全混流反应器(CSTR)
理想混合连续搅拌釜式反应器CSTR
VRi C Ai-1 - C Ai x Ai - x Ai-1 τ = = C A0 i ≡ V0 (-rAi ) (-rAi )
VR=ΣVRi 检验：i=1 n=1
i
C A0 C A1 C A0 xA (rA )1 (rA )
求解方法
解析法
按不同的反应动力学方程式代入依次逐釜进行计算，直至达到要求的 转化率为止。 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。
步骤： 1、作出（-rA）-CA曲线
2、从起点CA = CA0出发，以-1/τ1为斜率作直线，交曲线于一点，即第
一釜的操作状态CA1 3、过点(CA1 0)以-1/τ2为斜率作直线,与曲线交点为第三釜操作点.… 4、过点(CAN-1,0)以-1/τN为斜率作直线,与曲线交点为第N釜操作点CAN. 则出口转化率XAN=1- CAN / CA0 若已知CA0 、CAN 、N，求VR需用试差法。 若各釜体积相同，则各直线斜率相同。
单个连续操作釜式反应器（1－CSTR）
基础设计式
[A的积累量]=[A的进入量]-[A的离开量]-[A的反应量] 0 = FA0 Δτ - FA0 （1-xA’）Δτ-(- rA ) VR Δτ
VR x A FA 0 ( rA )
物料的平均停留时间：
VR x A C A0 V0 ( rA )
求解方法解析法由于反应器中的反应速率恒等于出口处值，因此结合反应动力学方程， 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 n=0 n=1
1 C A 0 x A k
化工工程师招聘笔试题与参考答案(某大型央企)2025年
2025年招聘化工工程师笔试题与参考答案(某大型央企)(答案在后面)一、单项选择题（本大题有10小题，每小题2分，共20分）1、在化学反应工程中，对于一级不可逆反应，在相同条件下，下列哪种反应器能达到最高的转化率？A、活塞流反应器(PFR)B、全混流反应器(CSTR)C、间歇式反应器(BR)D、平推流反应器(PFR)与全混流反应器(CSTR)串联使用2、下列哪种物质在化工生产过程中通常作为热交换介质？A、水银(Hg)B、水(H₂O)C、液氮(N₂)D、盐酸(HCl)3、在化工生产中，下列哪种设备主要用于分离混合物中的不同组分？A. 离心机B. 蒸馏塔C. 筛分机D. 压滤机4、下列关于化工催化剂的描述，不正确的是：A. 催化剂能改变反应速率，但不改变反应的平衡常数B. 催化剂在反应过程中不参与化学变化C. 催化剂能提高反应的选择性D. 催化剂在反应结束后会被消耗5、在化学反应工程中，对于一级不可逆反应，在相同条件下，下列哪种反应器能达到最高的转化率？A、间歇式反应器（BR）B、活塞流反应器（PFR）C、全混流反应器（CSTR）D、平推流反应器（PFER）6、在化工生产过程中，为了提高产品的纯度，通常会使用精馏塔分离混合物。
如果要分离两种挥发性相差较大的液体组分，理论上最少需要几个理论板？A、0个B、1个C、2个D、3个以上7、在化工生产中，下列哪种设备主要用于蒸发水分，提高溶液的浓度？A. 反应釜B. 蒸馏塔C. 转鼓过滤器D. 蒸发器8、下列哪种物质在化工生产中常用作催化剂？A. 氯化钠B. 二氧化硅C. 碳酸钙D. 硫酸铜9、在化学反应工程中，对于一级不可逆反应，其反应速率与反应物浓度的关系是怎样的？A. 反应速率与反应物浓度成正比B. 反应速率与反应物浓度的平方成正比C. 反应速率与反应物浓度无关D. 反应速率与反应物浓度的平方根成正比 10、在连续操作的精馏塔中，若进料板以上为精馏段，进料板以下为提馏段，则进料板的位置如何确定？A. 进料组成与塔底产品组成相同时的位置B. 