连续搅拌釜式反应器
理想混合连续搅拌釜式反应器(CSTR)
理想混合状态
物料在反应器内达到完全混合，不存在浓度和温度 的梯度分布。
反应器内各点的物料性质（如浓度、温度等）完全 相同，且随时间保持不变。
在理想混合状态下，反应器的性能达到最优，反应 效率和产物质量得到保证。
03
CSTR反应器的数学模型
物料平衡方程
进入反应器的物料流量与离开 反应器的物料流量相等，即输 入等于输出。
用于连续加入反应物和排出产物，实现连续化生产 。
工作流程
01
02
03
04
物料进入
反应物通过进料口连续加入反 应器内。
充分混合
在搅拌装置的作用下，物料在 反应器内充分混合，达到浓度 和温度的均匀分布。
反应进行
在适宜的反应条件下，物料在 反应器内进行化学反应。
产物排出
反应完成后，产物通过出料口 连续排出反应器。
100%
平均停留时间
表示物料在反应器内的平均停留 时间，影响反应器的生产能力和 产品质量。
80%
停留时间分布曲线
通过实验测定，可直观反映反应 器内物料的停留时间分布情况。
转化率与选择性
转化率
表示原料在反应器内转化为产 品的程度，是衡量反应器性能 的重要指标。
选择性
表示在给定转化率下，生成目 标产物的能力，反映反应器的 选择性能。
THANK YOU
感谢聆听
缺点与挑战
能耗较高
连续搅拌过程需要消耗大量能量，导致CSTR反应器的能耗相对较 高。
设备复杂度高
CSTR反应器结构复杂，涉及搅拌、传热、传质等多个过程，设备 设计、制造和维护难度较大。
放大效应
在将实验室规模的CSTR反应器放大至工业生产规模时，可能会遇到 放大效应问题，影响反应器的性能和产物质量。
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》
连续搅拌釜式反应器(CSTR)控制系统设计 连续
连续连续搅拌釜式反应器搅拌釜式反应器搅拌釜式反应器（（CSTR ）控制系统设计1. 前言连续搅拌釜式反应器（continuous stirred tank reactor ，简称为CSTR ）是聚合化学反应中广泛使用的一种反应器，该对象是过程工业中典型的、高度非线性的化学反应系统。
在早期反应釜的自动控制中，将单元组合仪表组成位置式控制装置，但是化学反应过程一般都有很强的非线性和时滞性，采用这种简单控制很难达到理想的控制精度。
随着计算机技术和PLC 控制器的发展，越来越多的化学反应采用计算机控制系统，控制方法主要为数字PID 控制。
但PID 控制是一种基于对象有精确数学模型的线性过程，而CSTR 模型最主要的一个特征就是非线性，因此PID 控制在这一过程中的应用受到限制。
随着现代控制理论和智能控制的发展，更加先进有效的控制方法应用于CSTR 的控制，如广义预测控制，神经模糊逆模PID 复合控制，自抗扰控制，非线性最优控制，基于逆系统方法控制，基于补偿算子的模糊神经网络控制，CSTR 的非线性H ∞控制等。
但任何一种复杂的化工反应过程都不能用一种简单的控制方式达到理想的控制效果。
目前先进的反应釜智能控制技术就是将智能控制理论和传统的控制方法相结合，如钟国情、何应坚等于1998年对基于专家系统的CSTR 控制系统进行了研究[1]，宫会丽、杨树勋等于2003年发表了关于PID 参数自适应控制的新方法[2]，冯斌、须文波等于1999年阐述了利用遗传算法的寻优PID 参数的模型参考自适应控制方法等[3]。
但由于这些控制方法的算法比较复杂，在算法的工程实现、现场调试及通用型方面存在着局限性，因此研究一种相对简单实用的CSTR 控制方法，更易为工程技术人员所接受。
本文在对CSTR 过程及其数学模型进行详细分析的基础上，针对过程的滞后性，采用Smith 预估算法与PID 控制相结合的方法实现CSTR 过程的控制，该方法具有实用性强及控制方法简单等特点，基于西门子PCS7系统完成了CSTR 过程控制系统设计。
第五章釜式连续反应器
n为搅拌器转数；d为搅拌器叶轮直径；NQR为无因次准 数。在有挡板的条件下，对于推进式叶轮NQR=0.5；
对 于 涡 轮 式 叶 轮 ( 六 叶 ， 宽 径 比 为 1:5) ，
NQR=0.93D/d(用于Re104，D为反应器内径； d为搅
拌器桨径)。
连续釜式反应器在结构上通常与间歇釜式反应 器相同。其常见的进出料方式如下
