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第八章 典型反应器 §8-1 化学反应器的类型 可分为均相反反应器与非均相反应器。 均相反应特性是，无相界面，反应速率只与浓度或温度有关。 非均相反应特征是，有相界面，反应速率与相界面大小及相间扩散速率有关。 8-1.3 理想流动和理想反应器 理想反应器： 理想混合(又称完全混合)反应器（CSTR)； 平推流(又称活塞流或挤出流)反应器(PFR) 完全混合反应器 反应流体完全混合，混合瞬间完成。 完全相同的温度和浓度。 返混无限大。 §8-2 间歇釜式反应器 8-2.1 间歇釜式反应器的结构与操作特点 8-2.2 反应器容积的计算 (1)??? 根据化学反应的动力学特性选择合适的反应器型式； (2)??结合动力学和反应器两方面特性确定操作方式和优化的操作设计； (3) 根据给定的产量对反应装置进行设计计算，确定反应器的几何尺寸并进行某些经济评价。 1.反应时间的计算 恒容： 2.反应器有效体积VR的计算 间歇釜式反应器每批操作需时间 (t＋t′) 反应器的有效体积 　　　 VR=v (t＋t′) t′——辅助生产时间，包括加料、排料、清洗反应器和物料的升温、冷却。 v ——平均每小时反应物料的体积处理量。 3.反应器实际体积VT的计算 § 8-3 间歇反应釜中的搅拌 化工生产，为保证流体的均匀混合，必须进行有效的搅拌。 § 8-4 管式反应器 8-4.1 管式反应器的特点 L/D较大（大于30），流体的粘度较小，流速又较大 ——按平推流反应器处理 平推流反应器的特点： (1)在反应器轴向不同位置上，物料浓度、反应速率、转化率等均不相等； (2)在轴向的每一个截面上，物料浓度、反应速率、转化率等均相等，且不随时间而变化； （3）在径向不存在浓度差。 8-4.2 反应器容积的计算 物料衡算 一、全混流反应器的特点 1. 物料连续以恒定的流速流入、流出反应器，稳态操作。 2. 反应器内各空间位置温度均一，浓度均一。 3. 反应器内浓度、温度与出口处浓度、温度相同。 二、全混流反应器的设计方程 全混流反应器的设计基础式 三、恒容时一级反应和二级反应 一级反应： 或 二级反应： rA=kcA2=kcA,02(1-xA)2 四、全混流反应器与间歇釜式反应器、平推流反应器的比较 §8-6 返混及其对化学反应的影响 一、间歇釜式反应器与全混流反应器时间的比较 二、全混流反应器与平推流反应器的比较 三、返混 先后进入反应器，经历了不同反应时间的物料间的混合称为返混。 返混与搅拌混合的区别： 搅拌混合：不同空间位置的物料之间的相互混合；停留时间相同。 返混：针对连续过程，指不同停留时间的物料之间的混合。 一、多釜串联反应器的计算方程式 二、图解计算法 图解法的应用 根据要求的最终转化率xA,N，可求得反应器釜数N； 根据给定的釜数N，求最终转化率xA,N ； 试差法确定反应器的总有效容积VR或体积流量qV。 斜率 求停留时间t； 求每个釜的容积VR或体积流量qV。 表8-4 不同类型反应器的容积比 三、反应器组合使用 自催化反应的反应速率： 受反应物浓度的影响；受反应产物浓度的影响 组合反应器的作用 全混流反应器：使自催化反应始终处在最大反应速率。 串联一个管式反应器：实现最少的反应时间或最小的反应器容积。 §8-8 反应器类型的比较和选择 技术可行 反应的化学动力学特征； 反应器性能 工艺上尽量低的生产费用： 生产设备和操作费用低 ； 达到同样产量的合格产品，原料消耗尽量少 反应器的选择和比较应综合考虑各方面，包括从技术、经济、安全等 选用反应器一般考虑： 反应的活化能大小； 反应的速率的快慢； 反应是否容易爆炸； 主、副反应级数； 恒容时， t0称为空间时间，是反应器有效容积与进口处的体积流量之比。 l cA cA,0 l-cA l xA l-cA rA l-rA xA=1 l 0 xA 面积=t/cA,0 0 cA,0 面积=t cA 恒容过程，平推流反应器与间歇釜式反应器的设计方程完全一致 理想管式反应器，t指空间时间； 间歇反应器，t指反应时间。 理想管式反应器中浓度和转化率随空间（管长）而变； 间歇反应器中这两个变量则随时间而变。 § 8-5 全混流反应器 qn,A,0－qn,A= rA·VR qV·cA,0- qV·cA= qV（cA,0- cA） = rA·VR t0——空间时间,指反应器的有效容积与进料流体的容积流速之比 物料出口 时情况 1/r