进料组成与塔顶产品组成相同时的位置C. 进料组成与回流液组成相同时的位置D. 进料组成与两段气液相组成最接近时的位置二、多项选择题（本大题有10小题，每小题4分，共40分）1、化工工程师在项目设计中，以下哪些因素需要综合考虑以实现最优的工艺流程设计？（）A、原料的物理化学性质B、设备的安全性和可靠性C、工艺的能耗和经济效益D、操作人员的技能水平E、环境保护要求2、在化工生产过程中，以下哪些措施有助于提高生产效率和质量？（）A、优化工艺参数B、提高设备运行效率C、加强生产过程的自动化控制D、定期进行设备维护保养E、增加操作人员数量3、以下哪些设备属于化工工艺中的分离设备？（）A、压缩机B、蒸发器C、结晶器D、搅拌器E、过滤器4、在化工设计中，以下哪些因素会影响设备选型？（）A、物料的性质B、生产规模C、操作条件D、经济成本E、安全法规5、以下哪些是化工工程师在项目设计阶段需要考虑的关键因素？（）A、原料的物理和化学性质B、设备的选择与规格C、工艺流程的优化D、安全与环境保护要求E、项目的经济效益6、以下哪些是化工生产中常见的自动化控制系统？（）A、SCADA系统B、DCS系统C、PLC系统D、HMI系统E、MES系统7、以下哪些物质属于无机高分子化合物？A. 聚乙烯B. 聚丙烯C. 聚氨酯D. 氯化聚乙烯E. 聚苯乙烯8、在化工生产过程中，以下哪些操作可以降低设备腐蚀的可能性？A. 使用耐腐蚀材料B. 控制介质的温度和压力C. 定期进行设备维护和清洗D. 使用缓蚀剂E. 增加介质的流速9、以下哪些是化工工艺设计中常见的节能措施？A. 优化工艺流程B. 采用节能型设备C. 提高原料的利用率D. 减少废物的排放 10、在化工生产过程中，以下哪些属于安全控制措施？A. 定期进行设备维护和检修B. 建立健全应急预案C. 对从业人员进行安全培训D. 加强现场安全管理三、判断题（本大题有10小题，每小题2分，共20分）1、化工工程师在进行设备设计时，应当优先考虑设备的成本因素，而不应过分关注其安全性能。
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。
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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。
§84全混流反应器
VRLeabharlann kCA20 (1 qV C A0 x A x A )2 (CB0 0.5C A0 xA )
0.0025
0.028 / 60 60 2(1 0.6)2 (3 0.5 2 0.6)
0.146 m3
• 9题，解（1）
VR
qV C A0 x A kCA0 (1 x A )
14.4 0.8 24 60 0.0806 (1 0.8)
（1）
t k CA0
x (1
A
x
A
)
2
0.5 kCA0 0.52
1 0.5k CA0
VR=qVt，VR2=6VR，6VR=6qVt=qVt2
6qV
qV xA
0.5kCA0 kCA0 (1 xA )2
xA2 25 xA 12 0
∴ xA 0.75
2020/6/17
8
• 另解：
6VR
xA
qV (C A0 C A ) (rA )VR
t VR CA0 CA
qV
rA
(2)
将 C A C A0 (1 xA )
代入（2）
t VR CA0 xA
(3)
qV rA
2020/6/17
4
t— 空间时间，因为是定容过程，∴又称为逗
留时间，因为物料质点在反应器的停留时间
长短不一，所以称为平均逗留时间。
• 因为流动情况不同，根据PFR的特点，有以下关
系式，
t3
CA3 CA0
dCA kCA2
1 1
k
CA3
