全混流反应器讲解材料
化学反应工程全混流
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！
例题9：见陈甘棠教材P62例3-4-1（全混釜与间歇釜的比较）
Return
②图解法
先来看看解析法求解一个反应级数n≠1的情况
从第一釜开始一直计算到第N釜，每次必须解下面 的n次方程，十分不便！
VR C A0 xA xA (1 A xA )2 C A0 (CA0 xA ) v0 kCA2 kCA0 (1 xA )2 kCA2 (C A0 AC A )
对于 A 0
VR
xA
CA0 CA
v0 kCA0 (1 xA )2
k CA2
★ n级反应
rA kCAn
★反应器内物系的所有参数，如T、C、P等均不随时间变 化，从而不存在时间独立变量，独立变量是空间。
CA0 xA0=0
(或xA1)
v0 FA0
CA
xA (或xA2)
VR
CSTR
CA xA
(或xA2)
v FA
Return
2、 全混流反应器的设计方程式
两点说明：
◆CSTR体系性质均一，不随时间而变，可就整个反应器进行 物料衡算，而且单位时间可以任取。
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。
全混流反应器 ppt课件
( 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：
说明容积效率 可以用时间比 空时的原因
t
A矩 B曲形C线A0下 DB阴CA的 影面 部积 分面 1.0积
对于n>0的不可逆反应，CSTR的容积效率η均小于1，这 是由于“返混”造成的稀释效应使全混流的反应器的容积 效率小于1，也就是说全混流反应器的有效容积将是分批 式反应器的1/η倍，但要注意间歇式操作的非生产性时间t0
[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(1xA)fC A 0 Q 0xAf
( rA )
★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。
M -rA
xA-(-rA)动力学线
第二釜物料衡算线
P1
斜率：CA0/τ
P2
P3
6 第二章 反应器内流体流动与混合 (1)--梁斌 97-2003
反应器内物料的流动方向和速度分布的不
同，造成物料粒子在反应器内的停留时间 不同，从而引起各粒子反应程度的差异， 造成物料浓度分布不同，这降低了反应效 率，影响了产品质量和产量。 流动状况对化学反应的影响有两方面：物 料的浓度和停留时间。
物料在反应器内存在浓度和温度分布，使
器内物料处于不同的温度和浓度下进行化
处理量和实际操作时间来决定的。
• 根据生产任务求得物料在单位时间内的物 料处理量 V′。 • 每批实际操作时间由反应时间 t 和辅助 时间 t0 组成。辅助时间包括加料、调温、 缷料和清洗等时间。
1.每批实际操作时间 =反应时间 + 辅助时间
t R t t0
2.反应器有效体积 VR ：
VR V (t t0 )
x
x+△x
管式反应器
管径较小、管子较长
和流速较大的管式反应器
可近似地按平推流来处理。
一、平推流反应器特性 (1)属连续定态操作，反应器各个截面上的参 数(浓度、温度、转化率等)相同，且不随时 间而变化； (2)器内参数(浓度、温度、压力等)沿流动方 向连续变化，反应速率也随轴向位置变化；
动量衡算方程
在列出上述基本方程时，需要知道动力学
方程和流动模型。 2.反应器设计的基本内容
(1) 选择合适的反应器形式
(2) 确定最佳的工艺条件
(3) 计算所需反应器体积
2.2 简单反应器
简单反应器分为： 1.间歇釜式反应器 2.平推流管式反应器 3.全混流釜式反应器
讨论等温恒容过程，只需结合动力学方
适用于经济价值高、批量小的产物，如药
品和精细化工产品等的生产。
一.间歇釜式反应器传递特性(装置特性)
全混流反应器2
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！
例题9：见陈甘棠教材P62例3-4-1（全混釜与间歇釜的比较）
②图解法
若为等温恒容反应，且反应器的各釜容积相等，则设 计方程可改写为：
CA,i 1
εA=0时
VR
xA
CA0 CA
v0 kCAno1 (1 xA )n
kCAn
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）----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。
