均相反应器0
第二章均相反应与理想反应器(一)
（1）单一反应 没有平行、顺序及可逆反应同时存在的单一反应包 括各级反应在内，它们的解析比较方便,对A→R型的一 级反应。 dC A （2－9） A kcC A d 如初始浓度为CAo，则积分锝
第二章 均相反应及理想反应器
1、 按操作的连续性分类： 反应器可分为间歇反应器，半间歇反 应器和连续反应器。
间歇反应器是原料一次装入，反应到 规定程度后再将物料取出，在反应过程中 物料组成与浓度均随时间在不断变化。 连续反应操作时，反应物和产物是在 连续稳定地加入和引出，其特征是反应进 行的程度可能随反应器的位置而变化，但 不随时间变化。
NA
0
x
0
xA dxA dxA C A0 0 ( )(1 x ) ( A )V0 (1 A xA ) A A A
（２－８）
对于不同的反应速率可有不同的积分式，现对主要反 应讨论如下。
第二章 均相反应及理想反应器
第三章 理想流动均相反应器设计
W
（4）计算反应体积
VR v0 (t t) 0.2673 (7.649 0.5) 2.178(m3 )
第3章 理想流动均相反应器设计
● 设计计算步骤
（5） 根据物料特性确定装料系数 ，计算反应器体积
Vt
VR f 2.178 0.75 2.904(m3 )
对于沸腾或鼓泡的物料：
※ 相关问题讨论
3. 何谓物料粒子或流体微团？ 假定反应器内的物料是以粒子或微团构成的，这种粒子或微团是 大量分子的集合体，具有宏观线度，与宏观粒子相比，其大小可以说 是微不足道，但与单个原子或分子相比，又是一个很大的分子集团， 能反映出物料特性参量的统计规律。如： 单个分子 转化率
0 100%
；物料粒子
● 间歇釜操作优化——最佳反应时间
（1）问题分析
操作时间 t t0
不变； 单 位 时 间 产 量
t0
t
延长；
cAห้องสมุดไป่ตู้
减小；
rA
降低
最优操作时间
topt
tc
第3章 理想流动均相反应器设计
● 间歇釜操作优化——最佳反应时间
（2）建立目标函数 单时产量
最终总产量 总操作时间
PR VRCR t t0
第3章 理想流动均相反应器设计
● 设计计算步骤
（2） 查阅辅助时间计算每批次的操作时间，即
操作时间 (t t ) 7.649 0.5
（3）根据物料处理量计算单位时间内处理物料的体积量，即
272.684 v0 (m / h) 267.3( L / h) 0.2673 ( m 3 / h) 1.02
0
dxA rAV R
化学反应工程第三章均相理想反应器
第三章均相理想反应器反应器的开发主要有两个任务：1．优化设计—反应器选型、定尺寸、确定操作条件。
2．优化操作—根据实际操作情况，修正反应器的数学模型参数，优化操作条件。
最根本任务—最高的经济和社会效益。
3．1 反应器设计基础3．1．1反应器中流体的流动与混合理想反应器的分类对理想反应器（ideal reactor），主要讨论三种类型：1．间歇反应器(Batch Reactor—BR);2．平推流反应器(Plug /Piston Flow Reactor—PFR)；3．全混流反应器(Continuously Stirred Tank Reactor—CSTR)。
返混(back mixing)—不同停留时间的粒子之间的混合;混合(mixing)—不同空间位置的粒子之间的混合。
注意：返混≠混合！平推流—物料以均一流速向前推进。
特点是粒子在反应器中的停留时间相同，不存在返混。
T、P、C i随轴向位置变（齐头并进无返混，变化随轴不随径）。
全混流（理想混合）—物料进入反应器后能够达到瞬间的完全混合。
特点是反应器内各处的T、P、C i相同，物性不随反应器的位置变，返混达到最大。
3．1．2 反应器设计的基础方程反应器的工艺设计包括两方面的内容：1．由给定生产任务和原料条件设计反应器；2．对已有的反应器进行较核，看达到质量要求时，产量是否能保证，或达到产量时，质量能否保证。
反应器设计的基础方程主要是：1．动力学方程；2．物料衡算方程；3．热量衡算方程；4．动量衡算方程。
一、物料衡算方程对反应器内选取的一个微元，在单位时间内，对物质A有：进入量=排出量+反应消耗量+积累量(3.1-1)用符号表示：F in F out F r F b即：F in=F out+F r+F b(3.1-2) 1．对间操作，反应过程无进料和出料，即：F in=F out=0则：-F r=F b(3.1-4) 反应量等于负积累量。