1 CA0
kt3C A0
C A0 C A3
1
2
∴
C A3 1
cstr混合方式 -回复
cstr混合方式-回复什么是cstr混合方式？CSTR，即完全搅拌反应器，是一种化工生产中常用的反应器类型。
它被广泛应用于液相和气液相反应过程中，特别适用于高速转化反应和连续操作模式。
CSTR混合方式的主要特点是在反应器内部，通过机械搅拌或气体的循环使反应物在整个反应过程中保持均匀混合状态。
这种混合方式的优点在于能够提供良好的反应速度和高产品产率。
CSTR混合方式的工作原理是将反应物通过进料管道输送到反应器内部，然后在反应器内进行搅拌或循环使反应物均匀混合。
反应过程中，反应物在反应器内停留的时间相对较短，因此可以进行连续生产。
在CSTR混合方式中，反应物的浓度和产物的浓度在反应器内部是均匀分布的，反应速率常常受到温度和浓度的影响。
对于CSTR混合方式，有几个关键参数需要考虑。
首先是反应速度常数k，它可以通过实验测定得到。
k值越大，反应速度越快。
其次是反应物的浓度C，它决定了反应速率。
当反应物的浓度较高时，反应速率较快。
此外，还需要考虑反应器的体积V，体积越大，反应物停留的时间越长，反应物的转化率也会相应增加。
CSTR混合方式的优点之一是能够适应不同反应物和反应条件的需求。
它可以用于液相反应和气液相反应，并且很容易进行规模化生产。
此外，CSTR混合方式还具有稳定的反应过程和良好的产品质量控制能力。
然而，CSTR混合方式也存在一些局限性。
由于反应物在反应器内的停留时间较短，可能导致反应转化率较低。
此外，由于反应物在反应器内部均匀分布，不同组分的物质可能会发生竞争反应，从而降低了所需产物的选择性。
针对CSTR混合方式的局限性，在实际应用中可以采取一些措施进行改进。
例如，可以通过调节反应物的进料量和反应器的体积，以使反应物停留的时间延长，从而提高反应物的转化率。
此外，还可以通过添加催化剂或控制反应物的浓度来改善所需产物的选择性。
总而言之，CSTR混合方式在化工生产中具有广泛的应用前景。
它通过机械搅拌或气体循环的方式，保证了反应物在反应过程中的均匀混合状态，提供了良好的反应速率和高产率。
cstr标识 累计解析量
cstr标识累计解析量CSTR标识累计解析量为标题CSTR（Continuous Stirred Tank Reactor，连续搅拌槽反应器）是一种常见的化学反应器。
在化学工业中，CSTR被广泛应用于液相反应的控制和生产过程中。
累计解析量指的是在CSTR中反应物的解析量随时间的增加而积累的总量。
在CSTR中，反应物首先被加入到反应器中，然后通过搅拌使其充分混合。
在反应过程中，反应物发生化学反应，生成产物。
同时，反应物也会被解析，从而使反应物的浓度逐渐减少。
CSTR中的累计解析量与反应物的初始浓度、反应速率常数、反应时间等因素有关。
在理想情况下，CSTR中的反应物浓度会随着时间的推移呈指数衰减，直到达到平衡状态。
而累计解析量则是在反应过程中，反应物浓度与时间的乘积累加得到的。
CSTR中的累计解析量可以通过数学模型来计算。
根据质量守恒定律和反应动力学方程，可以建立CSTR的数学模型，从而计算出累计解析量。
在实际应用中，可以使用数值方法或计算机模拟来求解CSTR 中的累计解析量。
CSTR的累计解析量对于反应过程的控制和优化具有重要意义。
通过调节反应物的初始浓度、反应温度、反应时间等参数，可以影响累计解析量的变化趋势。
合理地控制累计解析量可以提高反应的效率和产物的纯度，同时减少副反应和废物的生成。
除了在化学工业中的应用，CSTR的累计解析量也在其他领域有着广泛的应用。
例如，在生物工程中，CSTR常用于微生物培养和发酵过程的控制。
通过监测累计解析量，可以评估微生物的生长情况和产物的生成情况，从而指导生产过程的调控和优化。
