1、第二章第二章 理想反應器理想反應器Ideal Flow Reactor第一節第一節 間歇反應器間歇反應器(BR)第二節第二節 平推流反應器平推流反應器(PFR)第三節第三節 全混流反應器全混流反應器(CSTR)2021年11月11日星期四2021年11月11日星期四反應器設計的基本內容反應器設計的基本內容1）根據化學反應的動力學特性來選擇合適的反應器形式；）根據化學反應的動力學特性來選擇合適的反應器形式；2）結合動力學和反應器兩方面特性來確定操作方式和優化）結合動力學和反應器兩方面特性來確定操作方式和優化 的操作設計；的操作設計；3）根據給定的產量對反應裝置進行設計計算，確定反應器）根據給定的

2、產量對反應裝置進行設計計算，確定反應器 的幾何尺寸并進行某些經濟評價。的幾何尺寸并進行某些經濟評價。2021年11月11日星期四（無返混）（無返混）（返混程度最大）（返混程度最大）理想反應器理想反應器全混流反應器（理想混合）全混流反應器（理想混合） （完全混合）（完全混合） 平推流反應器（活塞流、理想置換反應器）平推流反應器（活塞流、理想置換反應器）Plug Flow Reactor(PFR)（無返混）（無返混）間歇式完全混合間歇式完全混合連續式完全混合連續式完全混合Batch Reactor(BR)Continuous Stirred Tank Reactor(CSTR)2021年11月11

3、日星期四 返返 混混：不同停留時間的粒子間的混合不同停留時間的粒子間的混合 平推流平推流：反應物料以相同的流速和一致的方向進行移動，反應物料以相同的流速和一致的方向進行移動， 所有的物料在器內具有相同的停留時間。所有的物料在器內具有相同的停留時間。2021年11月11日星期四4 間歇反應器的最優操作時間1 物料衡算第一節 間歇反應器2 熱量衡算3 反應容積的計算2021年11月11日星期四 間歇式完全混合反應器間歇式完全混合反應器2021年11月11日星期四特點：特點： 反應器內各處溫度始終相等，無需考慮反應器內的熱反應器內各處溫度始終相等，無需考慮反應器內的熱量傳遞問題量傳遞問題 所有物料具

4、有相同的反應時間所有物料具有相同的反應時間 優點：優點： 操作靈活，易于適應不同操作條件與不同產品品種，操作靈活，易于適應不同操作條件與不同產品品種，適用于小批量，適用于小批量， 多品種，反應時間較長的產品生產多品種，反應時間較長的產品生產 缺點：缺點： 裝料，卸料等輔助操作時間長，產品質量不易穩定裝料，卸料等輔助操作時間長，產品質量不易穩定2021年11月11日星期四對于間歇釜式反應器：對于間歇釜式反應器： 假設釜的有效反應容積為假設釜的有效反應容積為VR ，單位時間內反應掉的，單位時間內反應掉的A量量為：為： RAVr )(積累積累 dtdnA1 物料衡算物料衡算單位時間單位時間輸入的物輸

5、入的物料料A量量 單位時間單位時間輸出的物輸出的物料料A量量 單位時間單位時間內反應掉內反應掉的的A量量 A在反應在反應器內積累器內積累速率速率_=dtcVdAR輸入輸入=輸出輸出=02021年11月11日星期四dtcVdVrARRAAARncVdtcVdARdtdxVnrARAA0積分得：積分得：AxARAArVdxnt00 間歇完全混合反應器的設計方程間歇完全混合反應器的設計方程AAxn10dtdxnAA0AxAAArdxc00AAccAArdc0RAVr等溫操作等溫操作等溫操作（動力學等溫操作（動力學k為常數）為常數）可將速度方程直接代入操作方程直接積分求解可將速度方程直接代入操作方程直

6、接積分求解t。例例1：一級反應：一級反應A產物，單位時間需處理的物料體積為產物，單位時間需處理的物料體積為v，動力學方程為：，動力學方程為： （-rA）=kCA=kCA0(1-xA)求反應所需時間（轉化率為求反應所需時間（轉化率為xA）t及反應器的有效容及反應器的有效容積。積。)11ln1()(11ln1)1 ()(0000000txkvttvVxkxkCdxCrdxCtARxAAAAAxAAAAA2 2熱量衡算熱量衡算變溫操作（絕熱操作和變溫（非等溫非絕熱）變溫操作（絕熱操作和變溫（非等溫非絕熱）要求反應時間，需要對反應器進行熱量衡算。要求反應時間，需要對反應器進行熱量衡算。由于間歇反應器任