2．对连续稳定操作，积累量为零，即：F b=0则F in=F out+F r（3.1-6）二、热量衡算方程对反应器内选定的微元，单位时间内的热量变化有：随物料流－随物料流＋与边界交＋反应热=积累热量入的热量出的热量换的热量符号：Q in Q out Q u Q r Q b入为正放热为正即：Q in－Q out＋Q u＋Q r=Q b(3.1-8) 1．对于稳定操作的反应器，热的积累为零，即：Q b=0Q in－Q out＋Q u＋Q r=0(3.1-9) 2．对稳态操作的绝热反应器，Q u=Q b=0，即：Q in－Q out＋Q r=0(3.1-10) 反应热全部用来升高或降低物料的温度。
化学工程中的反应器设计和流体力学
化学工程中的反应器设计和流体力学在化学工程中，反应器是重要的核心设备之一。
反应器的设计是化学生产工艺优化的关键环节，而流体力学是反应器设计中需要充分考虑的因素之一。
本文将从反应器设计与流体力学的角度，探讨化学工程中反应器的设计与优化过程。
一、反应器设计的基础知识反应器是化学反应的重要设备，它是将化学反应物料转化为所需的化学反应产物的核心设备。
在反应器中，反应物料按照一定比例混合后，根据反应式进行化学反应，最终获得所需的化学产物。
反应器的通用设计需要考虑多个因素，如反应物料的物理和化学性质，反应器的结构设计和设备操作条件，以及反应器的生产能力和可靠性等。
在反应器的设计中，必须深入了解化学反应的各种条件和技术特点，从而准确地计算反应器的生产能力，提高产量和质量。
二、反应器的类型和特点反应器的设计应该根据不同的用途和反应条件选择不同的反应器类型。
常见的反应器包括：均相反应器、搅拌反应器、流动床反应器、固定床反应器和反应器堆等。
不同反应器的特点和适用范围不同，在选择反应器时需要充分考虑化学反应的反应特点和工艺要求。
均相反应器，是指反应物和反应物、反应物和反应物产生反应时处于同种物理状态形成的反应器。
均相反应器包括：罐式反应器、反应蒸气合成器、管式反应器和流化床反应器等。
罐式反应器适用于反应物料型态稳定，反应过程无需搅动的情况。
反应蒸气合成器常用于高压情况下的合成和重要有机合成反应中。
管式反应器常用于液态或气态有机小分子的锁定反应，一般情况下常采用管式管状反应器，尺寸一般较小。
流化床反应器的主要特点是平均流速大，温度较均匀，反应物料分散均匀，应用于液态化学反应和气相催化反应。
搅拌反应器主要应用于液态反应，反应混合好均匀，反应速率增加，反应物料充分接触，反应物料反应活性显著提高。
搅拌反应器中，搅拌器可以将反应物料分散均匀，促进反应物料在反应器中均匀混合，提高反应速率和反应效果。
此种反应器不仅适用于多相反应，还适用于反应物料量较少、反应过程水平度较低的情况。
第三章 理想均相反应器设计041019155835
第三章理想均相反应器设计本章核心内容：从间歇釜反应器、稳态全混流反应器和平推流管式反应器这三种理想反应器的结构和流动特性出发，给出了它们数学模型的建立方法、不同反应过程中的反应体积设计公式和热量计算式以及具体的应用实例。
对这三种理想反应器性能进行了比较，特别是对稳态全混流反应器和平推流管式反应器及其组合内容进行了详细叙述。
针对不同反应过程讲述了优化设计方法。
化学反应工程学的主要目的是设计不同型式和大小的反应器，实现最佳的操作与控制，取得最佳的经济效益。
在用数学模型法来设计放大反应器的过程中，首先要了解进行化学反应的动力学特征、反应物的性质、产物的性质与分布，才能进行反应器的选型、操作方式的选择，进而进行反应器设计和计算。
由于生产中的化学反应器都很大，都或大或小存在着温度的差异和浓度的差异，都存在着动力消耗和反应器的各种结构的差异，对于实际生产中的化学反应过程一般很难做到反应物的温度、压力和流速完全均一，即非理想化。
这些差异给实际反应器的设计和放大带来了很大的困难。
实际反应过程的理想化是研究生产实践中千变万化的各种反应器的基础和前提，也是均相反应过程接近实际的反应器模型。
间歇釜式反应器（BSTR）、稳态全混流反应器(CSTR)和活塞流（平推流）管式反应器(PFR)，这三种理想反应器的设计原理具有普遍意义和广泛的应用性。
3-1 间歇釜式反应器3-2间歇釜示意图图3-1间歇釜式反应器如图3-1所示，间歇釜式反应器简称间歇釜，它的最大特点是分批装料和卸料。
因此，其操作条件较为灵活，可适用于不同品种和不同规格的液态产品生产，尤其适合于多品种而小批量的化学品生产，它在医药、助剂、添加剂、涂料、应用化学品等精细化工生产部门中经常得到应用，很少用于气相过程。
间歇釜的结构主要有釜体、搅拌装置、加热和冷却装置、进出料口和管件、温度和压力测量装置以及视孔、排污口和液位计等。
釜体上部釜盖用法兰与釜体连接，釜体上一般不开孔，都在釜盖上开孔用以安装管阀件，釜体上有四个吊耳用于固定反应釜，釜体外部是换热夹套。
均相反应器操作规程
均相反应器操作规程均相反应器操作规程一、操作目的均相反应器是一种广泛应用于化工生产中的反应器，其操作规程的目的是为了确保反应器操作的安全性、稳定性和有效性，以达到预期的生产效果。