①已知反应釜串联的个数n以及反应体积VR(也就 是停留时间τ)，求终点转化率xAf ②已知终点转化率xAf，求串联的个数n(已知反应 体积，即停留时间τ) ③已知终点转化率xAf，求反应体积VR(已知串联 的个数n)
第五章 连续釜式反应器
5.1 连续釜式反应器的特点及应用 5.2 连续釜式反应器的设计 5.3连续釜式反应器的并联与串联 5.4釜式反应器的热量衡算与定态操作 5.5返混对复杂反应产品分配的影响
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。
FV0CA0=FVfCAf+ rAVR
液相反应时，可视为恒容，FV0=FVf；而且稳态 操作时，xA=xAf，CA=CAf，于是
VR
FV 0 (CA0 rA
-CA)
由于
xA
CA0 - CA CA0
所以
VR
=
FV 0CA0 xA rA
这就是等温恒容液相连续釜式反应器的设计方程。
在给定操作条件以及反应的动力学方程后，可由 简单的代数计算求得反应体积。
CA2 1+ k3 3
CAn-1 1 kn n
实验1连续搅拌釜式反应器停留时间分布的测定
实验1连续搅拌釜式反应器停留时间分布的测定实验⼀连续搅拌釜式反应器停留时间分布的测定⼀、实验⽬的(1) 加深对停留时间分布概念的理解； (2) 掌握测定液相停留时间分布的⽅法； (3) 了解停留时间分布曲线的应⽤。
(4)了解停留时间分布于多釜串联模型的关系，了解模型参数N 的物理意义及计算⽅法。
(5) 了解物料流速及搅拌转速对停留时间分布的影响。
⼆、实验原理（1）停留时间分布当物料连续流经反应器时，停留时间及停留时间分布是重要概念。
停留时间分布和流动模型密切相关。
流动模型分平推流，全混流与⾮理想流动三种类型。
对于平推流，流体各质点在反应器内的停留时间均相等，对于全混流，流体各质点在反应器内的停留时间是不⼀的，在0～∞范围内变化。
对于⾮理想流动，流体各质点在反应器内的停留时间分布情况介乎于以上两种理想状态之间，总之，⽆论流动类型如何，都存在停留时间分布与停留时间分布的定量描述问题。
（2）停留时间分布密度函数E (t )停留时间分布密度函数E (t )的定义：当物料以稳定流速流⼊设备（但不发⽣化学变化）时，在时间t =0时，于瞬时间dt 进⼊设备的N 个流体微元中，具有停留时间为t 到(t +dt )之间的流体微元量dN 占当初流⼊量N 的分率为E (t )dt ，即()=dNE t dt N(1) E (t )定义为停留时间分布密度函数。
由于讨论的前提是稳定流动系统，因此，在不同瞬间同时进⼊系统的各批N 个流体微元均具有相同的停留时间分布密度，显然，流过系统的全部流体，物料停留时间分布密度为同⼀个E (t )所确定。
根据E (t )定义，它必然具有归⼀化性质：()1∞=?E t dt （2）不同流动类型的E (t )曲线形状如图1所⽰。
根据E (t )曲线形状，可以定性分析物料在反应器（设备）内停留时间分布。
平推流全混流⾮理想流动图1 各种流动的E (t )～t 关系曲线图（3）停留时间分布密度函数E (t )的测定停留时间分布密度函数E (t )的测定，常⽤的⽅法是脉冲法。
CSTR 反应器
CSTR 反应器：质量平衡表达式CSTR 反应器（连续搅拌釜反应器）是化学或生物化学工业中非常普遍的一类反应器。
反应器有一个入口和一个出口，并被完美地搅拌。
本页重点介绍将一般质量平衡方程应用于CSTR 反应器。
1、CSTR反应器连续搅拌釜反应器配备有反应物入口和反应器内容物出口，它们在反应器操作期间连续进行。
反应器装有搅拌器，假定它可以有效地搅拌反应介质。
一般的质量平衡方程可以用以下方式表示：入口= 出口+ 消耗+ 累积表达式的每个组成部分的单位是材料流量：例如mol/s。
在下面的应用中，我们考虑考虑的CSTR 反应器的情况是：•完美搅拌：反应器反应介质中任何一点的浓度相同•等温线2. CSTR反应器完全搅拌并处于稳定状态：物料平衡让我们假设反应物 A 和 B 被引入反应器。
反应A +B =C +D生成 C 和D。
入口处只有 A 和B，但在出口流中我们可以发现 A 和 B 未反应，而 C 和D。