7、何瞬間都具有相同的溫度，可就整個反由于間歇反應器任何瞬間都具有相同的溫度，可就整個反應器進行熱量衡算：應器進行熱量衡算：量的累積量反應器內熱單位時間內的熱量反應所放出單位時間內應器的熱量環境傳給反單位時間內 UA(Tm-T) (-Hr)(-rA)V dtTVCdv)( UA(Tm-T) + (-Hr)(-rA)V =dtTVCdv)(符號說明：符號說明：U-總括傳熱系數（總括傳熱系數（KJ/m2.h.）；）；A-傳熱面積傳熱面積(m2)； Cv、-分別為反應流體的定容比熱和密度分別為反應流體的定容比熱和密度(KJ/Kg.、Kg/m3)；Hr-反應焓變反應焓變(KJ/Kmol)； Tm-冷卻（或

8、加熱）介質的溫度（冷卻（或加熱）介質的溫度（K）對于恒容過程：對于恒容過程：)TT(VCUAdtdxdtdTmvA（操作方程）（操作方程）式中：式中： （物理意義：最大溫升）（物理意義：最大溫升）v0ArCC)H(對于恒容變溫操作的間歇反應器的設計計算，就是聯立設計方對于恒容變溫操作的間歇反應器的設計計算，就是聯立設計方程、操作方程及動力學方程式求解的過程。程、操作方程及動力學方程式求解的過程。即：即：A0AACCAAx0AA0A)r(dC)r(dxCt)TT(VCUAdtdxdtdTmvA)C(f)T(k)r(A一般采用圖解法或數一般采用圖解法或數值法求解。值法求解。特例：特例：絕熱操作（與

9、外界的熱交換為零）：絕熱操作（與外界的熱交換為零）：UA（Tm-T）=0則：則：(-Hr)(-rA)V = 即：即：初始條件：初始條件：t=0 T=T0 xA=xA0將上式積分得：將上式積分得：T=T0 + (xA-xA0) （使對使對t的積分變為單參的積分變為單參數數）將上式代入動力學方程式，再代入設計方程即可采用圖解法將上式代入動力學方程式，再代入設計方程即可采用圖解法或數值法求解。或數值法求解。dtTVCdv)(dtdxdtdTA2021年11月11日星期四3 反應容積的計算反應容積的計算00ttQVR：反應時間：反應時間t：輔助時間：輔助時間0t0Q：單位時間內處理的反應物料的體積：單

10、位時間內處理的反應物料的體積2021年11月11日星期四 實際反應器的體積實際反應器的體積fVVR 裝填系數，裝填系數，0.4-0.85 。一般由實驗確定，也可根據反應。一般由實驗確定，也可根據反應物料的性質不同而選擇。物料的性質不同而選擇。 對于對于沸騰或起泡沫沸騰或起泡沫的液體物料，可取的液體物料，可取0.4-0.6 對于對于不起泡或不沸騰不起泡或不沸騰的液體，可取的液體，可取0.7-0.85:f2021年11月11日星期四例題例題2- 1用間歇反應器進行乙酸和乙醇的酯化反應，每天生用間歇反應器進行乙酸和乙醇的酯化反應，每天生 產乙酸乙酯產乙酸乙酯12000kg，其化學反應式為：，其化學反

11、應式為：OHHCCOOHCH523原料中反應組分的質量比為原料中反應組分的質量比為A:B:S=1:2:1.35, 反應液的反應液的密度為密度為1020kg/m3, 并假定在反應過程中不變，每批裝并假定在反應過程中不變，每批裝料，卸料及清洗等輔助操作時間為料，卸料及清洗等輔助操作時間為1h，反應在，反應在100下等溫操作，其反應速率方程如下：下等溫操作，其反應速率方程如下：KcccckrSRBAA1OHHCOOCCH252312kk2021年11月11日星期四100時時： min/1076. 441mollk平衡常數平衡常數K=2.92，試計算乙酸轉化，試計算乙酸轉化35%時所需的反應時所需的反