CSTR的累计解析量是反应过程中一个重要的指标。
它反映了反应物的解析情况，并对反应过程的控制和优化具有重要意义。
通过合理地调节反应条件和控制累计解析量，可以提高反应的效率和产物的质量，从而实现工业生产的可持续发展。
化学反应工程全混流
FA0 v0C A0 C A0
rA
或
VR v0
C
A0
xA2 rA
xA2
CA0 CA
rA
τ为空时，是反应器的有效容积与进料流体的容积流速比值
反应工程中常用于表示时间概念的还有：
◆反应时间t：反应物从进入反应器后从实际发生反应起 到反应达某一程度（如某转化率）时所需的时间
◆停留时间：它是指反应物从进入反应器的时刻算起到它 们离开反应器的时刻为止在反应器内共停留的时间， 对于分批式操作的釜式反应器与理想平推流反应器， 反应时间等于停留时间，而对于存在返混的反应器， 则出口物料是由具有不同停留时间的混合物，即具有 停留时间分布的问题，工程上常用平均停留时间来表 示。
3、设计方程式的应用
★零级反应
AP
(-rA)=k
VR CA0 xA CA0 xA CA0 CA
v0 (rA )
k
k
或:
xA
k
C A0
或 : C A C A0 k
(注 :以上是 A 0的等分子反应)
若 A 0
xA
CA0 CA
CA0 ACA
或
CA
CA0 1 xA
1 AxA
将上式代入设计方程得:
C A0 (C A0 C A ) 或 C A0 xA (1 A )
k(C A0 AC A )
k(1 A xA )
★一级反应
AP (-rA)=kCA
对于任意εA值
VR C A0 xA xA (1 A xA ) C A0 (C A0 C A )
1810L
总有效容积：VR=VR1+VR2=3170L。
很明显，达到相同转化率时，两釜串联的有效容积要比 单釜（7230L）的要小得多，为什么？请思考！
5.全混流反应釜
第四节 循环反应器的体积计算
对于单程转化率不高的情况，为提高原料的利用 率，将反应器出口物料中的产品分离后再循环进入反 应器入口，与新鲜原料一起进行反应。
设循环物料与新鲜原料量之比为循环比ψ ψ = Qr / Q0
′ Q0 , CAi , xAi
计算混合点后的转化 率
′ Q0 = Q0 + Qr
{X = 0}
表示取出的产品全是正品这一随机事件； {X ≥ 1} 表示取出的产品至少有一件这一随机事件．
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随机变量及其分布
例4
§1 随机变量
上午 8:00～9:00 在某路口观察，令： Y：该时间间隔内通过的汽车数． 则 Y 就是一个随机变量．它的取值为 0，1，…． {Y < 100} 表示通过的汽车数小于100辆这一随机事件； 表示通过的汽车数大于 50 辆但不超过 100 辆这 一随机事件． 注意 Y 的取值是可列无穷个！
第五节 多釜串联反应器
一、 并联 按单釜计算方法 计算每个釜的体积或 转化率。出口总转化 率是两个釜转化率的 加权平均值。
二、串联
1 解析法（恒容系统） 单一反应 作第P个釜，A组分 的物料衡算，有：
rA2 CA0 Q0 CA1 rA1 CA2
Vp =
Q0 ( CAp−1 − CAp ) −rAp
返回主目录
{ 50 < Y ≤ 100 }
随机变量及其分布
例5
§1 随机变量
观察某生物的寿命（单位：小时），令： Z：该生物的寿命． 则 Y 就是一个随机变量．它的取值为所有非负实 { Z ≤ 1500} 数． 表示该生物的寿命不超过1500小时这一随机事 件． { Z > 3000 } 表示该生物的寿命大于 3000小时这一随机事件． 注意 Z 的取值是不可列无穷个！
气液一体化完全混合厌氧反映器(CSTR)