与在反应发生时浓度始终变化的间歇式和半间歇式反应器相反，CSTR 反应器具有在稳态下运行的特性，这意味着在入口和出口之间找到平衡，可以防止积累（正或负）在反应器中。
稳态意味着：dnA/dt = dnB/dt = dnC/dt = dnD / dt = 0除了反应器处于稳定状态外，反应体积不会随时间变化，这意味着我们可以直接使用材料平衡方程中的体积V。
将反应器完全搅拌的事实也有助于表达反应物和产物的消耗/产生，因为它可以表示为反应速度与体积(r'V) 和浓度的乘积。
完全搅拌意味着：[A]reactor = [A]out[B]reactor = [B]out[C]reactor = [C]out[D]reactor = [D]out每个组分的质量平衡将如下（r'是消耗速度，r是形成速度）：反应性AQ输入*[A]输入= Q输出*[A]输出 + r' A .V + 0反应BQ in *[B] in = Q out *[B] out + r' B .V + 0产品C0 = Q输出*[C]输出+ r C .V + 0产品D0 = Q输出*[D]输出+ r D .V + 03. CSTR反应器搅拌完美且处于稳定状态：反应速度反应速度系统可以由上述方程表示如下：r' A = (Q in .[A] in - Q out *[A] out )/Vr' B = (Q in .[B] in - Q out *[B] out )/Vr C =Q输出*[C]输出/Vr D = Q输出*[D]输出/V这些是稳态CSTR 的特征方程。
连续搅拌釜式反应器(CSTR)控制系统设计 连续
连续连续搅拌釜式反应器搅拌釜式反应器搅拌釜式反应器（（CSTR ）控制系统设计1. 前言连续搅拌釜式反应器（continuous stirred tank reactor ，简称为CSTR ）是聚合化学反应中广泛使用的一种反应器，该对象是过程工业中典型的、高度非线性的化学反应系统。
在早期反应釜的自动控制中，将单元组合仪表组成位置式控制装置，但是化学反应过程一般都有很强的非线性和时滞性，采用这种简单控制很难达到理想的控制精度。
随着计算机技术和PLC 控制器的发展，越来越多的化学反应采用计算机控制系统，控制方法主要为数字PID 控制。
但PID 控制是一种基于对象有精确数学模型的线性过程，而CSTR 模型最主要的一个特征就是非线性，因此PID 控制在这一过程中的应用受到限制。
随着现代控制理论和智能控制的发展，更加先进有效的控制方法应用于CSTR 的控制，如广义预测控制，神经模糊逆模PID 复合控制，自抗扰控制，非线性最优控制，基于逆系统方法控制，基于补偿算子的模糊神经网络控制，CSTR 的非线性H ∞控制等。
但任何一种复杂的化工反应过程都不能用一种简单的控制方式达到理想的控制效果。
目前先进的反应釜智能控制技术就是将智能控制理论和传统的控制方法相结合，如钟国情、何应坚等于1998年对基于专家系统的CSTR 控制系统进行了研究[1]，宫会丽、杨树勋等于2003年发表了关于PID 参数自适应控制的新方法[2]，冯斌、须文波等于1999年阐述了利用遗传算法的寻优PID 参数的模型参考自适应控制方法等[3]。
但由于这些控制方法的算法比较复杂，在算法的工程实现、现场调试及通用型方面存在着局限性，因此研究一种相对简单实用的CSTR 控制方法，更易为工程技术人员所接受。
本文在对CSTR 过程及其数学模型进行详细分析的基础上，针对过程的滞后性，采用Smith 预估算法与PID 控制相结合的方法实现CSTR 过程的控制，该方法具有实用性强及控制方法简单等特点，基于西门子PCS7系统完成了CSTR 过程控制系统设计。
2.5 理想混合连续搅拌釜式反应器(CSTR)
将出口处的浓度、温度等参数代入得到出口处反应速率，将其代入基础
设计式即得。
如：恒温恒容不可逆反应
1 k
CA0 xA
n=0 n=1
CA0 xA kCA0 (1 xA)
xA k(1 xA)
n=2
CA0 xA
kC
2 A0
(1
xA )2
kCA0
x
A
(1
x
A
)2
图解法
在连续操作釜式反应器内，过程参数与空间位置、时间无关， 各处的物料组成和温度都是相同的，且等于出口处的组成和温度。
连续操作釜式反应器适用于产量大的产品生产，特别适宜对温 度敏感的化学反应。容易自动控制，操作简单，节省人力。稳定性 好，操作安全。
