3-釜式反应器

试剂、助剂等生产。
3. 整个操作时间=反应时间+辅助时间（装+卸+清洗）
设计间歇反应器的关键在于确定每批所需时间，尤以
反应时间的确定最为重要，辅助时间主要根据经验来确
定
一、 反应时间和体积的计算
A 关键组分
（总是成立的）
3.2等温间歇釜式反应器的计算（单一 反应）
初值条件为：t=0, XA=0 t=t，XA=XAf
一、连续釜式反应器的特点：
反应器的参数不随时间变化 不存在时间自变量，也没有空间自变量 多用于液相反应，恒容操作
出口处的C, T=反应器内的C, T 。由物料恒算式
得 （3.40）
假定物料进出口的流量相等， 则
（3.41）
3.4连续釜式反应器的反应体积
若反应器内只有一个反应，且关键组分为A，则
最后得到连续釜式反应器的计算方程为
由上节讨论知,间歇反应器的反应体积是由反应时间和 物料处理量来确定的,定态操作的连续釜式反应器则由物料 恒算式直接计算反应体积.
3.4连续釜式反应器的反应体积
二、两个重要的物理量－空时、空速 1.空时--衡量生产能力（只针对连续反应器而言），其定义为：
假定反应区内物料温度均匀
本章内容包括： 釜式反应器的物料衡算式 等温间歇釜式反应器的计算 连续釜式反应器的反应体积 连续釜式反应器的串联与并联 釜式反应器中复合反应的收率与选择性 变温间歇釜式反应器的计算 连续釜式反应器的定态操作与分析
3.1釜式反应器物料衡算方程
Q0 反应器进口物料体积流量 Q 反应器出口物料体积流量
ci0 反应器进料中关键组分浓度 ci 反应器出料中关键组分浓度
假设：
Vr 反应体积
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（1）进行M个均相反应，关键组分数为K，K<=M,若各反应均是
独立的，则K＝M，若反应不都是独立反应，则K<M。
（2）反应器内反应物料浓度及温度处处相同，且与流出物料的相
应值相等，则反应体积Vr为控制体积。
3.1釜式反应器物料衡算方程
f为装填系数
对于沸腾或易发泡液体物料 f=0.4~0.6
对于一般的流体
f=0.7~0.85
例3.1
3.2等温间歇釜式反应器的计算（单一 反应）
二、最优反应时间
对于间歇釜式反应器，总反应时间可以表示为：
当反应时间t↑时， tr↑、CA↓、rA↓，但
↑，所以
比值
不总是增加的，存在最优值。如果将目标函数
最后解出：
（3-
38）
（3-39）
反应物系组成随时间的变化关系如图3-4所示，如果P 是目的产物，其值有最优解。通过CP 对时间求导数，可 以得到：
3.3等温间歇釜式反应器的计算（复合 反应）
如果 例题3.3
3.4连续釜式反应器的反应体积
•间歇釜：各参数随时间变化，一次装卸料； •连续釜式反应器：基本在定态下操作，有进有出。
注意： 首先要选择控制体。如果反应器内各处浓度均一，衡
算的控制体选择整个反应器。如果反应区内存在两个或两 个以上相态，反应体积内各点的反应物料组成未必相同， 这时只能选择微元体积作为控制体。
对于复杂反应，方程数大大增多
3.2等温间歇釜式反应器的计算（单一
反应）
特点：
1. 分批装、卸；
2. 适用于不同品种和规格的产品的生产，广泛用于医药、
当温度T↑时，反应速率常数k↑，导致达到规定转化率所 用的反应时间t↓。对于可逆放热反应，是上面的结论仍然 正确吗？
3.2等温间歇釜式反应器的计算（单一 反应）
注意：
α=1，t与cAO无关 t与rA有关与Vr无关
Vr由Q0（单位时间内处理的反应物料的体积）及操作 时间来决定，有
实际的反应器体积为：
3.3等温间歇釜式反应器的计算（复合 反应）
对于均相，恒容过程方程进一步变为：
设初值条件为：t=0时，CA=CAO，CP=0，CQ=0，则方程的解为 进一步：
3.3等温间歇釜式反应器的计算（复合 反应）
反应物系的组成随时间的变化关系如图3.3所示，由图可见，t ↑，CA↓， 而CP↑、CQ↑。 图3-3 平行反应组成随时间的变化关系
而且
（由于两个反应均是一级）
由于产物P是目的产物，希望k1>k2。
例3.2
3.3等温间歇釜式反应器的计算（复合 反应）
二、连串反应 设在等温间歇反应器中进行如下的连串反应：
假设反应均为一级，那么根据物料衡算得到：
设初值条件为 ： 首先可以解出：
将该式带入第二个方程，有
（3-37）
3.3等温间歇釜式反应器的计算（复合 反应）
该式可用于均相、多相，等温或非等温过程。
对于间歇反应器，由于dV=0，若为均相
则
（否则不行）
3.2等温间歇釜式反应器的计算（单一 反应）
设反应速率方程为
（不可逆反应），
则
，在等温下有
XAf
∫ 1
t=
0
kcA0a-1
dXA (1-XA)a
=
(1-XAf)1-a-1
(a-1) kcA0a-1
(a≠1)
（3.42）
对于恒容过程，有 即
， ，由此得到
（3.43）
3.4连续釜式反应器的反应体积
注意：
反应器内C、T恒定，不随时间变化，也不随位置变化。
所以其内的
在各点处相同，也不随时间变化--等速
反应器。
当同时进行多个反应时，只要进出口组成和Q0已知， 就可以针对一个 组分求出反应体积Vr（如式3-43所示）。
在时间间隔dt内，对整个反应器做关键 组分i的物料衡算
釜式反应器的物料衡算式 反应物 为负
反应产物 为正
3.1釜式反应器物料衡算方程
如果在定态下操作的反应器，累积速率为零，则式(3.3) 化为
（3.4） 即连续釜式反应器的物料衡算式
如果采用间歇操作，无物料的输入、输出，即Q = Qo = 0，则
（3.5） 即间歇釜式反应器的物料衡算式
第三章—釜式反应器
绪论
操作方式：间歇、连续、半间歇
间歇操作 （batch reactor）
连续釜式反应器
（continuous stirred tank reactor(CSTR)）
用途：绝大多数用作有液相参与的反应，如：气液、 液固、液液及气液固反应
绪论
釜式反应器内有搅拌装置 假定：反应区内反应物料的浓度均一，进而可
定义为：
那么通过求解
3.2等温间歇釜式反应器的计算（单一 反应）
生产费用最低：单位质量 产品的总费用
t
3.3等温间歇釜式反应器的计算（复合 反应）
一、平行反应
在等温间歇反应器中，设进行的反应为一平行反应：
A→P rp=k1CA A→Q rQ=k2CA 根据物料衡算可以得到：
P为目的产物
其中只有两个独立反应（当然只要两个方程就够了）。