原理：在一个密闭罐体内完成料液的发酵、沼气产生的过程。
消化器内安装有搅拌装置，使发酵原料和微生物处于完全混合状态。
投料方式采用恒温连续投料或半连续投料运行。
新进入的原料由于搅拌作用很快与发酵器内的全部发酵液菌种混合，使发酵底物浓度始终保持相对较低状态。
优点：CSTR工艺可以处理高悬浮固体含量的原料。
消化器内物料均匀分布，避免了分层状态，增加了物料和微生物接触的机会。
本公司国家专利技术《内循环浮渣破碎搅拌系统》，使得液面上的有机悬浮物循环到反应器的下部，逐渐完全反应，避免了反应器液面上的“结盖现象”。
利用产生沼气发电余热对反应器外部的保温加热系统进行保温，大大提高了产气率和投资利用率，同时使得反应器一年四季均可正常工作。
该工艺占地少、成本低，是目前世界上最先进的厌氧反应器之一。
使用领域：应用于屠宰废水，牛、猪、鸡等养殖场中畜禽粪便的处理和沼气生产、发电工程；城市生活污泥等SS较多的高浓度有机废水处理工程。
高温厌氧CSTR反应器处理木薯酒精废水1 材料与方法1.1 淡水水质木薯酒精废水取自江苏某木薯酒精厂的总排放口，其水质见表1。
可以看出，废水中的COD和SS浓发都很高，滞蟹镳骶，其C：N：P基本上能够满足厌氧消化对营养物的要求。
1.2 试验装置CSTR反应器如图1所示。
CSTR反应器的总容积为5L，其中3L用来处理废水，上部的1L用来储存消化气。
采用电动搅拌器进行搅拌，转速控制在200r/min。
采用水浴加热，并通过自动控制装置使反应器内温度维持在(55±1)℃。
废水由蠕动泵从配水槽抽至CSTR反应器，出水进入沉淀池，经泥水分离后沉淀下来的污泥定期圆滚至CSTR反应器内，回流比为1：1。
CSTR反应器产生的气体经出气管进入集气装置。
1.3 分析项目与方法将样品在3500r/min的转速下离心10min，上清液经0.45um膜过滤后测定SCOD、VFAs、碱度。
TCOD和SCOD采用重铬酸钾法测定；VFAs采用气相色谱仪分析；产气量采用饱和NaCl溶液排水集气法测定；气体组成采用气相色谱仪分析；碱度采用酸碱指示剂滴定法测定。
连续式操作反应器
CS CX DCX
CX
DCX CS
Dopt
Dc D(h-1)
从上图看出：
1）在一定的稀释率下，微生物细胞生产强度(生长速率）（DCX）, 随着稀释率（D）增大而增大，当达到一定的稀释率后，其细胞 生产强度随着稀释率增大而降低。
2）稀释率在一定范围内变化，细胞浓度（CX）和底物浓度（CS）变 化很小。当增大到一定程度，其变化迅速增加。
3）稀释率增大到一定程度时，微生物细胞冲出，罐内菌体浓度为 零，底物浓度等于初始浓度，此时的稀释率称临界稀释率 （DC）。
4）对细胞生产强度而言，有一个最佳稀释率（D0pt），即细胞生 产强度最高。
5）稀释率越小，底物浓度越低，细胞产率越高（转化率高）。
单罐连续发酵（培养），当转化率要求不高时，可以使用。 如果既要转化率高，又要细胞生产强度高，单罐连续发酵就满足不了 这个条件。 如何设计才能使转化率和生产强度都高，用多级串联连续就能解决这 个问题，一般用两个罐就可满足生产要求，第一个罐用作提高生产强 度，第二个罐用作提高转化率。
CX ,opt YX S CS 0 KS KS (CS 0 KS 最大生产强度:
（PX
)opt
D C 0 pt X .opt
YX
C S max S 0
KS CS0 CS 0
KS CS 0
2
二、两级串联连续发酵（培养）
F
F
CSo
CS1
F
CXo
CS2
μ1CX1V1 CS1
CX1
第一节 酶反应连续操作反应器 （1 ）全混合式反应器（CSTR）
对底物的物料衡算式有：
V
0
cS
0
V
0
cS
化学反应工程-6-第二章-均相理想流动反应器
求：
C A、 CB 、 CP、 CR ?