单个连续操作釜式反应器（1－CSTR）
基础设计式
连续操作釜式反应器 单个连续釜 多个串联连续釜
理想混合连续搅拌釜式反应器（CSTR）
连续操作釜式反应器的结构和间歇操作釜式反应器相同，但进 出物料的操作是连续的，即一边连续恒定地向反应器内加入反应物， 同时连续不断地把反应产物引出反应器。这样的流动状况很接近理 想混合流动模型或全混流模型。
例3-5、例3-6讲解
多个串联连续操作釜式反应器（N－CSTR）
为什么要采用N－CSTR代替1－CSTR？
由于1－CSTR存在严重的返混，降低了反应速率，同时容易在某些反应中导 致副反应的增加。
为了降低逆向混合的程度，又发挥其优点，可采用N－CSTR，这样可以使 物料浓度呈阶梯状下降，有效提高反应速率；
例题讲解。
图解法
适用于级数较高的化学反应，特别适于非一、二级反应，但只适于（rA）能用单一组分表示的简单反应，对复杂反应不适用。
03 第三章 釜式反应器1
（3-6）
nA0 dX A Vr R A
（3-7）
（3-7）适用于多相，均相及等温，非等温的间歇 反应过程
义：
nA0 c A0 Vr
X Af 0
∴
t c A0
1 dX A R A
（3-8）
若进行a级单一不可逆反应
R A rA k c A
LOGO
化学反应工程
第三章 釜式反应器
1
LOGO
第三章—釜式反应器
连续搅拌釜式反应器
重点掌握: 等温间歇釜式反应器的计算（单一反应、平行与连串反应）。 连续釜式反应器的计算 。 空时和空速的概念及其在反应器设计计算中的应用。 连续釜式反应器的串联和并联。 釜式反应器中平行与连串反应选择性的分析，连接和加料方式 的选择。 连续釜式反应器的质量、热量衡算式的建立与应用。 深入理解： 变温间歇釜式反应器的计算。 广泛了解： 串联釜式反应器最佳体积的求取方法。 连续釜式反应器的多定态分析与计算。 产生多定态点的原因，着火点与熄火点的概念。
j 1
M
（3-2）
ij
关键组分i 在第j个独立均 相反应中的化学计量数
反应物: 产物:
Ri 0
Ri 0
I. 定态操作，累积速率dni/dt，则式（3-1）化为
连续釜式反应器的物料衡算式
Q0 ci 0 Qci Vr i j rj
j 1
M
i 1, 2,, K
（3.4）
dFR 令： dt 0
（3-15）
根据函数求极值方法，目标函数对t求导， （3-16）
dcR cR 得： dt t t0
（3-17）
（3-17）即为FR最大时必须满足的条件，此 时的t即为最优反应时间tm。
连续搅拌釜式反应器液相反应动力学实验思考题
连续搅拌釜式反应器液相反应动力学实验思考
题
连续搅拌釜式反应器液相反应动力学实验思考题：
1. 在不同的流动速率下、不同的操作压力条件下，釜式反应器的
动力学特性如何改变？
2. 如何由釜式反应器的操作参数（如流动速率、投入相物质浓度、热载体流量等）决定釜式反应器的反应率？
3. 釜式反应器中反应物的前驱产物在反应过程中怎样变化？
4. 釜式反应器反应的ㄧ般的变化趋势如何？
5. 釜式反应器中传质的作用有哪些？
6. 不同物料混合的时候，釜式反应器应该如何操作？
7. 釜式反应器的孔隙结构是否会影响反应器的性能？
8. 釜式反应器操作的正确性如何保证？
9. 对反应条件有要求的反应器，应该如何确保釜内反应条件的均
一性？
10. 将釜内的反应温度升高的时候，釜式反应器会出现什么变化？。
cstr聚乙烯工艺
cstr聚乙烯工艺
CSTR（Continuous Stirred Tank Reactor）是连续搅拌釜式反应器的简称，这种反应器在化工领域被广泛用于各种化学反应过程，包括聚乙烯的生产。
在聚乙烯工业中，CSTR工艺通常与淤浆法结合使用，尤其是在生产高密度聚乙烯（HDPE）时。
淤浆法是一种早期的聚乙烯生产工艺，其特点是将催化剂悬浮在液态烃溶剂（如己烷）中形成淤浆，然后将淤浆引入到CSTR反应器中进行聚合反应。
在反应器内，乙烯单体在催化剂的作用下形成聚乙烯颗粒。
由于反应器内物料处于连续流动和混合状态，因此可以实现连续生产，并且相对容易控制反应条件。
CSTR工艺的优点在于能够提供较好的温度和浓度控制，因为搅拌使得反应物在反应器内的分布较为均匀。
此外，由于反应器内部是一个开放系统，可以通过改变进料速度来调整反应速率，从而满足不同的产品需求。
