全混流反应器(CSTR)
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CSTR的体积计算 的体积计算
n n FA0 − FA FA0 x A FA0 x AvT FA0 x AvT V= = = = n n n n rA kc A kFA kFA0 (1 − x A )
反应为一级反应
V 1 xA τ= = vT k 1 − x A
kτ xA = 1 + kτ
全混流反应器
FA0 = vT c A0
FA = vT c A
rAV
0
FA0 = FA + rAV
FA0 − FA rA = V
全混流反应器的设计方程不是微分格式,这不 同于平推流反应器和间歇反应器。平推流需要 微分形式来描述组分随空间的变化,间歇反应 器组分随反应时间的变化。相反,CSTR方程 其组分不随时间和空间变化。因此,反应组分 不随时间和空间变化,那么全混流行为还是反 应器?回答呢:问题在于新鲜的物料是连续的 引入到反应器内,因为完全混合是一个瞬间变 化,因此反应组分也是瞬间发生变化的。
例题
对于一级不可逆反应方程:
A → B , rA = kcA
在全混流反应器完成上述一级反应,如k= 0.01s-1,体积流量为10-3 m3s-1,试计算转化 率达到30%时所用的反应时间。
间歇反应器t=35.7s 平推流反应器τ=35.7s 全混流反应器τ=42.9s
全混流反应器对完成同样的转化率所需的反应器 体积和停留时间都比平推流和间歇反应器大。 体积和停留时间都比平推流和间歇反应器大。
全混流反应器(CSTR)
操作特点
反应物料和产物流速恒定; 反应流体在反应器内是完全混合的,故在反应 器内时具有均一的温度和组成,且与从反应器 流出的物料的温度和组成是一致的 当反应流体的密度是恒定时,则流出和流入 反应器的容积流速v是相同的 反应器内的反应速率亦维持恒定。
物料衡算
单位时间进入 单位时间流出 单位时间反应器中 单位时间反应器中 + 反应器A的量 = 反应器A的量 + 反应掉A的量 A的累积量
例题
某液相反应 A+B→R+S,其反应动力学表达式 为 rA=kcAcB,T=373K时,k=0.24 m3kmol/min。今要完成一生产任务,A的处理 量为 80 kmol/h,入口物料的浓度为cA,0=2.5 kmol/m3,cB,0=5.0kmol/m3,要求A的转化率 达到80%,问:①若采用活塞流反应器,反应 器容积应为多少m3?③采用全混流反应器,反 应器的容积应为多少m3?
xA = 1 − e
− kτ
平推流反应器
3.5平推流反应器和全混流反应器 对比
正级数反应
x Ae
负级数反应
VPFR = FA0 ∫
0
dx A rA
Leabharlann Baidu
VCSTR
x Ae = FA0 rA