CB
nB nB 0 1 x B C B 0 1 x B 0.2(mol/ l ) v0 v0 2
A B P R
t 0 t t
n A0 n B 0 n A nB
0
0
nP nR
nA0 nA nB0 nB nB0 xB
rA kCA 设反应为一级不可逆反应：
首先讨论 QG ：
QG
rA VR rA kCA VR H rA
0Cp v0Cp
CA 0 CA k 1
CA 0 Η rA k QG Cp 1 k
VR v0
空时
1、停留时间分布的形成：
取两个微团，设同时进入反应器，由于搅拌作用，一个 微团（如上图）可能很快流出反应器，而另一个微团可 能经过更长的时间才流出来。 结论：CSTR出口处，物料是由不同停留时间的微团组 合而成，即形成停留时间分布。
平均停留时间 t ： t VR
v
v—流体在反应器中的体积流率，即出口流率。 问题： t和 之间有什么不同？
代入（1’） v0B 2 2v0B 0.2 8 0.7 0.2 1.7 0.82 100
v0 B 2(l / min)
二、CSTR的操作方程——热量衡算
热量衡算式中各项为：
第一项Qin：
Qin GCPT0
G——质量流量，kg/s； CP——定压热容，J/(kg.k)； T0——物料入口处温度。 第二项Qr：单位时间内整个反应器的反应放热量：
设开始时移热速率线是A，此时反应器定常态1，反应速 率极慢，没有实际意义；
理想反应器CSTR-1
VR VR xA FA0 v0 C A0 C A0 rA VR C A0 x A C A0 C A rA rA v0
CSTR设计方程式（xA0=0的情况） xA0≠0呢？
xA0≠0, 可认为原料中的A已转化了xA1 推导出的设计方程具有通用性
对第一个釜有
V1 C A,0 C A1 1 v0 k1C A1
V1 C A,0 C A1 1 v0 k1C A1
则i釜：
C A0 C A1 1 k1 1
C A ,i C A,i 1
1 1 k i i
该A0 C A1 1 k2 2 1 k1 1 1 k2 2
C A3
C A0 C A2 1 k3 3 1 k1 1 1 k2 2 1 k3 3
以此类推：
C A, N
C A0 1 k1 1 1 k2 2 1 ki i 1 k N N
各釜的容积与温度可以不同，如对于n级不可逆反应：
x A,i x A,i 1 Vi C A,i 1 C A,i i n n n 1 v0 k i C A,i k i C A0 1 x A,i
若n=1，则：
Vi C A,i 1 C A,i i v0 k i C A,i
★一级反应 AP (-rA)=kCA 对于任意εA值 C A0 (C A0 C A ) VR C A0 x A x A (1 A x A ) v0 (rA ) k (1 x A ) kC A (C A0 A C A )
对于液相反应 , 可以认为是恒容过程 , 这时 A 0 C A0 C A VR xA v0 k (1 x A ) kC A k 或 : xA 1 k C A0 CA 1 k CA 1 C A0 1 k
《全混流反应器》课件
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
05
全混流反应器的优缺点
优点
高混合效率
全混流反应器能够提供高度均匀的混 合液，有助于提高化学反应的效率和 产物质量。
高反应速率
由于良好的混合效果，反应物在全混 流反应器中的接触面积大，提高了反 应速率。
易于控制温度
全混流反应器通常配备有冷却或加热 系统，便于控制反应温度，减少温度 对反应的影响。
建立完善的维护保养制度，确保全混流反 应器的正常运行和使用寿命。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
06
全混流反应器的发展趋 势与展望
技术创新
高效能催化剂
研发更高效、选择性更高的催化剂是全混流反应器技术创新的重点之一。通过改进催化剂 的活性、稳定性和选择性，可以提高反应速率和产物收率，降低能耗和生产成本。
精细化工
在精细化工领域，全混流反应器可用 于生产高附加值化学品，如香料、染 料、农药等，提高产品质量和收率。
生物工程
微生物发酵
全混流反应器适用于微生物发酵过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等的生产， 能够提供适宜的微生物生长和代谢环境。
酶催化反应
全混流反应器可用于酶催化反应过程，实现大规模、连续的生产，提高酶的利 用效率和产物收率。
02
根据工艺流程和操作条件，设计合理的内部构件，如挡板、搅
拌器等，以提高混合效果和传量和工艺要求，合理设置进出口管道和阀门，以满
足工艺操作要求。
参数选择
选择合适的搅拌速
度
根据物料的特性和工艺要求，选 择合适的搅拌速度，以保证良好 的混合效果和传热性能。
化学反应工程 3.3 全混流反应器CSTR
正级数反应
VP F R FA0
xAedxA 0 rA
负级数反应
VCSTR
FA0
xAe rA
FA0 vTcA0 FA vTcA
rAV