解：根据CSTR反应器的设计方程可知，
VR Q0
xA kCA0 (1 xA )2
VR
Q0 xA kCA0 (1 xA )2
rA CA
全混流反应器的容积效率：
说明容积效率 可以用时间比 空时的原因
t
AB曲线下阴影部分面积
矩形C
A0
DBC
的面积
A
1.0
对于n>0的不可逆反应，CSTR的容积效率η均小于1，这是 由于“返混”造成的稀释效应使全混流的反应器的容积效 率小于1，也就是说全混流反应器的有效容积将是分批式 反应器的1/η倍，但要注意间歇式操作的非生产性时间t0在
多级串联全混流反应器的设计与应用
一、引言全混流反应器作为一种重要的化工反应器，其在化工生产过程中发挥着重要作用。
在许多化工生产过程中，多级串联全混流反应器的设计与应用可以提高反应器的效率和产量，降低能耗和生产成本，具有重要的理论和实际意义。
二、多级串联全混流反应器的原理及结构1. 多级串联全混流反应器的原理多级串联全混流反应器是通过将多个全混流反应器串联连接，使反应物料在多个反应阶段中不断进行反应，从而提高反应程度和完全程度。
2. 多级串联全混流反应器的结构多级串联全混流反应器通常由多个全混流反应器、加料装置、搅拌装置、控制系统等组成。
在设计中需要考虑反应物料的流动性、热量传递、控制调节等问题，以保证反应器的正常运行。
三、多级串联全混流反应器的设计1. 反应器型号的选择在设计多级串联全混流反应器时，需要根据反应物料的性质、反应边界条件等因素选择合适的反应器型号，如循环流化床反应器、管式反应器、搅拌式反应器等。
2. 反应器的工艺参数选择反应器的工艺参数包括反应温度、压力、流速、搅拌速度等，需要根据反应物料的特性、反应过程的要求等因素进行合理选择，以保证反应器的正常运行和最佳效果。
3. 多级串联结构的设计在设计多级串联全混流反应器的结构时，需要考虑反应物料的流动性、热量传递、控制调节等问题，合理设计反应器的结构，以提高反应器的效率和产量。
四、多级串联全混流反应器的应用1. 化学工业中的应用多级串联全混流反应器在化学工业中可以用于合成反应、裂解反应、氧化反应等多种化工生产过程中，具有广泛的应用前景。
2. 生物工程中的应用多级串联全混流反应器在生物工程中可以用于发酵反应、生物转化等生物学过程，提高了生物工程的生产效率和产量。
3. 环保工程中的应用多级串联全混流反应器在环保工程中可以用于废水处理、废气处理等环境保护领域，具有重要的应用价值。
五、多级串联全混流反应器的发展趋势1. 新型反应器材料的应用随着新型材料的不断涌现，多级串联全混流反应器将面临新的发展机遇，新型材料的应用将提高反应器的稳定性和耐腐蚀性。
全混流反应器的返混
全混流反应器的返混一、引言全混流反应器是化工生产中常用的一种反应器类型，其优点在于反应物质均匀分布，反应速率快等。
但是在实际生产过程中，由于反应物质的不均匀性和反应速率的不同，会导致部分反应物质没有完全反应。
因此，需要采取措施来解决这个问题。
其中一种解决方案就是返混技术。
二、全混流反应器的返混技术1. 返混技术的定义返混技术是指将已经部分完成的反应物质和新加入的未参与反应的物质进行充分混合，使得所有物质都可以参与到整个化学反应过程中去。
2. 返混技术的原理全混流反应器中，由于各种原因（如流动性、密度差异等），会出现一些未完成或未参与化学反应的物质。
为了让这些未完成或未参与化学反应的物质也能够参与到整个化学反应过程中去，需要采取返混技术。
返混技术可以将已经部分完成的反应物和新加入的未参与化学反应的物充分混合，使得所有物质都可以参与到整个化学反应过程中去。
3. 返混技术的实现方式返混技术有很多实现方式，常见的包括机械搅拌、气体喷射、液体喷射等。
其中，机械搅拌是最常用的一种方式。
在全混流反应器中，可以通过加入机械搅拌器或改变反应物进料位置等方式来实现返混技术。
三、全混流反应器的返混技术的优点1. 提高了反应效率和产量由于返混技术可以使得所有物质都能够参与到整个化学反应过程中去，因此可以提高化学反应的效率和产量。
2. 降低了生产成本采用返混技术可以使得化学反应更加充分，减少了未完成或未参与化学反应的物质浪费，从而降低了生产成本。
3. 减少了环境污染由于采用返混技术可以减少未完成或未参与化学反应物质浪费，因此也减少了环境污染。
四、全混流反应器的返混技术的缺点1. 设备成本高采用返混技术需要增加设备，如机械搅拌器等，因此会增加设备成本。
2. 操作难度大采用返混技术需要对反应器进行改造和调整，操作难度较大。