12、應體積，根據反應物料的特性，若反應器填充系數為體積，根據反應物料的特性，若反應器填充系數為0.75，則反應器的實際體積是多少？，則反應器的實際體積是多少？2021年11月11日星期四分析：分析：fVVR求求RV求求V00ttQVR0t已知已知求求0Q和和t0Qt設計方程設計方程已知已知2021年11月11日星期四解：解： 首先計算原料處理量首先計算原料處理量 0Q每小時的乙酸用量為：每小時的乙酸用量為：ARxM2412000由于原料液中由于原料液中A:B:S=1:2:1.35kg35. 435. 121原料液中含原料液中含1kg乙酸乙酸原料液量為：原料液量為：102035. 46023.16h

13、m /155. 4335. 0248812000hkmol/23.162021年11月11日星期四原料液的起始組成：原料液的起始組成：155. 423.160Ac46260908. 30Bc1835. 160908. 30Sc由由AxAAArdxct00求反應時間求反應時間lmol /908. 3lmol /2 .10lmol /59.172021年11月11日星期四AARxcc0 AASSxccc00AAAxcc10 AABBxccc00先將題給的速率方程變換成轉化率的函數：先將題給的速率方程變換成轉化率的函數：代入速率方程，整理后得：代入速率方程，整理后得：2021AAAccbxaxkr式

14、中：式中：00ABccc 908. 32 .1061. 22021年11月11日星期四AxAAAAcbxaxdxckt02011KccccbAsAB00001Ka1192. 2908. 359.17908. 32 .10192. 21115. 5acbbaxacbbaxacbckAAA4242ln41222016575. 02021年11月11日星期四61. 2235. 0434. 415. 562. 2235. 0434. 415. 5ln434. 4908. 31076. 414t所需的反應體積為：所需的反應體積為：00ttQVR反應器的實際體積為：反應器的實際體積為： 75. 038.1

15、2Vmin8 .1181608 .118155. 4338.12m351.16macb426575. 061. 2415. 52434. 4例題例題 2-2：工廠采用間歇反應器以硫酸為催化劑使已二酸與已二工廠采用間歇反應器以硫酸為催化劑使已二酸與已二醇以等摩爾比在醇以等摩爾比在70下進行縮聚反應生產醇酸樹脂，下進行縮聚反應生產醇酸樹脂，實驗測得該反應的速率方程式為：實驗測得該反應的速率方程式為： （-rA）=kCACB式中：式中：（-rA）-以已二酸組分計的反應速率，以已二酸組分計的反應速率，kmol.L-1.min-1 k-反應速率常數，反應速率常數，1.97L.kmol-1.min-1 C

16、A、CB-分別為已二酸和已二醇的濃度，分別為已二酸和已二醇的濃度，kmol.L-1 CA0、CB0均為均為0.004 kmol.L-1求：求：已二酸的轉化率分別為已二酸的轉化率分別為xA=0.5、0.6、0.8所需的反應所需的反應時間分別為多少？時間分別為多少？若每天處理已二酸若每天處理已二酸2400kg，轉化率為，轉化率為80%，每批操，每批操作的輔助時間為作的輔助時間為1小時，試計算確定反應器的體積大小時，試計算確定反應器的體積大小，裝填系數小，裝填系數=0.75，單釜生產。，單釜生產。解：解：求達到一定的轉化率所需時間：求達到一定的轉化率所需時間：計量方程式中，計量方程式中， A、B的初

17、始濃度相同，則反應的初始濃度相同，則反應動力學方程可寫為：動力學方程可寫為： 由于反應為液相等溫過程，故可按恒容處理，可將已知由于反應為液相等溫過程，故可按恒容處理，可將已知數據代入設計方程求解：數據代入設計方程求解：1BA2AAkC)r(AA0Ax1xkC1t 計算結果計算結果 xA=0.5 t=2.10h xA=0.6 t=3.18h xA=0.8 t=8.47h反應器體積的計算反應器體積的計算VR=v(t+t0) FA0=2400/(24*146)=0.685kmol/hv=0.685/0.004=171L/h生產周期生產周期=反應時間反應時間+輔助時間輔助時間=t + t0 =8.47

