全混流反应器

1、全混流模型
特点：
★反应器内所有空间位置的物系性质是均匀的，并且等于 反应器出口处的物料性质，即反应器内物料的浓度与温 度均一，且与出口物料温度、浓度相同。
★新鲜物料瞬间混合均匀，存在不同停留时间的物料之间 的混合，即返混。且逆向混合程度最大，逆向混合直接 导致稀释效应最大。
★在等温操作的条件下，反应器内物系的所有参数，如T、 C、P等既不随时间变化，也不随位置变化。
（-rA）----以已二酸组分计的反应速率，kmol.L-1.min-1 k----反应速率常数，1.97L.kmol-1.min-1
CA、CB----分别为已二酸和已二醇的浓度，kmol.L-1 CA0、CB0均为0.004kmol.L-1 若每天处理已二酸2400kg，转化率为80%，试计算确定反应 器的体积大小。
◆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。
◆平均停留时间：以 来表示，其定义为反应器的有效容积 与器内物料体积流速t之比，即 t V v。
空时与空速的概念：
空时：
Vr Q0
反应体积 进料体积流量
（因次：时间）
表明 Qo , 处理能 力
空速：
1 Q0 FA0
Vr cA0Vr
因:次 时-间 1
空速的意义：单位时间单位反应体积所处理的物料量。 空速越大，反应器的原料处理能力越大。
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
要注意区分上述三个工程上常用于表示时间的概念。
全混流反应器设计方程关联的参数有：xA、(-rA)、VR、FA0 图解全混流反应器相关计算：
注意：上图中矩形可求出出口转化率xA或出口浓度为CA 所需空时，一定要明确上图黑点所代表的意义。
3、设计方程式的应用
★零级反应 AP
(-rA)=k
VR CA0 xA CA0 xA CA0 CA
, 这时 A 0
VR C A0xA C A0 C A
Q 0 kC A 0 (1 x A )
kC A
或
:
xA
k 1 k
C
A
C A0 1 k
CA 1 C A0 1 k
★ 二级反应
AP
对于任意εAR CA0xA xA(1AxA)2 CA0(CA0 xA) Q0 kCA2 kCA0(1xA)2 kCA2(CA0 ACA)
对于反应级数n>0的反应:
间歇釜式BR：一次性投料，反应体系A的浓度由CA0逐 渐降至CA(排料时A的浓度），反应速率随 t 减 小;
全混流CSTR：A的浓度由CA0瞬间降至反应器出口浓度 CA，故全混流反应器一直在相当于出口浓度的
低反应速率下进行，相当于图中B点速率下进
行。
间歇釜式反应器所需反应时间：
解：根据CSTR反应器的设计方程可知，
V Q R 0kCA0(x 1A xA)2 VRkCA0 Q (1 0xAxA)21.9760 17 01 .0 00 4. 810.827234L7.234m3
而间歇反应器所需的体积仅为：2.16m3 请思考：为何间歇釜式反应器所需反应体积要小得多？
4、间歇釜式反应器和全混流（CSTR）反应器的比较：
二、全混流模型：(CSTR） 又称理想混合流反应器或 连续搅拌釜式反应器，进出物料的操作是连续的，可 以单釜或多釜串联操作。
1、全混流模型 2、全混流反应器的设计方程式 3、设计方程式的应用 4、间歇釜式反应器和全混流（CSTR）反应器的
比较
5、多釜串联CSTR反应器的特点
6、多釜串联CSTR反应器的设计方法
对于 A 0
VR Q0
kCA0(x1AxA)2
CAk0 C A2CA
★ n级反应
rA kCAn
kCCA A n0C CAA 00C AxAA
εA=0时
V v0 RkA C n1o (x 1A xA)nC A k 0 A C n C A
例题
例题
工厂采用CSTR以硫酸为催化剂使已二酸与已二醇以等摩尔 比在70℃下进行缩聚反应生产醇酸树脂，实验测得该反应的 速率方程式为：（-rA）=kCACB 式中：
( rA )
( rA )
如进入反应器时还有一定转化率x0,出口为xf
V R Q 0 C A 0 ( 1 x ( 0 ) r A ) C A 0 ( 1 x f) Q 0 C A ( 0 ( r x A f) x 0 )
全混釜反应器体积计算
VR
Q0(CA0 CA) (rA)
Q0CA0xA (rA)
t
d C C A 0
A
CA rA
全混流反应器所需空时：
τ = 面积CA0DBCA=
CA0CABCAC Ar0AC CA A
全混流反应器的容积效率：
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
V RQ 0C A ( 0 rA Q )0C AQ 0(C ( A 0 rA )C A)
c A0
cA
Vr
Q 0C A 0 C A 0(1 xA)fC A 0 Q 0xAf
Q0 (rA )
k
k
或
:
xA
k
CA0
或 : CA CA0 k
(注 :以上是 A 0的等分子反应 )
若 A 0
xA
CA0 CA
CA0 ACA
或
CA
CA01xA
1AxA
将上式代入设计方程得:
CA0 (CA0 CA ) 或 CA0 xA (1 A )
k(CA0 ACA )
k(1 A xA )
★一级反应 AP (-rA)=kCA
对于任意εA值
V R C A 0 x A x A (1 A x A ) C A 0 (C A 0 C A )
Q 0 ( rA )
k (1 x A ) kC A (C A 0 A C A )
对于液相反应 , 可以认为是恒容过程