二、操作前准备1. 检查反应器和相关设备的完整性和安全性，确保无泄漏和损坏。
2. 检查反应器的温度、压力等参数是否符合要求，并准备好所需的原料和催化剂。
3. 进行必要的装置和设备清洁，确保无杂质和污染。
4. 根据实际需要，准备好必要的工具和仪器设备。
三、操作步骤1. 打开反应器的进料阀门，并将原料逐渐投入反应器中，注意控制投料的速度和量。
2. 启动搅拌机械，根据反应物性质和反应过程控制要求调整搅拌速度。
3. 在反应过程中，根据需要适时添加催化剂或其他添加剂，注意控制添加量和添加方式。
4. 关注反应温度，根据反应动力学和反应条件及时调整加热或冷却设备，保持反应温度在合适的范围内。
5. 监测反应物的消失情况和生成物的形成情况，根据实际反应进程调整反应时间。
6. 反应结束后，关闭进料阀门和加热设备，停止搅拌机械，将反应液排空。
四、安全操作措施1. 在操作过程中严格遵守相关的安全操作规程，佩戴个人防护装备，如手套、护目镜等。
2. 在投料和添加剂时要注意控制速度和量，避免产生剧烈反应。
3. 要时刻关注反应温度和压力的变化，及时调整控制设备，避免过高的温度和压力造成反应器失控。
4. 反应物排空时要注意排气和排污的安全，避免产生有害气体的泄漏和环境污染。
五、事故应急处理1. 在发生反应过程中突发事故时，立即切断供料和加热设备，并启动应急救援措施。
2. 在发生泄漏、爆炸等情况时，根据现场实际情况采取安全措施，确保人员安全并防止事态扩大。
3. 及时报告相关部门和管理人员，积极参与事故处理和调查，总结经验教训并采取措施防范类似事故的发生。
六、操作记录和验收1. 对每一次反应操作都要进行详细记录，包括反应条件、操作过程和关键参数等。
2. 严格按照相关操作规程进行操作，并进行验收，确保符合生产要求和质量标准。
釜式及均相管式反应器PPT
对于反应 A R ，若要求产物R的浓度为cR，
则单位操作时间的产品产量PR为
PR
VRcR t t0
对反应时间求导，
dPR
VR [( t
t0
) dcR dt
cR
]
dt
( t t0 )2
并可由 dPR 0 ，得
dt
dCR CR dt t t0
3. 配料比
对反应 A B P S ，如动力学方程为 ( rA )V kcAcB 在工业上，为了使价格较高的或在后续工序中较 难分离的组分A的残余浓度尽可能低，也为了缩短 反应时间，常采用反应物B过量的操作方法。定义 配料比 m cBo / cAo，于是，等容液相反应过程中组分的 浓度 cB cB0 (cA0 cA ) cA (m 1)cA0 代入动力学方程
面积为反应时间。
图3-1 等温间歇液相反应 过程的参数积分
图3-2等温间液相歇反应过程 反应时间的图解积分
1.等温等容液相单一反应
在间歇反应器中，若进行等容液相单一不可逆反应， 反应物系的体积VR不变，以零级、一级和二级不可逆反 应的本征速率方程代入
c Af
nAf VR
nA0 ( 1 xAf VR
❖ 桨式搅拌器 ❖ 锚式和框式搅拌器 ❖ 螺带式搅拌器
2.Major Diameter and Low Speed Agitators
(1) 桨式搅拌器
旋转直径为釜径的0.35~0.8倍，甚至达0.9倍以上。常用 转速为1~100rpm，叶端圆周速度为1~5ms-1。
(a) 平桨式
(b) 斜桨式
2.Major Diameter and Low Speed Agitators
二、间歇釜式反应器的数学模型
第4章 变温过程均相反应器
rA
k0
exp
E RT
C
n A
• 作全釜的物料衡算
rA C A0
dxA dt
k0
exp
E RT
C
n A0
(1
xA
)n
（1）
• 作全釜热量衡算：其热量衡算可依式（4.1-1）写出， 对BR，取单元时间△t=dt，单元体积△V=VR，式 （4.1-1）中的Ⅰ项=Ⅱ项=0。 BR的热量衡算式为：
降，回复到C点的状态。反过来，在C点时如遇 扰动而使温度下降， △T<0，则散热速率比放
热速率下降得快，所以热量开始积累，体系温
度又会上升变回到C点——真稳定点
•
a点的情况和C点相似， a点也是真稳定点。
Qg
c
• a点的反应温度低，
放热与散热速率都比
较小，其转化率也比
b
较低，在工业上不宜
采用，否则设备利用
C A0
xA
dxA
xA0 kCAn0 (1 x A ) n
1
xA
dxA
k
0
C
n1 A0
xA0
exp
R
T0
E
(xA
xA0 )
(1 xA )n
令
I(xA)
exp
RT0
1 E
(xA
xA0 )(1
xA)n
则
t
1
k
0
C
n1 A0
xA xA0
I
(
x
A
)dxA
4．3 变温平推流反应器