18、+1=9.47h反應有效體積：反應有效體積： VR=v(t+t0)=171*9.47=1619L考慮裝填系數，則反應器的實際體積：考慮裝填系數，則反應器的實際體積： V=VR /=1619/0.75=2160L=2.16m300AACFv 練習題練習題 試計算轉化率達到試計算轉化率達到90%時，所需間歇反應器的有效容積是時，所需間歇反應器的有效容積是多少多少?例題例題2-3 在間歇反應釜中進行下列液相一級不可逆反應：在間歇反應釜中進行下列液相一級不可逆反應：AB，其，其反應速率方程為反應速率方程為（-rA）=kCA，反應初始溫度為，反應初始溫度為163, 求絕求絕熱操作下，日產熱操作下，日產1

19、50kg（B）所需反應器的體積。已知數據）所需反應器的體積。已知數據如下：如下：163下下, k=0.8h-1，反應的活化能，反應的活化能E=121.25kJ/mol，反應熱：反應熱：Hr=-347.5kJ/kg，A與與B的定容比熱均為的定容比熱均為2.093J/kg.K，A與與B的密度均為的密度均為900kg/m3，A的最終轉化率的最終轉化率xAf=0.97，非生產性操作時間為，非生產性操作時間為1h。解：解：絕熱操作時有絕熱操作時有:T=T0+(xA-xA0)xA0=0所以，所以，T=T0+xA= T0+ = = (273+163) -Av0ArxcCHAv0Ar0 xcCHTRvAR0A

20、VcxVC5 .347T= 436+166xAT= 436+166xA （操作方程）（操作方程） （1） （設計方程）（設計方程） （2）-rA=kCA0(1-xA) （動力學方程）（動力學方程） （3）式中式中k是溫度的函數，與溫度的關系式可用下式表示：是溫度的函數，與溫度的關系式可用下式表示：Afx0AA0A)r(dxCt RTEkkaexp0（4）聯立（聯立（1）-（4）式可得反應時間）式可得反應時間t。求解過程：求解過程：用式（用式（1）給定）給定xA后求后求T，用參數計算式求，用參數計算式求k，然后將（，然后將（2）（3）式聯立即得：）式聯立即得： 其中：其中：利用數值法求解（梯形公

21、式）：利用數值法求解（梯形公式）：列表作圖：列表作圖：AfAfx0Ax0AAdxZ)x1(kdxt)x1(k1ZAxA00.10.2.xAfTT1T2T3Tnkk1k2k3knZ=)r(1AZ1Z2Z3.Znn1iA1n32n1Af1iinxZZZ2ZZx2ZZtlim t =0.12hVR=v(t+t0)=L8 . 7) 112. 0(900241502021年11月11日星期四4 4 間歇反應器的最優操作時間間歇反應器的最優操作時間ttt0總0t一定一定最優t目標函數目標函數增大增大減小減小tArRr減小減小2021年11月11日星期四以單位時間的產品產量為目標以單位時間的產品產量為目標反

22、應反應 RA，反應產物反應產物R R的濃度為的濃度為 ，單位時間單位時間Rc的產品產量為：的產品產量為：hmolttVcyRRR/0200ttcdtdcttVdtdyRRRR02021年11月11日星期四 0ttcdtdcRR單位時間產物產量最大所必須滿足的條件單位時間產物產量最大所必須滿足的條件 00RRcttdtdc2021年11月11日星期四圖解法圖解法McRt0tAt02021年11月11日星期四2.2.以生產費用最低為目標以生產費用最低為目標RRRFTMCVataatA000a：輔助操作費用輔助操作費用a：單位時間內反應操作費用單位時間內反應操作費用Fa：固定費用固定費用TA：單位質

23、量產品的總費用：單位質量產品的總費用2021年11月11日星期四dtdATaatatcdtdcFRR00生產費用最小所必須滿足的條件生產費用最小所必須滿足的條件2001RRFRRRcdtdcataatacVM02021年11月11日星期四用圖解法求解用圖解法求解NBaataF00cRt0t2021年11月11日星期四第二節第二節 平推流反應器平推流反應器(PFR)平推流反應器的特征：平推流反應器的特征： 在與流動方向是垂直的截面上沒有流速分在與流動方向是垂直的截面上沒有流速分布，即徑向混合均勻布，即徑向混合均勻在流體流動的方向不存在流體質點間的混在流體流動的方向不存在流體質點間的混合，即軸向不