3. 维护成本高返混技术需要增加设备，维护成本也相应提高。
五、全混流反应器的返混技术的应用范围全混流反应器的返混技术可以广泛应用于各种化学反应过程中，特别是在涉及到多种物质参与反应的情况下更为适用。
全混流反应器的返混
全混流反应器的返混1. 引言全混流反应器是一种在化学工业中广泛应用的反应器类型，其核心特点是通过完全混合反应物和催化剂，使反应物在反应器中均匀地接触，并进行化学反应。
然而，全混流反应器的反应过程中会产生一定的副产物和废物，这些副产物和废物需要进行处理和回收，以提高反应器的效率和环境友好性。
2. 返混的概念与意义返混，即将全混流反应器中产生的副产物和废物重新混入反应器中，与反应物再次反应。
返混的目的是利用已经生成的副产物和废物，增加反应物的浓度，提高反应速度和转化率。
同时，返混也可以减少废物的生成，并实现废物的资源化利用。
3. 返混的操作方式与参数3.1 返混方式•定期返混：按照预定的时间间隔，将反应器中的副产物和废物抽出并重新混入反应器中。
这种方式操作简单，但对反应器的影响较大，可能导致反应物的浓度和温度发生较大变化。
•持续返混：通过不断地将产生的副产物和废物抽出，并与新的反应物混合后再次注入反应器中。
这种方式对反应器的影响较小，但操作复杂，需要精确控制返混的速度和比例。
3.2 返混参数•返混比例：返混比例是指返混物与新鲜反应物的体积或质量比。
返混比例的选择需要综合考虑反应速率、产品选择性、能量耗费等因素。
•返混速度：返混速度是指每单位时间内返混物进入反应器的体积或质量。
返混速度过快可能导致反应器内过于剧烈的变化，影响反应的均匀性和稳定性。
4. 返混对反应器性能的影响4.1 反应速率返混可以增加反应物的浓度，提高反应速率。
通过实验发现，在一定条件下，随着返混比例的增加，反应速率也会增加。
这是由于返混物中已经存在的反应产物可以直接参与反应，加快反应的进行。
4.2 产物选择性返混可以改善产物选择性。
在反应过程中，产物的选择性受到许多因素的影响，包括反应物的浓度、温度和催化剂的选择等。
返混可以增加反应物的浓度，提高产物的选择性。
4.3 能量耗费返混可以减少能量的消耗。
在全混流反应器中，反应物的混合常常需要消耗大量的能量。
全混流反应器的热稳定性
(f)为两只平推流反应器串联，第二平推流反应器出口浓度为
k VR V0 2k VR V0 2 k
C Af , f C A1e
C A0 e
C A0 e
(g)为平推流与全混流反应器并联
cAf , g
c A0 2 kt 0.5 cA0e 1 2k
（2）全混流反应器的多态
QR C A0VR k (H R ) 1 k m C A0VR (H R )k10 exp( E 1 m k10 exp( ) RT E ) RT
QR(QC) QC
QR
N
QR曲线与QC直线的交点处 QR =QC
P
放热速率=移热速率，达到了热平 衡，就是系统的操作点。并且这 种交点随操作参数不同有可能是 多个，这种有多个交点的现象称 为反应器的多态。
当k 1时 C A0 C C Af ,a A0 1 2k 3 C A0 C A0 C Af ,b 2 (1 k ) 4 C A0 k C A0 C Af ,c C Af ,d e 1 k 5.44 C A0 2 k C Af ,e C Af , f C A0 e 7 .4
1）热稳定性和参数灵敏性的概念
如果一个反应器是在某一平衡状态下设计并进行操作的 ，就传热而言，反应器处于热平衡状态，即反应的放热速率 应该等于移热速率。只要这个平衡不被破坏，反应器内各处 温度将不随时间而变化，处于定态。
但是，实际上各有关参数不可能严格保持在给定值，总 会有各种偶然的原因而引起扰动。扰动表示为流量、进口温 度、冷却介质温度等有关参数的变动。如果某个短暂的扰动 使反应器内的温度产生微小的变化，产生两种情况： 一是反应温度会自动返回原来的平衡状态，此时称该反 应器是热稳定的，或是有自衡能力； 另一种是该温度将继续上升直到另一个平衡状态为止， 则称此反应器是不稳定的，或无自衡能力。
《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
化学反应工程全混流
Return
4、分批式（间歇釜式）反应器和全混流（CSTR）反应器的 比较：
对于反应级数n>0的反应:
分批式：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
CA xA (或xA2) v
FA