然而，CSTR工艺也有一些局限性，比如可能会出现局部过热或过冷的情况，导致产品质量不均。
此外，由于需要使用大量的溶剂，所以存在较高的能耗和环保问题。
随着时间的推移，气相法聚乙烯生产工艺因其操作压力低、流程简单、不需要溶剂等优点逐渐取代了淤浆法/CSTR工艺成为主流。
尽管如此，CSTR工艺依然在某些特殊应用场合或者特定类型的聚乙烯产品生产中占有一席之地。
实验二 连续搅拌釜式反应器液相反应的动力学参数测定
实验二 连续搅拌釜式反应器液相反应的动力学参数测定一、实验目的连续流动搅拌釜式反应器与管式反应器相比较，就生产强度或溶剂效率而论，搅拌釜式反应器不如管式反应器，但搅拌釜式反应器具有其独特性能，在某些场合下，比如对于反应速度较慢的液相反应，选用连续流动的搅拌釜式反应器就更为有利，因此，在工业上，这类反应器有着特殊的效用。
对于液相反应动力学研究来说，间歇操作的搅拌釜式反应器和连续流动的管式反应器都不能直接测得反应速度，而连续操作的搅拌釜式反应器却能直接测得反应速度。
但连续流动搅拌釜式反应器的性能显著地受液体的流动特性的影响。
当连续流动搅拌釜式反应器的流动状况达到全混流时，即为理想流动反应器——全混流反应器，否则为非理想流动反应器。
在全混流反应器中，物料的组成和反应温度不随时间和空间而变化，即浓度和温度达到无梯度，流出液的组成等于釜内液的组成。
对于偏离全混流的非理想流动搅拌釜式反应器，则上述状况不复存在。
因此，用理想的连续搅拌釜式反应器（全混流反应器）可以直接测得本征的反应速度，否则，测得的为表观反应速度。
用连续流动搅拌釜式反应器进行液相反应动力学，通常有三种实验方法：连续输入法、脉冲输入法和阶跃输入法。
本实验采用连续输入的方法，在定常流动下，实验测定乙酸乙酯皂化反应的反应速度和反应常数。
同时，根据实验测得不同温度下的反应速度常数，求取乙酸乙酯皂化反应的活化能，进而建立反应速度常数与温度关系式（Arrhenius formula ）的具体表达式。
通过实验练习初步掌握一种液相反应动力学的实验研究方法。
并进而加深对连续流动反应器的流动特性和模型的了解；加深对液相反应动力学和反应器原理的理解。
二、实验原理1．反应速度连续流动搅拌釜式反应器的摩尔衡算基本方程： dtdn dV r F F AvA A AO =---⎰)(0（1）对于定常流动下的全混流反应器，上式可简化为0)(=---V r F F A A AO （2） 或可表达为VF F r AAO A -=-)( （3）式中；AO F ——流入反应器的着眼反应物A 的摩尔流率， 1-⋅smol ；A F ——流出反应器的着眼反应物A 的摩尔流率， 1-⋅smol ；)(A r -——以着眼反应物A 的消耗速度来表达的反应速度，13--⋅⋅sm mol ；由全混流模型假设得知反应速度在反应器内一定为定值。
连续搅拌釜式反应器详解
3.参考下列表格记录测定反应速率和反应速率常数的实验数据
实 验 序 号 1 2 3 4 5
反应温度T/℃
反应体积V/L 总体积流率Vs,0/L· min-1 反应物A的 出口浓 度 U/mV
(U-Uf)/mV
CA/mol· L-1
4.参考下列表格整理实验数据
实 验 组 号
反应温度T/K 空间时间/min 反应速率（-rA）/ mol· L-1· min-1 反应速率常数k/L· mol-1· min-1 (1) (2) (3) (4)
式中：τ=V/Vs,0，即为空间时间。对于恒容过程，进出口又无 返混时，则空间
时间也就是平均停留时间。因此，当V和Vs,0一定时，只要实验测得CA,0和CA， 即可直接测得在一定温度下的反应速率(-rA)。
2. 反应速率常数
CH3COOC2H5（A）+NaOH（B）→CH3COONa（C）+C2H5OH（D） 因为该反应为双分子反应，则反应速率方程为： (-rA)=kCACB 本实验中，反应物A和B采用相同的浓度和相同的流率，则上式可简为： (-rA)=kCA2 将上式线性化后，可得：lg(-rA)=2lgCA+lgk 当反应温度T和反应器有效容积V一定时，可利用改变流率的方法，测得 不同CA下的反 应速率（-rA）。由lg（-rA）对lgCA进行标绘，可得到一条 直线。由直线的截距lgk 求取k值。或用最小二乘法进行线性回归求得k 值。
2.