24、返混合，即軸向不返混2021年11月11日星期四ludltt0對于恒容反應：對于恒容反應：0vvttR平均停留時間反應時間和空時是一致的平均停留時間反應時間和空時是一致的Rvvdv02021年11月11日星期四1 1 物料衡算物料衡算- -設計方稱設計方稱輸入：輸入： lAlAvcF 輸出：輸出： llAF積累積累=0=0A A的反應量：的反應量：vrA0llll0AF0vAFAAdFF 2021年11月11日星期四0vrFFAllAlAvrFFAlAllAdvrdFAAAAAxFF10dvrdxFAAA0分離變量積分分離變量積分 :RvAFdv0000ARcvv0ARFv0AcAxAArdx

25、02021年11月11日星期四即：AxAAArdxc00平推流反應器的設計方程平推流反應器的設計方程對于恒容過程有：對于恒容過程有：01AAAccx0AAAcdcdx代入設計方程：代入設計方程：00AARcFvAxAArdx0AAccAAArdcc0012021年11月11日星期四或： tAxAAArdxc00AAccAArdc0 可見，恒容時平推流反應器與分批式完全混合可見，恒容時平推流反應器與分批式完全混合反應器的設計方程一致反應器的設計方程一致2021年11月11日星期四2 2 熱量衡算熱量衡算操作方程操作方程輸入輸入lipiiTcF輸出輸出lTTUATcFmllipiidVdl注：注：

26、A為周長為周長2021年11月11日星期四積累積累0反應放熱反應放熱vHrrA0VHrlTTUATcFTcFrAmllipiilipiidldVHrTTUAdlTCFdrAmipii)()()(兩邊除兩邊除l，求極限求極限取平均摩爾熱容取平均摩爾熱容2021年11月11日星期四dldVHrTTUAdldTCFrAmipii)()(若反應器為直徑為若反應器為直徑為D的圓柱形的圓柱形DAdlDdV24DTTUHrdldTDCFmrAipii)(4)(422021年11月11日星期四dVHrdTcFrApiii對于絕熱過程對于絕熱過程由設計方程得由設計方程得AAAdxFdVr0即：即：AAripii

27、dxFHdTcF0)( 若以平均組成下的熱容表示若以平均組成下的熱容表示FcFccFpmiipmpiii注：注：P86 絕熱溫升或絕熱溫升或絕熱溫降絕熱溫降2021年11月11日星期四AArpmdxFHFdTc0)( AApmrdxFFcHdT0)( 若為等分子反應若為等分子反應0A時，0FF ApmArdxcFFHdT00000AApmArxxcyHTTApmArdxcyH0552A1AAA0A0RdxxrxcVV222AAA0A02A20AA0A0R111dxxkcxkcxcVVx 例題例題2-4 2-4 條件同例題條件同例題2-22-2，計算轉化率分別，計算轉化率分別為為8080、909

28、0時所需平推流反應器的大小時所需平推流反應器的大小。 解：對解：對PFRPFR33Rm45. 16018 . 018 . 041097. 1171. 0V3Rm26. 3V56代入數據代入數據x xA A=0.8=0.8時：時：x xA A=0.9=0.9時：時：3 3 變容反應過程變容反應過程 活塞流反應器是一種活塞流反應器是一種連續流動連續流動反應反應器，可以用于器，可以用于液相反應液相反應，也可以用于，也可以用于氣氣相反應相反應。用于。用于氣相反應氣相反應時，有些反應，時，有些反應，反應前后摩爾數不同反應前后摩爾數不同，在系統，在系統壓力壓力不變不變的情況下，反應會引起系統的情況下，反應

29、會引起系統物流體積發物流體積發生變化生變化。物流體積的改變必然帶來。物流體積的改變必然帶來反應反應物濃度物濃度的變化，從而引起的變化，從而引起反應速率反應速率的變的變化。化。574 膨脹因子和膨脹率膨脹因子和膨脹率（Expanded Factor and Expanded Ratio) 膨脹因子和膨脹率的作用：為了膨脹因子和膨脹率的作用：為了表征表征由由于反應物系體積變化給反應速率帶來的于反應物系體積變化給反應速率帶來的影響。影響。58膨脹因子膨脹因子59SRBAsrba0SRBAISRBAI反應式：反應式：計量方程：計量方程：AIA60定義膨脹因子：定義膨脹因子： 即關鍵組份即關鍵組份A A