• 平推流反应器能量方程的推导，与间歇反应器 相似。对于定常流动的PFR，系对微元反应体 积作热量衡算，而不是对微元反应时间。
第三章 均相等温反应器
（3-1-6）
式中
c A0 (H r ) cV
（3-1-7）
式（3-1-4）与（3-1-6）联立，采用数值法求解，可确定反应所需时间t。
3-2-2 绝热操作
操作方程
d (VcV T ) V (rA )( H r ) dt
dn A dt
（3-1-2）
图3-1-1 间歇反应器示意图
(rA )V
dn A dx n A0 A dt dt
积分
t n A0 t c A0
xA
0
dxA (rA )V
c A dc dxA A c A 0 (r ) (rA ) A
（3-1-3）
恒容时
xA
3-1-3 BR操作的优化分析
（1）以最大平均生产率为优化目标 cV Max YR R 目标函数 t t0 上式求极值得 若一级不可逆反应
dcR c R dt t t0
（3-1-12） （3-1-13）
A + B
R
xA xA,opt
cR cA0 xA
式（3-1-13）可用转化率表示为
0.6 3.18
0.8 8.50
0.9 19.0
讨论：为何反应后期反应时间随转化率增大而急剧增加？
（2）计算反应器体积 V 辅助操作时间 t0 操作周期 t + t0 生产能力 V0 进料、出料、清洗等操作需要的时间。 处理一批物料所需总时间。
单位时间处理反应物料的体积。
V0
WA 2400 171L / h 24M Ac A0 24146 0.004
2. 热量衡算通式（操作方程） 依据：能量守恒定律。 基准：单位时间。 方程： Ⅰ = Ⅱ＋Ⅲ ＋ Ⅳ ＋ Ⅴ (B)
均相反应器安全操作及保养规程
均相反应器安全操作及保养规程前言均相反应器是在化学工程、医药等领域中广泛应用的一种实验室器材。
它能够保持反应物在反应中的均相状态，从而提高反应效率。
均相反应器在使用过程中，必须注意安全操作和保养，以保持其长期稳定运行。
本文主要介绍均相反应器的安全操作及保养规程，包括使用前准备、操作过程中的注意事项、使用后的清理保养等内容，以帮助操作人员正确使用和保养均相反应器。
使用前准备1. 安装在使用均相反应器之前，应先检查其安装是否正确。
应将均相反应器放置在平稳的表面上，并连接好电源和水源等相应的设备。
在连接电源和水源时，必须保证其安全可靠，避免发生电漏、水渗漏等不安全因素。
2. 检查仪器检查均相反应器的所有配件是否齐全、无损坏现象，防止在使用过程中发生器材的故障或信息的错误。
3. 开启空气泵通电后，先开启空气泵，同时观察仪表的压力，以判断空气泵是否工作正常。
空气泵开启后，观察出口的气泡是否正常。
4. 开启水泵等空气泵工作正常后，再开启水泵。
用手触摸出水口，检查水流是否正常，是否有渗漏现象。
如果水流过小，应先检查滤芯有无泥沙等杂物阻塞。
5. 预热在进行反应前，首先需要用适量的水和试剂进行清洗，使均相反应器能够达到适宜的反应温度。
均相反应器开始工作后，应进行预热，预热时需根据反应物的特性合理地控制反应温度，以避免均相反应器过热。
操作过程中的注意事项1. 操作前的准备在进行反应操作前，应首先熟悉所需反应物和反应条件，制定相应的实验方案。
操作时应穿着适当的工作服和安全防护服，并保持仪器周围的清洁和整齐，避免杂物占据仪器周围的空间。
2. 使用聚四氟乙烯器皿使用均相反应器时，尽量选择聚四氟乙烯器皿，这样可以降低反应物附着并减少表面张力。
并应注意选择适合聚四氟乙烯器皿的容器大小。
3. 添加试剂在均相反应器中添加试剂时，应逐步加入，避免一次加入过多。
同时，应注重振荡速度和时间的关系，避免振荡速度过快，导致消耗过多的反应物。
第2章：均相反应器-釜式反应器
等温间歇釜式反应器 • 举例
如间歇反应器中进行一级不可逆连串反应：
k1 k2 A P Q;
等温间歇釜式反应器
初始状态， CA＝CAO，CP＝CQ＝ 0
CA,CP,CQ变化曲线
0.800 0.700 0.600 0.500 0.400 0.300 0.200 0.100 0.000 0 5 10 15 20
QoCio QCi Vr ij rj
间歇操作 Qo Q＝0，
Vr ij rj
i 1
M
dni ＝0 dt
二、等温釜式反应器的计算
(一)等温间歇釜式反应器 (二)等温连续釜式反应器的计算
(三)半间歇釜式反应器的计算
(一)等温间歇釜式反应器 (单一反应) • • • • 内容： (1)反应时间 (2)反应体积 (3)最优反应时间
反应时间
CP
k1C AO k2t k t e e 1 k1 k 2
k t k 2 e k1t k1e 2 因为：C A CP CQ C AO ; CQ C AO 1 k1 k 2