3.测定反应速率和反应速率常数的实验步骤
（1）停止加热和搅拌后，将反应器内的纯水放尽。启 动并调定计量泵，同时以等流率向器 内加入料液A和 B。待液面稳定后，启动搅拌器和加热器并控制转速和 温度恒定。当搅拌转速 在600r· min-1 时，总体积流率 在2.7~16L· h-1（相当于计量泵显示10~60 r·min-1）范围 （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值数据。
连续操作釜式反应器课件
对于可能发生的突发情况，应制定相应的应急处理措施，并进行定期 演练，以确保操作人员在关键时刻能够迅速、准确地应对。
危险化学品管理
化学品分类
对连续操作釜式反应器涉及的化学品进行分类，明确各类化学品 的危险性，为后续的管理提供依据。
化学品储存
化学品应存放在专门的储存区域，确保储存环境符合化学品的要求， 防止因储存不当导致的安全事故。
反应器内温度异常会影响反应效 果和产品质量，通过温度传感器 实时监测，并结合反应过程数据
进行诊断。
搅拌不均匀
搅拌系统故障会导致反应物混合 不均匀，通过观察搅拌电流、搅 拌桨转速等参数，以及反应物取
样分析进行诊断。
故障预防措施
01
02
03
定期检查
定期对连续操作釜式反应 器及其附属设备进行检查， 确保设备处于良好状态。
易于控制
通过调节进料速率、温度、压 力等操作参数，实现对连续操 作釜式反应器的灵活控制。
适合于大规模生产
连续操作釜式反应器适用于工 业化生产，满足大批量生产需求。
连续操作釜式反应器的应用领域
化工领域
连续操作釜式反应器广泛应用于合成 气、合成氨、合成甲醇等化工生产过 程中。
医药领域
在医药领域，连续操作釜式反应器可 用于合成抗生素、维生素等药物的生 产。
02 03
技术创新
为适应新能源材料制备的需求，连续操作釜式反应器在结 构、材质和控制系统等方面进行了多项创新。例如，采用 新型陶瓷材料增强设备的耐腐蚀性，设计特殊结构的电极 以提高电化学反应效率等。
应用前景
随着新能源产业的快速发展，连续操作釜式反应器在新能 源材料制备领域的应用前景日益广阔。例如，可用于锂离 子电池正极材料的合成、燃料电池催化剂的制备以及太阳 能电池材料的生产等。
带搅拌釜式反应器CSTR系统控制方案
带搅拌釜式反应器CSTR系统控制方案带搅拌釜式反应器（Continuous Stirred Tank Reactor，简称CSTR）是一种常见的化学反应器，其具有连续投料、连续排出产物和持续搅拌混合等特点，广泛应用于化学工业中的各种反应过程。
CSTR系统的控制方案主要包括反应温度控制、反应物进料控制和产物排放控制等。
本文将从这三个方面对CSTR系统的控制方案进行详细阐述。
1.反应温度控制：反应温度是CSTR系统中一个重要的控制参数，过高或过低的反应温度都会对反应过程产生负面影响。
因此，反应温度的控制对于保证反应过程的高效进行至关重要。
一种常见的反应温度控制方案是PID控制器控制。
PID控制器通过调节加热或冷却系统来维持反应器的温度在设定值附近。
具体控制过程如下：(1)从反应器中测量反应温度；(2)将测量值与设定值进行比较，得到误差；(3)根据误差计算出控制增益，控制增益由PID控制器自动调整；(4)控制增益根据设定算法调节加热或冷却系统，使反应器的温度趋向于设定值。
2.反应物进料控制：反应物进料对于反应过程的速率和效率具有重要影响。
控制反应物的进料量可以保证反应过程以合适的速率进行。
一种常见的反应物进料控制方案是基于反馈控制的PID控制器。
具体控制过程如下：(1)从反应器中测量反应物的浓度；(2)将测量值与设定值进行比较，得到误差；(3)根据误差计算出控制增益，控制增益由PID控制器自动调整；(4)控制增益根据设定算法调节反应物进料系统，使反应物的浓度趋向于设定值。
3.产物排放控制：产物排放是CSTR系统中的另一个重要环节。
合理控制产物的排放可以保证反应过程的稳定性和安全性。
一种常见的产物排放控制方案是基于反馈控制的PID控制器。
(1)从反应器中测量产物的浓度；(2)将测量值与设定值进行比较，得到误差；(3)根据误差计算出控制增益，控制增益由PID控制器自动调整；(4)控制增益根据设定算法调节产物排放系统，使产物的浓度趋向于设定值。
反应工程实验 答案
反应工程实验实验 1 连续搅拌釜式反应器液体停留时间分布及其流动模型的测定⑴ 何谓返混？答：返混是指不同的停留时间的微团之间的混合。
⑵ 返混的起因是什么？答：器内反应流体的流动状态、混合状态以及器内的传热性能等。
⑶ 限制返混的措施有那些？答：器内反应流体的流动状态和混合状态的复杂性，反应流体在反应器内浓度、温度和速度的分布造成返混。
⑷ 测定停留时间分布的方法有那些？答：脉冲法、阶跃法、周期示踪法和随机输入示踪法⑸ 本实验采用哪种方法？答：脉冲示踪法。
⑹ 何谓示踪剂？答：平推流和理想混合流。
⑺ 对于示踪剂有什么要求？答：反应器出口的反应物料的各质点具有不同的停留时间。
⑻ 本实验采用什么示踪剂？答：饱和KCL溶液。
⑼ 为什么说返混与停留时间分布不是一一对应的？答：器内物料的返混会导致各种不同的停留时间分布而有停留时间分布的反应器，器内未必一定有返混存在。
