化学反应工程：第三讲 理想流动反应器

1、第三讲 理想流动反应器一、等温PFR与CSTR二、PFR与CSTR的组合与比较三、变温与变摩尔反应四、平行反应五、串联反应理想流动模型理想问题非理想流动模型实际问题模型化思想常见工业反应器Batch reactor 间歇反应器Continuous-Flow Reactors 连续流动反应器Plug-flow reactor PFR Continuous-stirred Tank Reactor CSTR几个常见的术语间歇反应器CSTRCSTR1CSTR2间歇反应器1PFR一、等温PFR与CSTR间歇反应器PFRCSTRPFR反应器中浓度分布反应器中浓度分布间歇反应器PFRCSTR1. 几种流型

2、比较BatchPFRCSTR无不同年龄粒子返混无返混不同年龄分子返混剧烈Cf(t) C=f(l) C=Cf加料时，同时加入加料处，同处加入加料处，同处加入某时刻，年龄相同任截面，年龄相同反应器内，返混均匀，年龄不同出料时，寿命一样出料处，寿命一样出料处，寿命不同2. 等温PFR与CSTR的反应速率方程例1：在体积为VR的CSTR中进行(0，1，2)级反应，(1) 等温下移入等体积PFR中进行，(2) CSTR体积扩大至6倍，(3) PFR体积扩大至6倍，？结论：(1) 等体积下，PFR的的 (2) 高级数的反应，返混对影响显著例2：等温下在体积为VR的间歇反应器中，进行2级反应AR，t=2h时

3、，(1) 若改在CSTR中进行，(2) 若改在CSTR中进行，采取何措施？ (1),(2) T减少至1/5增大至5倍增大至5倍解：012hCA0.640.360.800.60 A=0.2/1=0.2 PFR：CSTR：1. 多个CSTR串联 若m个CSTR串联n=1 结果与排列顺序无关(n=0亦同)二、PFR与CSTR的组合与比较若各级i相同，,若m、VRi已知，可求xAm。若m、xAm已知，可求VRi、VR。若xAm、VRi已知，可求m。xAm常数m，VRi，总的VR减少；m，VRi，总的VR增加；多个CSTR串联，如何优化，使出口转化率MAX n=1 要使VR最小，各个VRi相同。当n=2

4、 时结论不一样。例： 要使xAf=0.99,求VR？注意：(1) 1个CSTR (2) 2个等体积CSTR由得：(3) 2个串联CSTR，优化串联：(4)若在PFR中进行结果所差无几，兼顾加工、操作，常将两反应器选成相同的体积。2. PFR与CSTR比较m=1 (单个PFR与CSTR比)x相同，n=0，x相同，n，n相同，x，n=1(PFR与多个串联的CSTR比较)x相同，m，当m6时，m相同，x，相同，m不同时，xAf不同；m，xAf。1 例：两个体积不同的CSTR如何串联，可获最大产率？ 当n=0 时：当n=1 时：当n=2 时，情况复杂！先后无关！先后无关！例：两个VR相同的反应器，7种

5、组合何者为优？(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) CSTR的推动力？多个CSTR的串联与PFR比较图解法多种反应器串联的图解3. 循环流动反应器 R0，PFR，R,CSTR，循环流动反应器是PFR与CSTR转换的范例循环流动反应器 CAi CA0 x=0.8R=1n=2CAf例1：求R0，5时，出口xAf。解：R1时，, R=0，PFR： R=，CSTR： R=5， X=0.77 x=0.87x=0.68自催化反应的特征？例3：自催化反应：AP，求t()。(1) Batch的t (2) PFR的P (3) CSTR的m CSTR： PFR： (5) 循环流动反应器的最佳循环

6、比R=0.2，(4) CSTR与PFR的最佳组合三、变温与变摩尔反应物衡：A入A出A反A积累热衡：H入H出H反H累H传1. 变温反应2. 变容反应(膨胀因子)：反应1molA，系统变化多少mol?(膨胀率)：A全部转化，系统体积变化率即试验4m3/h,5atm,纯AxA=0.6320m3/h,25atm,50%A,50%惰气，多少根管子？xA=0.8，四、平行反应RSk1k2 A+B 选择性 对CSTR 对PFR 收率无循环物料；有循环物料(未反应物)对比速率(1) T、C效应 T效应：E1E2，T，活化能高的反应好 E1a2，CA，CA高一些好 a1b2，CB，CB 高一些好 b1E2，T，E1n2，CA0高，； n1n2，CA0低，。反应器与加料方式：PFR优于CSTR；多个CSTR串联； 返混有害； 不追求高的xA串联反应的最佳反应时间(空时)与最大收率Batch(tm)PFR 与之