30、的膨脹因子等于反應計量的膨脹因子等于反應計量系數的系數的代數和代數和除以除以A A組分計量系數。組分計量系數。 膨脹因子是由膨脹因子是由反應式反應式決定的，一旦反應式確決定的，一旦反應式確定，膨脹因子就是一個定，膨脹因子就是一個定值定值，與其它因素無，與其它因素無關。關。6102312C3BA2A膨脹因子的物理意義膨脹因子的物理意義關鍵組分關鍵組分A A消耗消耗1mol1mol時，引起反應物系摩爾時，引起反應物系摩爾數的變化量。對于恒壓的氣相反應，摩爾數數的變化量。對于恒壓的氣相反應，摩爾數的變化導致反應體積變化。的變化導致反應體積變化。A A=0=0是摩爾數不變的反應，是摩爾數不變的反應，反

31、應體積不變反應體積不變。62A A00是摩爾數增加的反應，是摩爾數增加的反應，反應體積增加反應體積增加。A A00是摩爾數減少的反應，是摩爾數減少的反應，反應體積減反應體積減小小。膨脹率膨脹率63 物系體積隨轉化率的變化不僅僅是膨脹物系體積隨轉化率的變化不僅僅是膨脹因子的函數，而且與其它因素，如惰性因子的函數，而且與其它因素，如惰性物的存在等有關，因此引入第二個參數物的存在等有關，因此引入第二個參數膨脹率。膨脹率。001AAAAxxxVVV64膨脹率的概念：膨脹率的概念： 即即A組分的膨脹率等于物系中組分的膨脹率等于物系中A組分完全轉組分完全轉化化所引起的所引起的體積變化體積變化除以物系的除以

32、物系的初始體積初始體積。膨脹因子與膨脹率的關系膨脹因子與膨脹率的關系可以推導出：可以推導出：65AA0Ay000nnyAA其中：其中：5 5變容過程轉化率與濃度的關系變容過程轉化率與濃度的關系66 恒壓變容恒壓變容體系中各組分濃度、摩爾分率體系中各組分濃度、摩爾分率可以由以下推導得到。可以由以下推導得到。AAA0AAII0AA0A0AAI0III11xxccxVxnnVncAAA0AA11xxcc67對于對于A組分組分： 例題例題2-5 2-5 均相均相氣相氣相反應反應A3RA3R，其動力學方程為，其動力學方程為- -r rA A= =k kc cA A，該過程在，該過程在185185，400

33、kPa400kPa下在一平推下在一平推流反應器中進行，其中流反應器中進行，其中k k=10=10-2-2s s-1-1，進料量，進料量F FA0A0=30kmol/h=30kmol/h，原料含，原料含5050惰性氣，為使反應惰性氣，為使反應器出口轉化率達器出口轉化率達8080，該反應器體積應為多大，該反應器體積應為多大? ?68692113A解：該反應為解：該反應為氣相反應氣相反應A3RA3R 已知已知y yA0A0=0.5=0.5，因此，因此A A=y=yA0A0A A=1=1 平推流反應器設計方程平推流反應器設計方程A0AA0Adxrxc8 . 00AA0A0AA0AddAkcxcrxcx

34、8 . 00AAA8 . 00AAA0AA0Ad1110011dxxxxxkcxc707130R1313008 . 00AAm4 .381587. 08 .241sm1587. 0hm2 .57140018515.273314. 85 . 0/30s8 .2411ln2100VVpRTFVxx 例例2-62-6在一個在一個平推流平推流反應器中，由反應器中，由純乙烷純乙烷進料裂解制乙烯。年設計生產能力為進料裂解制乙烯。年設計生產能力為1414萬噸乙烯。反應是萬噸乙烯。反應是不可逆的一級反應不可逆的一級反應，要求乙烷轉化率達到要求乙烷轉化率達到8080，反應器在，反應器在1100K1100K等溫，

35、恒壓等溫，恒壓600kPa600kPa下操作，已知反下操作，已知反應活化能為應活化能為347.3kJmol347.3kJmol-1-1 ，溫度，溫度1000K1000K時，時，k k=0.0725 s=0.0725 s-1-1 。設計。設計工業規模的管工業規模的管式反應器式反應器。72反應器反應器流出流出的乙烯的摩爾流率是：的乙烯的摩爾流率是：73CBAHHCHC24262解：設解：設A為乙烷，為乙烷，B為乙烯，為乙烯，C為氫氣為氫氣1111117Bskmol175. 0kmolkg28hs3600dh24ad330akg1014F1ABA0skmol219. 08 . 0175. 0 xFF