⑽ 为什么可以通过测定停留时间分布来研究返混？答：在定常态下的连续流动的系统中，相对于某瞬间的流入反应器的流体，在反应器出口流体的质点中在器内停留了⊿t的流体的质点所占的分率。
⑾ 模型参数与实验中反应釜的个数有何不同？答：多级全混流模型。
⑿ 模型参数与实验中反应釜的个数为什么不同？答：不同。
模型参数N的数值可检验理想流动反应器和度量非理想流动反应器的返混程度。
当实验测得模型参数N值与实际反应器的釜数相近时，则该反应器达到了理想的全混流模型。
若实际反应器的流动状况偏离了理想流动模型，则可用多级全混流模型来模拟其返混情况，用其模型参数N值来定量表征返混程度。
⒀ 如何保证各釜有效容积相等？答：要保持水的流量和釜内波面高度稳定。
⒁ 本次实验用什么来测电导率？如何清理？答：铂黑电极。
用丙酮清洗。
⒂ 实验过程中如何保持操作条件的恒定和测定仪器的稳定？答：每次实验前，需检查校正电导率仪指针的零点和满量程；保持电极插头洁净，用最好用丙酮擦拭干净；防止电极上气泡的形成，一旦有气泡必须及时清除(放水控干)。
化学反应工程-连续流动釜式反应器
表3－5列出了平推流反应器和全混流反应器的反应
结果比较，其中 VR ，这是对等容过程而言。
V0
平推流反应器与全混流反应器的比较
补充知识点：空时与空速的概念：
空时：
Vr V0
反应体积 进料体积流量
（因次：时间）
表明 Vo , 处理能力
空速：
1 V0 FA0
Vr cA0Vr
因次 :时间-1
V0, N A0,CA0
X A0 0
N A,CAf X Af
式中 (rA) f 指按出口浓度计算的反应速率。
全混流反应器在出口条件下操作，当 出口浓度较低时，整个反应器处于低 反应速率状态。
若 xA0 0 ,则由物料衡算方程
[A流入量]－[A流出量]－[ A反应量]＝0
NA '
NA
(rA ) f VR
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＝∞
二、全混流反应器计算的基本公式
1. 反应器体积VR 衡算对象：关键组分A
V0, N A0,CA0
X A0 0
N A,CAf X Af
衡算基准：整个反应器（VR） 稳定状态：
如何确定反应器级数m和各级的体积，使总体积最小。 反应器级数越多,反应推动力增大,但设备投资、工艺流 程和操作控制变得复杂，因此需要综合考虑。 以下讨论，当物料处理量V0、进料组成及最终转化率 XAm和反应器级数m确定后，如何最佳分配各级转化率xA1、 xA2、……、xAm－1，使VR最小。
对于等温等容过程，各级反应器体积为
上述公式均为普遍式，全混流反应器一般为等 温反应器，公式可用于等容过程和非等容过程。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3. 质量检测
本实验中采用电导方法测量反应物A的浓度变化。 对于乙酸乙酯皂化反应，参与导电的离子 有Na+、OH-和CH3COO-。Na+在反应前后浓 度不变，OH-的迁移率远大于CH3COO-的迁移率。随 着反应的进行，OH-不断减少，物 系的电导值随之不断下降。因此，物系的电导值的变化与CH3COOH的浓度变化成正 比，而由电导电极测得的电导率L与其检测仪输出的电压信号U也呈线性关系，则如 下关系式成立：
续搅拌釜式反应器液相反应的速 率常数测定 一、实验目的
本实验采用连续流动搅拌釜式反应器进 行液相反应动力学研究。实验用连续输入 的方法，在定常流动下，测定乙酸乙酯皂 化反应的反应速率和反应速率常数。
二、实验原理
1. 2.
3.
反应速率 反应速率常数 质量检测
1. 反应速率 连续流动搅拌釜式反应器的摩尔衡算基本方程：
FAO-FA-∫0V(-rA)dV=dnA/dt
对于定常流动下的全混流反应器，上式可简化为：
FAO-FA-(-rA)V=0→ (-rA)= FAO-FA /V
对于恒容过程而言，流入反应器的体积流率Vs,0等于流出反应器的体积流率Vs。 若反应物A的起始浓度为CA,0，反应器出口亦即反应器内的反应物A的浓度为 CA，则上式可改写为：(-rA)= （CA,0-CA）/（V/Vs,0）=（CA,0-CA）/τ
2. 标定浓度曲线的实验步骤
3.测定反应速率和反应速率常数的实验步骤
（1）停止加热和搅拌后，将反应器内的纯水放尽。启 动并调定计量泵，同时以等流率向器 内加入料液A和 B。待液面稳定后，启动搅拌器和加热器并控制转速和 温度恒定。当搅拌转速 在600r· min-1时，总体积流率 在2.7~16L· h-1（相当于计量泵显示10~60 r·min-1）范围 内，均可接近全混流。 （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值。 （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值数据。
CA/mol· L-1
4.参考下列表格整理实验数据
实 验 组 号
反应温度T/K 空间时间/min 反应速率（-rA）/ mol· L-1· min-1 反应速率常数k/L· mol-1· min-1 (1) (2) (3) (4)
1
2
3
4
5
相关系数R/活化能
(5)
(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?