等温间歇釜式反应器
• 若使P的收率最大，令dCP/dt=0
C AO C X Ap AO X Ap1 p p
C C 其斜率为： AO ；截据为： AO X Ap1。
p
p
XAO
XA1
XA2 XA3
若出现上述试差问题，可假设Vr或XA1，逐 釜作图，直到复合试算检验要求。 等体积釜的物料衡算式直线是一组平行线。
• 举例
等温连续釜式反应器的计算 多釜串联的最佳体积比：
• 第N釜：
(1 X AN 1 ) 1 k (1 X AN )
均相反应器设计优秀课件
CA
CA0 C
3.4 组合反应器
•平推流反应器组合 •全混釜反应器串联 •不同形式反应器的组合
1.平推流反应器的串、并联操作
特点：若忽略物料在管线中的停留，则 •并联反应器，每个支线应保证空时相等； •串联反应器，与总体积为V的单个反应器反应 结果相同。
2.多釜串联组合的全混流反应器
多级全混流反应器串联的特点
CAi 1
CAi1 1kii
C A ,mC A ,1C A ,2..C .A ,mm( 1 )
C A 0 C A 0C A ,1 C A ,m 1 i 1 1ki
当各釜容积相同且在相同的温度下操作时
CAN CA0
1
(1ki
)N
单釜空时，V=NVi=Nv0i
• 图解法
iC A 1 rA i C iA i rA i1 i(C A iC A 1) i
单A的位流时入间量
单位时间 A的流出量
单位时间 A的反应量
的反积应累器速中度A
0
0
rAVR
dnA dt
即： rAVR dnA
dt
积分得(1)：t nA0
xA 0
dx A rAVR
恒容时：
t CA0
xAf xA0
dxA rA
※间歇反应器的 设计方程※（1）
对于间歇系统达到一定转化率所需时间取决于 反应速率，而与反应器体积大小无关；反应器 的大小由处理量决定。
CA0 FA0 v0 T0
Tm，out G
VR T=Tout
CA FA v Tout
Ci=Ci，out
Tm，in G
全混流反应器浓度-时间图
CA0
CA t0
tt
第三章均相理想反应器
第三章均相理想反应器反应器的开发主要有两个任务：1．优化设计—反应器选型、定尺寸、确定操作条件。
2．优化操作—根据实际操作情况，修正反应器的数学模型参数，优化操作条件。
最根本任务—最高的经济和社会效益。
3．1 反应器设计基础3．1．1反应器中流体的流动与混合理想反应器的分类对理想反应器（ideal reactor），主要讨论三种类型：1．间歇反应器(Batch Reactor—BR);2．平推流反应器(Plug /Piston Flow Reactor—PFR)；3．全混流反应器(Continuously Stirred Tank Reactor—CSTR)。
返混(back mixing)—不同停留时间的粒子之间的混合;混合(mixing)—不同空间位置的粒子之间的混合。
注意：返混≠混合！平推流—物料以均一流速向前推进。
特点是粒子在反应器中的停留时间相同，不存在返混。
T、P、C i随轴向位置变（齐头并进无返混，变化随轴不随径）。
全混流（理想混合）—物料进入反应器后能够达到瞬间的完全混合。
特点是反应器内各处的T、P、C i相同，物性不随反应器的位置变，返混达到最大。
3．1．2 反应器设计的基础方程反应器的工艺设计包括两方面的内容：1．由给定生产任务和原料条件设计反应器；2．对已有的反应器进行较核，看达到质量要求时，产量是否能保证，或达到产量时，质量能否保证。
反应器设计的基础方程主要是：1．动力学方程；2．物料衡算方程；3．热量衡算方程；4．动量衡算方程。
一、物料衡算方程对反应器内选取的一个微元，在单位时间内，对物质A有：进入量=排出量+反应消耗量+积累量(3.1-1)用符号表示：F in F out F r F b即：F in=F out+F r+F b(3.1-2) 1．对间操作，反应过程无进料和出料，即：F in=F out=0则：-F r=F b(3.1-4) 反应量等于负积累量。
2．对连续稳定操作，积累量为零，即：F b=0则F in=F out+F r（3.1-6）二、热量衡算方程对反应器内选定的微元，单位时间内的热量变化有：随物料流－随物料流＋与边界交＋反应热=积累热量入的热量出的热量换的热量符号：Q in Q out Q u Q r Q b入为正放热为正即：Q in－Q out＋Q u＋Q r=Q b(3.1-8) 1．对于稳定操作的反应器，热的积累为零，即：Q b=0Q in－Q out＋Q u＋Q r=0(3.1-9) 2．对稳态操作的绝热反应器，Q u=Q b=0，即：Q in－Q out＋Q r=0(3.1-10) 反应热全部用来升高或降低物料的温度。