0
FA0FArAV
rA
FA0 V
FA
间歇反应器t＝35.7s 平推流反应器＝35.7s 全混流反应器＝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。
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？
CSTR的体积计算
V F A 0 r AF AF k A 0 x A nA cF A k 0 x A A n v F T n kF A n 0 F A 0 1 x A v x T n An
反应为一级反应
V 1 xA
vT k1xA
xA
k 1 k
全混流反应器应器 对比
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 反位 应 A的时 器 ＝ 量 单 反 间位 应 进 A的时 器 入 量 ＋ 单 间 反位 流 应 A的时 出 掉 量间 ＋ 单 A 反 的位 应 累时 器 积间 中 量
cstr混合方式 -回复
cstr混合方式-回复CSTR混合方式是化学工程领域中常用的反应器设计。
它是指连续搅拌槽反应器(Continuous Stirred Tank Reactor)。
在这种反应器中，反应物通过搅拌槽，并通过连续输入和输出，以保持槽内反应物的浓度分布均匀。
CSTR混合方式的优点之一是可以进行持续反应。
这意味着反应物可以持续输入到反应器中，而产物则可以持续输出。
这种操作模式可以提高生产效率，减少生产时间和成本。
另外，由于槽内反应物混合均匀，反应物的浓度分布也更加均匀，因此可以更好地控制反应过程。
CSTR混合方式的关键在于搅拌槽的设计。
搅拌槽一般由一个容器和一个搅拌器组成。
容器通常是圆柱形，以保持液体在槽内的均匀流动。
搅拌器可以是机械搅拌器或气体搅拌器，用来打断反应物的浓度梯度，并将其混合均匀。
在CSTR混合方式中，反应物被输入到搅拌槽中，并在反应过程中均匀混合。
搅拌槽一般设置在恒温条件下，以确保反应过程的稳定性。
在搅拌槽中，反应物与催化剂或其他反应物发生化学反应，产生产物。
产物在反应过程中会被连续地从搅拌槽中输出，以保持槽内反应物浓度的稳定。
CSTR混合方式的性能可以通过几个关键指标来评估。
其中之一是反应物的停留时间。
停留时间指的是反应物在反应器中的平均停留时间。
停留时间越长，反应可以更充分地进行。
另一个指标是反应器的容积。
容积越大，反应物的停留时间越长，反应过程也更充分。
还有一个指标是混合效率。
混合效率越高，反应物的浓度分布越均匀，反应过程也更稳定。
CSTR混合方式在化学工程领域有广泛的应用。
例如，在有机合成中，CSTR 混合方式可以用于合成各种有机化合物。
在环境工程中，CSTR混合方式可以用于处理废水，以去除其中的污染物。
在食品工程中，CSTR混合方式可以用于发酵和酿造过程中。
总之，CSTR混合方式是一种重要的反应器设计，在化学工程领域得到了广泛应用。
它的连续搅拌槽构造和混合效率保证了反应物的均匀混合和反应过程的稳定性。
理想反应器(连续釜)
3.7
反应器计算与操作的优化
优化的核心是化学因素和工程因素的最优结合。 化学因素包括反应类型及动力学特性
随串联釜数增多，操作的复杂程度增大， 附属设备费用增大。故串联釜数一般不大于 4。
3.4.2 多个串联连续操作釜式反应器 （N－CSTR）
二、nCSTR的基础设计式
CA0
CA1
CA2
V0
CA1 VR1
V0
CA
2
V0
CAi-1 VRi1
CAi-1
CAi
V0
CAi
CAm
V0
CAm V0
VR2
VRi
3.4
理想混合连续搅拌釜式反应器（CSTR）
CA
time
反应器内，物 料的浓度和温度处 处相等，且等于反 应器流出物料的浓 度和温度。
CA,in
CA, out
0
tresidence time
t
CA CA,O
position
CA, out
t
x
0
3.4
理想混合连续搅拌釜式反应器（CSTR）
优点：容易自动控制，操作简单，节 省人力。稳定性好，操作安全。 缺点：在低浓度下进行反应。
VRm
3.4.2 多个串联连续操作釜式反应器 （N－CSTR）
V0CAi 1 V0CAi (rAi )VRi
V0 (C Ai 1 C Ai ) VRi (rAi )
CAi-1
CAi CAi
V0C A0 ( xAi xAi 1 ) VRi (rAi )
VRi
VRi C Ai-1 - C Ai x Ai - x Ai-1 τ≡ = = C A0 i V0 (-rAi ) (-rAi )
全混流反应器
对于任意εA值
★ 二级反应 对于任意εA值：
AP
(-rA)=
kC
2 A
C A0 (C A0 x A ) VR C A0 x A x A (1 A x A ) x A ) kC A (C A0 AC A ) 对于 A 0 C A0 C A VR xA 2 2 Q0 kC A0 (1 x A ) kC A
全混釜反应器体积计算
Q0 (C A0 C A ) VR (rA )
Q0C A0 x A (rA )
空时与空速的概念：
