(8.3.1)-8.3活塞流反应器与全混流反应器

第八章均相反应过程2023/2/151

8.3活塞流反应器与全混流反应器本节的教学目标了解活塞流反应器与全混流反应器的结构与特点掌握活塞流反应器与全混流反应器反应器体积的计算方法

本节的重点与难点

活塞流反应器与全混流反应器反应器体积的计算方法2023/2/152一、活塞流反应器（PFR）

1、活塞流

连续稳定流入反应器的流体，在垂直于流动方向的任一载面上，各质点的流速完全相同，平行向前流动，恰似汽缸中活塞的移动，故称为活塞流或平推流。其特点是先后进入反应器的物料之间完全无混合，而在垂直于流动方向的任一载面上，物料的参数都是均匀的。沿反应器轴向上物料之间没有混合，而径向上物料之间混合均匀。物料质点在反应器内停留的时间都相同。2023/2/1532、活塞流反应器的计算

设一反应器体积为VR，进、出反应器的物料参数如图示，其中qv、qn，分别为反应物A的体积和摩尔流量。

定态操作时，对着眼组分A进行物料衡算:A反应消耗的速率(-rA)dVR进入微元体积的反应物A的速率流出微元体积反应物A的速率qn,A+dqn,A,=qv,0cA,0(1-xA-dxA)qn,A=qn,A,0(1-xA)=qv,0cA,0(1-xA)2023/2/154根据物料衡算式可得qn,A=qn,A+dqn,A+(-rA)dVRqn,A,0cA,0(1-xA)=qV,0cA,0(1-xA-dxA)+(-rA)dVRqV,0cA,0

dxA=

(-rA)dVR或对整个反应器积分得简化上式得对恒容过程cA

=

cA,0(1-xA),则dxA

=-dcA/cA,0代入上式或2023/2/155上式是活塞流反应器的基本计算式,关联了qn,0、VR、(-rA)、c,A（x,A）、τ等参数，

其中τ为空间时间，定义为反应物料以入口状态体积流量通过反应器所需的时间。

与间歇搅拌釜式反应器的基本计算方程比较，二者的基本计算方程基本完全相同。2023/2/156二、全混流反应器（CSTR）

1、全混流

特点是反应器内物料的参数处处均匀，且都等于流出物料的参数，但物料质点在反应器中停留的时间各不相同，即形成停留时间分布。

全混流是指连续稳定流入反应器的物料在强烈的搅拌下与反应器中的物料瞬间达到完全混合，又称理想混合流。2023/2/1572、全混流反应器的计算进入反应器的物料粒子与反应器中已有的粒子之间瞬间混合均匀，反应器内处处组成相同。根据连续流动物料衡算式，可得

整理得

恒容过程中，，则

2023/2/158

例6—2

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=0.24m3·kmol-1·min-1。今要完成生产任务,A的处理量为80kmol·h-1，入口物料浓度为cA,0=2.5kmol·m-3，cB,0=5.0kmol·m-3，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？②采用全混流反应器，反应器的容积应为多少m3？又因反应物B稍过量，cB,0＝2cA,0，当A的转化率为xA时，cA=cA,0(1-xA)，cB=cB,0-cA,0xA=cA,o(2-xA）,(-rA)=kcAcB=kc2A,0(1-xA)(2-xA)

所以qV,0＝qn,A,0／cA,0＝32m3·h-1解：已知qn,A,0＝80kmol·h-1，cA,0＝2.5kmol·m-3，cB,0=5.0kmol·m-3

，2023/2/159①活塞流反应器：

代入数据

所以

2023/2/1510②全混流反应器：

在相同的生产条件、物料处理量和最终转化率下，全混流反应器所需的容积要比活塞流反应器的容积大得多。

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