第13章均相化学反应器省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件
第二节 全混流反应器 第一节 间歇与半间歇反应器
间歇反应器的图解设计法
全混流反应器旳图解设计法 τ＝(cA0xA)/-rA
－1/rA
t cA0
xA dxA 0 rA
(12.2.4)
t cA dcA
r cA0
A
(12.2.6)
τ＝(cA0－cA)/－rA
－1/rA
（恒容反应）
面积 t cA0
(2)将反应物料一次性加入反应器，在反应过程中将某个产 物连续取出。 特点：能够使反应产物维持在低浓度水平（利于可逆反 应向生成产物旳正方向进行；预防分泌产物对微生物生 长旳克制作用）。
第一节 间歇与半间歇反应器
半间歇操作旳特点
(1)与间歇操作一样，是一种非稳态过程 (2)与间歇操作不同之处：反应混合液旳体积随时间而
1
0
cA3 cA2
cA1
cA0
cA
第二节 全混流反应器
【例题13.2.3】已知一级反应A → B在10个串联旳完全混合 流反应器(CSTR)中进行，假设反应速率常数k为0.35 h-1， 反应物A旳初始浓度为150 mg/L，10个CSTR完全相同，A 在每个CSTR中旳停留时间是1/1.5 h，分别采用公式法和图 解法求A旳转化率。
第二节 全混流反应器
第一节 间歇与半间歇反应器
【例题13.1.1】间歇反应器中发生一级反应A → B(恒容 反应)，反应速率常数k为0.35 h-1，要使A的去除率达到 90％，则A在反应器中需反应多少小时？
解：设xA为转化率，则cA的值为 cA=cA0(1-xA)= cA0(1-0.90)=0.10cA0 根据设计方程：cA/cA0=e-kt 有0.10cA0/cA0=e-0.35t 解得t=6.58h
均相催化反应器
均相催化反应器随着化学工业的不断发展，催化反应已经成为了化学工业中不可或缺的一部分。
催化反应可以提高反应速率，减少反应温度和压力，降低生产成本，同时还可以提高反应选择性和产物纯度。
而均相催化反应器则是一种在化学反应中广泛应用的重要催化剂。
均相催化反应器是一种将液相催化剂和气相反应物混合在一起的反应器。
在均相催化反应器中，催化剂以溶液或悬浮液的形式存在于反应体系中，与反应物混合并进行反应。
由于均相催化反应器中的催化剂与反应物处于同一相中，因此反应速率更快，反应效率更高，同时还能够减少催化剂的浪费和环境污染。
均相催化反应器的分类根据不同的反应条件和反应体系，均相催化反应器可以分为不同的类型，包括气液相均相催化反应器、液液相均相催化反应器、固液相均相催化反应器等。
其中，气液相均相催化反应器是应用最为广泛的一种反应器，涉及到许多化工领域，例如化学合成、环保、能源等。
气液相均相催化反应器气液相均相催化反应器是一种将气体反应物和液体催化剂混合在一起的反应器。
在气液相均相催化反应器中，气体反应物通常由氧气、氢气、二氧化碳等组成，催化剂则以溶液或悬浮液的形式存在于反应体系中。
气液相均相催化反应器的优点在于反应速率快、反应效率高、反应选择性好。
此外，气液相均相催化反应器还可以减少催化剂的浪费和环境污染，提高反应产物的纯度和质量。
液液相均相催化反应器液液相均相催化反应器是一种将两种液体混合在一起的反应器。
在液液相均相催化反应器中，催化剂和反应物都以液体的形式存在于反应体系中。
液液相均相催化反应器的优点在于反应速率快、反应效率高、反应选择性好。
此外，液液相均相催化反应器还可以减少催化剂的浪费和环境污染，提高反应产物的纯度和质量。
固液相均相催化反应器固液相均相催化反应器是一种将固体催化剂和液体反应物混合在一起的反应器。
在固液相均相催化反应器中，催化剂以固体的形式存在于反应体系中，与液体反应物混合并进行反应。
固液相均相催化反应器的优点在于反应速率快、反应效率高、反应选择性好。
流化床反应器的类别
流化床反应器的类别流化床反应器是一种广泛应用于化工、石化等领域的反应设备。
根据反应物料的状态和反应过程的特点，流化床反应器可以分为多种不同的类别。
本文将从不同角度介绍几种常见的流化床反应器类别。
一、按反应物料状态分类根据反应物料的状态，流化床反应器可以分为气体流化床反应器、液体流化床反应器和气液流化床反应器三种类别。
1. 气体流化床反应器气体流化床反应器主要用于气相反应，反应物料以气体形式进入反应器，并在床层内与固体催化剂或吸附剂进行反应或吸附。
气体流化床反应器具有良好的传质和传热性能，反应速率高，操作灵活等优点。
2. 液体流化床反应器液体流化床反应器主要用于液相反应，反应物料以液体形式进入反应器，并与固体催化剂或吸附剂在床层内进行反应或吸附。
液体流化床反应器具有较大的反应体积和接触面积，反应速率较快，能够实现高效的传质和传热。