空时：
Vr 反应体积 Q0 进料体积流量
（因次：时间）
表明 Qo , 处理能力
空速：
Q0 FA0 Vr c A0Vr 1
x A,i 1 。出口
具体步骤如下： ★根据动力学方程式或实验数据作出xA~(-rA)曲线MN； ★按式 (rA )i
C A0
★因各釜体积相等，所以空时也相等，则各釜的物料衡 算线的斜率一致。所以第二釜的物料衡算式可以从 点xA1作平行于第一釜物料衡线交于MN线于P2，其 横坐标即为第二釜的出口转化率xA2。 ★依此类推，一直到第N釜出口转化率xA,N等于或大于 所要求的转化率xAf为止。则所得斜线数目即为反应 器釜数。
2.设计方程：由于器内物料混合均匀，可以对全 釜做关键组分A的物料衡算： [A进入量]=[A出VR量]+[反应掉量]+[累积量]
Q0CA0 = Q0CA + VR(-rA) + 0
Q0
Q0
c A0
cA
Q0C A0 Q0C A Q0 (C A0 C A ) VR (rA ) (rA )
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。
串联CSTR的动态模型仿真
串联CSTR 的动态模型仿真1 机理建模图1 串联全混流反应器（CSTR ）工艺流程图图1所示为由两个串联的全混流反应器和一个中间混合槽构成的过程[1~4]。
在两个反应器里都发生着一个单独的一阶不可逆放热反应A→B [5]，中间混合槽用来引进第二种进料。
在建模时作如下简化假定：混合物的密度为常数，与其温度和浓度无关。
热容也为常数，与其温度和成分无关，两个CSTR 的液体体积为恒值。
反应速率按一阶反应建模: CV e k K RT E 10-=CSTR 中的物料平衡方程：)(d d 11f 1f 110111C C Q V C e k tC V RT E-+-=-)(d d 22f 2f 220222C C Q V C e k tC V RT E-+-=-CSTR 中的能量平衡方程：111f P 1f 110h 1P 1)(d d 1Cool T T c Q V C e k D t Tc V RT E--+=-222f P 2f 2202P 2)(d d 2Cool T T c Q V C e k D tTc V RT E h --+=-CSTR 的体积恒定：11f Q Q =22f Q Q =每个反应器被加在其周围的冷却罩冷却，单位时间内反应器与冷却罩之间的传热为：)(1ci 1PC1cw a PC1cw a 1T T c Q U c Q U Cool -+=)(2ci 2PC2cw a PC2cw a 2T T c Q U c Q U Cool -+=忽略混合槽动态行为，物料和能量平衡如下011f Q Q =0212f Q Q Q +=0202112f 2f C Q C Q C Q +=0202112f 2f T Q T Q T Q +=联立上述方程式，解得⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧--++++=--+=-++++-=-+-=----2202010202101020122022110101110112020102021010201220221010111011)()()())(()(2121Cool T Q Q T Q T Q c Q Q V C e k D dt dT c V CoolT T c Q V C e k D dtdT c V C Q Q C Q C Q Q Q V C e k dt dC V C C Q V C e k dt dC V p RT E h p p RT Eh p RT ERT E (1.1)式中)(11111ci pccw a pc cw a T T c Q U c Q U Cool -+=)(22222ci pccw a pc cw a T T c Q U c Q U Cool -+=图中符号说明与参数值下表所示。
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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。
FA0 = vT c A0
FA = vT c A
rAV
0
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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。
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
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
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
VCSTR
x Ae = FA0 rA
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？