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时的电压信号值； K——比例系数。 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
计算:K=(CA,0-CA,f)/(U0-Uf)=
最后得到CA与U的函数关系式:CA=K(U-Uf)=
3.参考下列表格记录测定反应速率和反应速率常数的实验数据
实 验 序 号 1 2 3 4 5
反应温度T/℃
反应体积V/L 总体积流率Vs,0/L· min-1 反应物A的 出口浓 度 U/mV
(U-Uf)/mV
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。
5. 实验注意事项
（1）实验中所用的溶液都必须新鲜配置，确保溶 液浓度准确。同时，配制溶液用水必须是 电导 率≤10-6S· cm-1的纯水。NaOH和CH3COO C2H5料 液桶必须密封。 （2）在浓度标定实验中，每次向电导池装新的试 验液时，必须将电导池按要求冲洗干净。 （3）对于液相反应动力学实验，必须要保证浓度、 温度和流率保持恒定和测量准确。因此 ，要有 足够的稳定时间。
溶液和浓度为0.01mol·L-1的CH3COONa水溶液。在预定的反应温度下，分别进行电
导测定，测得电压信号分别为U0和Uf ，由此可确定上式中的比例常数K值。
四、实验步骤
1. 实验前的准备 2. 标定浓度曲线的实验 3.测定反应速率和反应速率常数的实验步骤 4. 实验结束工作
1. 实验前的准备 （1）新鲜配置0.02 mol· L-1的NaOH和CH3COO C2H5水溶液，分别存放于料液 贮槽，并严加密封。 （2）新鲜配制0.01mol· L-1的NaOH和NaAc水溶 液，以供浓度标定曲线之用。 （3）启动并调整好控温仪、测速仪和计算机等电 子仪器，并调好软件的数据采集程序。
式中：τ=V/Vs,0，即为空间时间。对于恒容过程，进出口又无 返混时，则空间
时间也就是平均停留时间。因此，当V和Vs,0一定时，只要实验测得CA,0和CA， 即可直接测得在一定温度下的反应速率(-rA)。
2. 反应速率常数
乙酸乙酯皂化反应为双分子反应： CH3COOC2H5（A）+NaOH（B）→CH3COONa（C）+C2H5OH（D） 因为该反应为双分子反应，则反应速率方程为： (-rA)=kCACB 本实验中，反应物A和B采用相同的浓度和相同的流率，则上式可简为： (-rA)=kCA2 将上式线性化后，可得：lg(-rA)=2lgCA+lgk 当反应温度T和反应器有效容积V一定时，可利用改变流率的方法，测得 不同CA下的反 应速率（-rA）。由lg（-rA）对lgCA进行标绘，可得到一条 直线。由直线的截距lgk 求取k值。或用最小二乘法进行线性回归求得k 值。
（1）向反应器中加入纯水；启动搅拌器并将转速调至600r· min-1； 启动加热和 恒温装 置，并设定所需反应温度值；待温度恒定后， 将装有0.01mol· L-1的NaOH的试液和铂 黑电极 的试管（电导池）插 入反应器，启动数据采集软件，测定该温度下，与溶液浓度相应的 电压 信号。待电压值稳定后，取曲线平直段的平均值，即为U0值。 （2）用上述类同的方法，将装有0.01 mol· L-1NaAc的电导池插入 反应器，测得与0. 01 mol· L-1NaAc浓度相应的电压值Uf。安装电 导池时要注意，试管（电导池）内的电极距离管底10mm，液面高 出电极10mm。试管液 面低于反应器液面10mm以下为宜。为了使 试管内溶液的温度迅速均匀恒定，先可略为搅动一 下。每次向电导 池装试液时，都先要用电导水冲洗试管和电极三次，接着用被测液 再冲洗三 次。若要求在不同温度下进行实验，则可在设定温度下重 复上述实验步骤。一般可在25℃和35℃ 两种温度下进行实验。
五、实验结果
1. 记录实验设备和操作基本参数 反应釜的体积:V= L mol· L-1 mol· L-1 NaOH料液浓度:C′B,0=
CH3COOC2H5料液的浓度:C′A,0=
搅拌转速:r=
当CA,0=CB,0=
r· min-1
mol· L-1时，测得U0= mV； mV；
2.记录浓度与电压信号值函数关系的实验数据 CA,f=0, CC,f=CA,0= mol· L-1时，测得Uf=