FA0-FA0(1-xA) -（-rA）VR=0 或：v0CA0- v0CA0(1- xA) -（-rA）VR=0
可以导出下列式子
VR VR xA
F v0
CA0 xA
rA
C A0
CA
rA
CSTR设计方程式（xA0=0的情况） xA0≠0呢？
Vi v0
C A,i1 C A,i
ki
C
n A,i
x A,i xA,i1
ki
C
n1 A0
1
x A,i
n
若n=1，则：
CA,i 1
CA,i1 1 ki i
该式前面已推导过！
将串联的N釜设计方程左右分别相乘得：
C A, N C A0
1
1 k11 1 k2 2 1 ki i 1 kN N
◆连续操作的物料累积量为零。 基本衡算式：
试问化学反应速率 是固定不变的吗？
为什么？
进入量-排出量-反应量=累积量
对反应的A作物料衡算： 进入量=FA0=v0CA0
CA0 xA0=0 (或xA1)
v0 FA0
排出量=FA=FA0(1-xA)= v0CA0(1- xA)
反应量=（-rA）VR
CA xA (或xA2) VR
全混流反应器的返混
全混流反应器的返混全混流反应器是一种常见的化学反应器，其特点是反应物进入反应器后通过全混合过程，达到反应的目的。
全混流反应器的优点在于它具有高效、均匀的混合特性，能够保证反应物均匀地分布在整个反应器中，从而更好地利用反应物和催化剂，提高反应的效率和产率。
全混流反应器的构成包括反应器本体、进料装置、搅拌机构、产物出料装置、温度、压力、流量、物质平衡等自动控制系统等。
反应器本体通常采用圆柱形、方形或椭圆形等形状，根据反应液特性、反应条件、反应程度选择最适合的结构。
进料装置通常采用外部管道引入反应物质，进料量和流量可以通过控制泵或其他的仪表进行自动调节。
产物出料装置采用叶片或广泛接管的形式，将反应物从反应器中排出，也可以在反应中进行在线采样和分析。
搅拌机构通常采用机械或磁力搅拌器实现搅拌，以达到混合的目的。
全混流反应器中的反应物质转化受多种因素的影响，例如反应物浓度、温度、压力、催化剂或酶的特性等。
反应物浓度通常通过控制进料量控制其浓度，以满足反应物的需求。
温度和压力是反应物质转化的两个重要因素，通常通过控制加热制冷和压力调节阀实现。
催化剂或酶的特性主要表现在催化速率和选择性上，可以通过设计不同的催化剂和酶来达到特定的反应物质转化要求。
全混流反应器在化学工业中广泛应用，但也存在一些缺陷，如反应物质转化不彻底、反应过程不可逆、难以控制反应过程中产生的副反应等问题。
因此，为了提高反应物的转化率和产率，减少副反应的发生，通常采用多段式反应器和流程优化等方法进行改进和优化。
总之，全混流反应器具有高效、均匀的混合特性，对化学工业中的物质转化和生产具有重要意义。
但需要注意反应条件的控制和反应过程的优化，才能发挥其最大的作用。
化学反应工程_连续流动釜式反应器讲解
如图依次作出CA0A1、 CA1A2 、CA2A3……，求出 CA1 、CA2 、 CA3……。
rA
M rA=kf(CA)
A1
A2
-1/1
A3 -1/2
-1/3 O
CAm CA3 CA2 CA1 CA0 CA
三、多级全混流反应器串联的优化
在设计反应器时，物料处理量V0、进料组成及最终转化 率XAm是由工艺条件确定的。
将几个全混釜串联起来操作就构成了多釜串联反 应器。
CA0
xA1
xA2
xAi-1
xAi
V0
CA1 V0
CA2 V0
CAi-1 V0
CAi V0
xAm CAm
V0
VR1
VR2
VRi-1
VRi
VRm
二、多级全混流反应器的计算
1. 解析计算 多级全混流反应器串联操作如上图所示。 设：稳定状态，等温，等容。 对第i级作A的物料衡算，则有
1 CAm CA0
故
xAm
1
m i 1
1
1 ki
（3－31）
当每级体积相等时 则可进一步简化
1 2 3 ... m
xAm
1
m i 1
1
1 ki
1
1
1 k
m
（3－32）
或
1 k
1
1
x 1/ m Am
1
总体积
VR
mVRi
mV0
mV0 k
1
1
x 1/ m Am
1
VRi
V0CA0 (xAi rAi
xAi1)
反应器总体积 为
VR
m
VRi
第三章 第二部分 全混流反应器设计
VR 0 3 4.222 12.666(m3 )
全混釜设计方程应用——作业布置
作业：P61，T3-5
【思考与提示】
全混釜设计方程应用举例
3.2.4 简单反应多釜串联设计 1. 问题的提出 ① 完成一定生产任务所需单釜体积太大； ② 因体积过大，不便于操作、安装和运输等。 ③ 采用多少个串联组合最为适宜；
