3-釜式反应器

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
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：，有进有出。
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)
3.3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
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：
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
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
（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）。
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）
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
（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
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
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、
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
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）。
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