3. 气液流化床反应器气液流化床反应器是气体流化床反应器和液体流化床反应器的结合，反应物料既包括气体又包括液体。
气液流化床反应器广泛应用于气液相催化反应、气液相吸附等过程。
二、按反应过程特点分类根据反应过程的特点，流化床反应器可以分为均相反应器和非均相反应器两种类别。
1. 均相反应器均相反应器是指反应物料和催化剂在反应过程中处于相同的物理状态，比如气体与气体的反应、液体与液体的反应等。
均相反应器具有反应速度快、反应条件容易控制等优点，广泛应用于化学工业中。
2. 非均相反应器非均相反应器是指反应物料和催化剂在反应过程中处于不同的物理状态，比如气体与固体的反应、液体与固体的反应等。
非均相反应器具有较大的反应接触面积，可以实现高效的传质和传热，适用于一些困难的反应。
三、按反应过程控制方式分类根据反应过程的控制方式，流化床反应器可以分为等温流化床反应器和非等温流化床反应器两种类别。
1. 等温流化床反应器等温流化床反应器是指反应过程中反应床温度保持恒定不变。
等温流化床反应器通常采用外部换热器或循环流体方式控制床温，以确保反应过程的稳定性和高效性。
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※全混流反应器设 计方程※
化学工程系
全混流反应器图解计算
1
τ = CA0 - C A
rA
rA
CA
CA0 C
化学工程系
CSTR反应器的设计步骤
设计方程
恒容时 速率方程 （一级反应）
VR
FA0 FA rA
FA0 x rA
VR CA0 xA
v0
rA
CA0 CA
rA
rA kCA
计算V
化学工程系
二、平推流反应器时间的计算
流入量＝流出量＋反应量＋累积量
FA
FA dFA rAdVR
0
dFA rAdVR dFA FA0dxA
VR
v0
cA0
dx xA2
A
r xA1
A
化学工程系
平推流反应器图解计算
1
rA
/ CA0
dx xAf
A
r x A 0
A
xA0
xAf xA
若在平推流反应器中进行摩尔数增加的气相反 应，则平均停留时间是否与空时相等？
反应物料在反应器内以同一流速和沿同 一方向流动，所有的物料质点在反应器内的 停留时间都相同，不存在返混。
化学工程系
根据操作方式和流动模型，理想反应器分为：
理想反应器
间歇反应器
连续反应器
全混流反应器 平推流反应器
化学工程系
组建生产乙二醇工厂？
乙二醇 水解 环氧乙烷
乙烷
氧化 裂解
乙烯
化学工程系
C2H4,H2
xA0
xAf xA
化学工程系
2. 反应器有效体积VR的计算
一个操作周期时间：(t＋t0) 物料处理量为v0(m3/h) ∴反应器的有效体积 VR=v0 (t＋t0)
式中： t0－ 辅助生产时间，包括加料、排料、 洗反应器和
物料的升温、冷却。 v0 －平均每小时反应物料的体积处理量。
化学工程系
3.反应器实际体积V的计算 反应器的实际体积是考虑了装料系数后的实际 体积(不包括换热器搅拌器的体积)。
Ag O
C2H6
C2H4+0.5O2 CH2-CH2 C2H4 3
5
分离器
7
4 8
0.9%H2SO4
C2H4O(aq)
EG
吸收器
化学工程系
1.4 组合反应器
•平推流反应器组合 •全混釜反应器串联 •不同形式反应器的组合
化学工程系
1.平推流反应器的串、并联操作
特点：若忽略物料在管线中的停留，则 •并联反应器，每个支线应保证空时相等； •串联反应器，与总体积为V的单个反应器反应结果相同。
转化率和反应器长度关系如下。
化学工程系
转化率
1 0.9
A→B/2
0.8 0.7
A→B
0.6
A→3B
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
2
4
6
8 10 12
L
N N0 (1 yA0A X A )
V
=V（（0 1理+y想A0气A体XA）) TT0
p0 p
反应速率参数相同时，在反应器长度一定时，总摩尔数减少 的反应具有最高的转化率。
5
分离器
7
4 8
0.9%H2SO4
C2H4O(aq)
EG
吸收器
化学工程系
例1.4 确定由纯乙烷裂解年产3亿磅乙烯，转化率为80% 时所需活塞流反应器体积。反应为不可逆且遵循基 元反应速率方程，反应在6atm和1100K的条件下等 温操作。已知1000K时，k=0.072s-1，活化能为 82kcal/mol。 1磅=0.4536kg。
αp0/2
化学工程系
C2H4,H2
C2H6 1
6
H2O C2H4O
C2H6 C2H4+H2
分离器
Ag O
C2H6
C2H4+0.5O2 CH2-CH2 C2H4 3
5
分离器
7
4 8
0.9%H2SO4
C2H4O(aq)
EG
吸收器
化学工程系