3.2kmol/m3。该反应为一级，反应温度下的反应速率常数为8×10-3s-1，最 终转化率为98.9%。若加料速率为10kmol/h，则需多大体积的全混流反应 器？若在一个体积为1m3的等温间歇釜中进行，辅助操作时间为30min，求 苯酚的产量和处理10kmol/h过氧化异丙苯时的反应体积？并与全混釜比较。 【思考123】① 恒容过程？变容过程？② 求反应器体积？反应体积? ③ 怎样从设计方程到反应体积？
FA0 10 VR 0 (t t ) (t t ) (9.4 30) 2.052(m 3 ) c A0 60 3.2
( FA0
FA0 0 c A 0 0 ) c A0
全混釜设计方程应用举例
（3）结果比较
3 3 V 9 . 756 ( m ) V 2 . 052 ( m ) ① 体积比较： R,CSTR R, BSTR
0
c A0 x Af (rA ) f (1 A x Af )
因此，对于变容过程，往往选择标准状况下的体积流量 作为计算空时的基准。
全混釜一般设计方程讨论
5. 动力学特征
1 rA
c A0
1 rA f
1 x Af (rA ) f
1 rA
t c A0
x Af
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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
◆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。
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。
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。
对于任意εA值：
(-rA)=
kC
2 A
VR CA0xA xA(1AxA)2 CA0(CA0 xA) Q0 kCA2 kCA0(1xA)2 kCA2(CA0 ACA)
对于 A 0
VR Q0
kCA0(x1AxA)2
CAk0 C A2CA
★ n级反应
rA kCAn
kCCA A n0C CAA 00C AxAA
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
( 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)
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
t CA0 d：C 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：
说明容积效率 可以用时间比 空时的原因
t
A矩 B曲形C线A0下 DB阴CA的 影面 部积 分面 1.0积
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：
对于反应级数n>0的反应:
间 歇 釜 式 B R ：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
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
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 )
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。
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
对于n>0的不可逆反应，CSTR的容积效率η均小于1，这是 由于“返混”造成的稀释效应使全混流的反应器的容积效率 小于1，也就是说全混流反应器的有效容积将是分批式反 应器的1/η倍，但要注意间歇式操作的非生产性时间t0在计
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
, 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
A
v0 kA C n 1o (1xA)n
kA C n
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）----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