36、74進料進料乙烷的摩爾流率是：乙烷的摩爾流率是：7511000110010001100314. 8103 .347K110010001100100011001000011000K1000K11000s23. 3e0725. 0eeee3kkkkkkkRERERERTE計算計算1100K時反應速率常數：時反應速率常數：7611111A111AA0Ay膨脹因子：膨脹因子：膨脹率：膨脹率：進口體積流量：進口體積流量：1333000A0sm34. 3106001100314. 810219. 0pRTFVA0AA0A0RdxrxcVV77 平推流反應器設計方程平推流反應器設計方程8 . 00AAAA0

37、A000AA0A0R11ddAxxkcxcVkcxcVVAx8 . 00AAA8 . 00AAA0d1123. 334. 311dxxxxxkxV7838 . 00AARm50. 21ln203. 1xxV6 6 流體在平推流反應器中的真實停流體在平推流反應器中的真實停留時間留時間 由平推流反應器的定義可知，流由平推流反應器的定義可知，流體在反應器內不存在任何返混，所體在反應器內不存在任何返混，所有流體微元的真實停留時間都有流體微元的真實停留時間都等于等于平均停留時間。平均停留時間。79 如果反應物系體積縮小，停留時間將如果反應物系體積縮小，停留時間將大于空間時間。大于空間時間。80 恒壓變容

38、反應恒壓變容反應，由于反應物系體，由于反應物系體積隨轉化率而變化，其真實停留時積隨轉化率而變化，其真實停留時間與空間時間間與空間時間不同。不同。 如果反應物系體積如果反應物系體積膨脹膨脹，流體流速將，流體流速將逐漸加快，停留時間將逐漸加快，停留時間將小于小于空間時間；空間時間；81AAR0AAAAA00AA0AA00R1d1ddxxAVxrxcxVrxFVVtR0RdVVVtRAAAdVrdxF0n恒容條件下，恒容條件下，A=0，上式還原為：，上式還原為：A0AA0Adxrxc82第三節第三節 全混流反應器（全混流反應器（CSTR)CSTR)n全混流反應器又稱全混釜或連續流動充全混流反應器又稱

39、全混釜或連續流動充分攪拌槽式反應器，簡稱分攪拌槽式反應器，簡稱CSTRCSTR。流入反。流入反應器的物料，在應器的物料，在瞬間瞬間與反應器內的物料與反應器內的物料混合均勻，即在反應器中各處物料的溫混合均勻，即在反應器中各處物料的溫度、濃度都是相同的。度、濃度都是相同的。83841 1 全混流反應器特性全混流反應器特性 連續、穩定流動，是一連續、穩定流動，是一定態過程定態過程。85 物料在反應器內物料在反應器內充分返混充分返混； 反應器內各處物料參數均一；反應器內各處物料參數均一； 反應器的反應器的出口出口組成與器內物料組成相同；組成與器內物料組成相同；2021年11月11日星期四2 2 、反應

40、器中其他時間表示方法、反應器中其他時間表示方法 反應物料進入反應器后，從實際發生反應的反應物料進入反應器后，從實際發生反應的 時刻起到反應達某一程度的時間。時刻起到反應達某一程度的時間。指反應物粒子從進入到離開反應器的時間指反應物粒子從進入到離開反應器的時間對于對于間歇反應器間歇反應器和和平推流反應器平推流反應器，反應時間和停留時間相同反應時間和停留時間相同對于對于全混流反應器全混流反應器，由于可能有短路，死區和循環流，物料，由于可能有短路，死區和循環流，物料在器內停留時間不同，具有停留時間的分布，此時常用平均在器內停留時間不同，具有停留時間的分布，此時常用平均停留時間來表征。停留時間來表征。1）反應時間反應時間：2）停留時間）停留時間：2021年11月11日星期四反應器的有效容積與器內物料的體積流速反應器的有效容積與器內物料的體積流速之比。之比。 vVtR3）平均停留時間與）平均停留時間與空時空時t和和含義不同含義不同:非恒容過程，非恒容過程，兩者不同。兩者不同。平均停留時間平均停留時間：0vv 恒容過程恒容過程兩者是一致的兩者是一致的3 3 設計方