例3. 乙烯氧化生产环氧乙烷。乙烯和氧气按化学计 量比进入260℃等温操作填充床反应器中，10atm下 乙烯进料流率为136.2mol/s假定用10个管束式反应 器，每个反应器中有100根直径为1.5in装有催化剂 的管子。反应流体的性质与该温度压力下空气性质 相 同，催 化剂颗 粒直径 为 0.635cm， 颗粒 密度 为 1.923g/cm3，空隙率为0.45。若使转化率达到60%， 计算所需催化剂的质量。（等温反应）
恒容时：
t CA0
dx xAf
A
r xA0 A
对于间歇系统达到一定转化率所需时间取决于反应速 率，而与反应器体积大小无关；反应器的大小由处理 量决定。
化学工程系
间歇釜反应器图解 1
rA
t CAf dCA
r CA0
A
CAf
CA0 CA
化学工程系
1
rA
t / CA0
xAf dxA r xA0 A
A
r C A0
A
CA
CA0
C
化学工程系
CSTR和PFR的选择：
有一液相均相反应：
，可选择350K的CSTR和
300K的PFR两种反应器进行反应，已知
300 K时 k = 0.07 dm3/（mol·min），E = 85000 J/(mol·K) CA0B = CB0B = 2 mol/dm 3 ,vA0 = vB0 = 0.5v0 = 5 dm3/min
化学工程系
全混流反应器浓度-时间图
CA0
CA t0
tt
化学工程系
二、全混流反应器的设计方程
单A的位流时入间量 单A的位流时出间量 单A的位反时应间量 的反积应累器速中A度
FA0
FA
rAVR
0
FA0 －FA = rAVR
VR FA0 FA CA0 xA
v0
v0 rA
rA
恒容时 CA0 CA
原因是在温度和压力一定的条件下，因为总摩尔数减少，体 积流率随转化率的增加而减少，反应物在反应器中的停留时 间比总摩尔数没有变化的反应物停留时间长，因此转化率相 应要高。
化学工程系
C2H4,H2
C2H6 1
6
H2O C2H4O
C2H6 C2H4+H2
分离器
Ag O
C2H6
C2H4+0.5O2 CH2-CH2 C2H4 3
kC
2 A0
(1 xA )2
化学工程系
求反应器长度 设反应器面积为A，则
V FA0 (1 yA0 xA )2 dxA
kCA20
(1 xA)2
L FA0 (1 yA0 xA )2 dxA
kCA20A
(1 xA)2
对某二级反应，k=5.0L/mols，A=1.0dm2 CA0=0.2mol/L，v0=1L/s
xA 1 xA
或x
＝ cA0kt A 1+cA0kt
化学工程系
液相间歇反应器设计步骤
反应时间t 有效反应体积VR
间歇聚合过程典型循环时间
循环时间: t=t反+t辅助
化学工程系
设计过程：
摩尔衡算 速率方程 化学计量学 结合
rA kCA
dx rAV dt nA0
rA kCA2
CA CA0 (1 xA )
化学工程系 装配式热电偶
化学工程系
二、间歇反应器计算
1.反应时间的计算 根据物料衡算
单A的位流时入间量 单A的位流时出间量 单A的位反时应间量 的反积应累器速中A度
0
0
rAVR
dnA dt
即： rAVR dnA
dt
化学工程系
积分得(1)：
t nA0
xA dxA 0 rAVR
※间歇反应器的 设计方程※（1）
化学工程系
C2H4,H2
C2H6 1
6
H2O C2H4O
C2H6 C2H4+H2
分离器
Ag O
C2H6
C2H4+0.5O2 CH2-CH2 C2H4 3
5
分离器
7
4 8
0.9%H2SO4
C2H4O(aq)
EG
吸收器
化学工程系
例1.3 乙二醇可用作抗冻剂和生产聚酯、瓶子及胶片。 希望年产2亿磅乙二醇，反应器等温操作。浓度为
dx k(1- x) dt
dx kC (1- x)2
dt
A0
积分
t 1 ln 1 k 1- x
t
x
kC (1- x)
A0
有效反应体积VR如何计算？
化学工程系
例1.1 拟在等温间歇反应器进行氯乙醇的皂化反应： ClCH2CH2OH＋NaHCO3→OHCH2CH2OH
＋NaCl＋CO2 乙二醇产量为20kg／h。使用15％的NaHCO3水溶液及 30％(均为质量)的氯乙醇水溶液作原料，摩尔比为 1∶1，混合液密度为1.02kg/L。该反应对氯乙醇和碳 酸氢钠均为一级，在反应温度下反应速率常数等于 5.2L／(mol·h)。要求氯乙醇转化率达到95％。 (1)若辅助时间为0.5h，试计算反应器的有效体积。 (2)若装填系数取0.75，试计算反应器的实际体积。
化学工程系
1.2 平推流反应器（丙烷、乙烷分解）
一、平推流反应器的特征 1.通过反应器的物料质点，
轴向上以同一流速流动， 在流动方向上没有返混。 2.径向上物料浓度、温度相 同。 3.所有质点在反应器中 的停 留时间都相同。