部物料t相同时，T，n 可以达到均匀一致，反应物料的温度和浓度等操作参数随时 间而变，不随空间位置而变。
自催化反应 复杂反应
可控制在最佳浓度下操作
反应物浓度高有利于副 反应进行时
有利！
返混对连串副反应是有利还是不利的因素？
5. 各种不同反应器中时间的概念 （1）平均停留时间
物料流过反应器所需要的时间
连续反应器中 的液相反应
反应器的有效容积
物料的体积流量
反应器几何容 积中，用于反 应的体积。
反应器内（T、P） 下的体积流量
按混合对象的年龄来分：
年龄——物料在反应器中已经停留的时间。 寿命——物料在反应器中总共停留的时间
对仍留在反 应器中的物
料而言
对已经离开 反应器的物
料而言
（1）相同年龄物料之间的混合——同龄混合
例如：间歇反应过程中搅拌引起的混合
（1）不同年龄物料之间的混合——返混
具有不同停留时间的粒子（微元）的逆向混合，称为返混。所谓逆向， 是指时间顺序上的颠倒，比如先进入反应器的物料的粒子后流出反应器， 而后进入反应器的物料的粒子却先流出反应器。 例如：连续流动的釜式 反应器
连续操作搅拌釜
Continued Stirred Tank Reactor (CSTR)
特点：强烈搅拌，反应器内各点T，n相同，物料 随进随出，出口物料n与釜内反应物相同
优点：反应物的浓度、温度及v（速率）保持恒定不变，对 自催化反应有利 缺点：釜内n很低，v很慢，达到同样的P，需要的VR(反应容 积)较大、时间较长
（4）反应时间 t
反应持续的时间，指反应物料达到所要求的 转化率所需持续的时间，用于描述间歇反应。
三、理想反应器 平推流
全混流
中间流
返混 程度 特点
实例
不存在返混
流体通过细长管道时，与流 动方向成垂直的截面上，各 粒子的流速完全相同，就像 活塞平推过去一样，粒子在 轴向没有混合、扩散。
细长型的管式反应 器，当Re数很大时， 接近PFR
优点 缺点
装置简单、操作方便、灵活、适应性强，应用广
设备利用率不高，劳动强度大，不易自动控制，产品质 量不稳定
连续操作管式反应器
Piston Flow Reactor (PFR)
特点：一端加入反应物，一端引出，n，v沿流动方向 逐渐降低，定常态时，各参数不变
优点：设备利用率高，节省劳力，产品质量稳定，易 于控制，适合于大规模生产
反应器内的物料
反应器的出口物料
描述
从进入反应器的瞬间开始算 年龄，到所考虑的瞬间为止， 不同年龄的物料粒子混在一
起，形成一定的分布。
从进入反应器的瞬间开始算寿命， 到离开反应器瞬间为止，反应器 的出口物料中不同寿命的物料粒 子混在一起，形成一定的分布。
关系 两者存在一定的关系，可换算，一般通过实验测定寿命分布。