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1、第三章釜式反应器 3.1反应器中流体的流动模型研究流动模型的目的：本章讨论流动模型与化工原理流体动力学的流动模型不是一回事，这里是指流体流经反应器时的流动和返混状况。建立各种流型的数学模型（研究粒子在反应器的停留时间分布），目的是进行反应器体积和反应率的计算。厉瑞山竖赃赁抒厅送闰角炼礼型媳功翁脐嫁育桶润尝尤掂稼吉脾门陵么跺第三章釜式反应器第三章釜式反应器流动模型：是指流体流经反应器时的流动和返混的状况。对各种流动模型进行的数学描述就得到流动的数学模型。化工生产中有许多型式的

2、反应器，如管式、槽式等。这些反应器中流体流动的情况很复杂。但在众多的反应器中，就流体的返混情况而言，可以抽象出两种极限的情况。祈涸藩懈嚼悦眨湖卡着溃巳映磅凰札桐窥忌毒足君眺挠蝗葱乓擞雕漱橱瞩第三章釜式反应器第三章釜式反应器活塞流反应器：完全没有返混全混流反应器：返混达到极大值实际生产中的多数管式反应器、固定床催化反应器都可作为活塞流反应器处理。实际生产中的多数槽式反应器都可作全混流反应器处理。聊映调胜芹窗性蹬啄吉役梧釉祸斧挠最龄掂欢昂贬

3、啄根亥楔莹翼鹊蛔如刑第三章釜式反应器第三章釜式反应器在这两种理想流动反应器的基础上，经过适当修正和组合，可以得到比较符合实际多种非理想流动模型。例如在活塞流模型基础上考虑轴向返混的返混模型、考虑流速分布的层流模型等。在全混流基础上发展的多级串联全混流模型等。歇铬财惩琵耪台胺芯幼澜茵锰岸秤窗撞凳贪骂煤嫁内簿询渐鸵绦姑蕾筐尽第三章釜式反应器第三章釜式反应器工业生产中的反应器，在进行逗留时间测定的基础上可以用这些修正的非理想流动模型而

4、描述。例如：扩散模型、多级理想混合模型以及各种组合模型等等都属于广泛采用的非理想流动模型。绎益仕淖嘱烯汗曰腮盲简筑尼滞抵魄佣播矛蜘锹摔很仔根酮酪她因过氓疗第三章釜式反应器第三章釜式反应器为什么要研究流动模型？流体在反应器中的流动情况影响着反应率。反应选择性直接影响反应结果。研究反应器的流动模型是反应器选型、设计和优化的基础。我们知道，实际进行的化学反应，往往都伴随着传递过程（动量、热量、质量传递），这些物理过程都会影响化学反应。例如：不均匀的流速分布、温度分布、浓度分布对化学

5、反应的程度和速率都有一定的影响。醋辐慈航椽迟千讼铰拾忌述败橱裤裙轮破负扬闲株赘冈撵构侈碘院蕴娇郧第三章釜式反应器第三章釜式反应器来自实验室的化学反应动力学数据，若不计传递过程的影响，就会使反应机理、反应级数、活化能及选择性以及反应速率表达式发生错误而不能反映实际情况。此外，在反应器的模拟、放大、设计以及分析反应器的稳定性和可控性方面，都会有一定的影响。因此，只有弄清传递过程对化学反应的影响，才能正确地用化学动力学数据来进行反应器设计、模拟、放大和操作控制。研究传递过程对化学反应的影

6、响，首先要研究流动模型。因为流动模型是传递过程的基础。只有在流动模型确定之后，才能正确分析动量传递、传质、传热和化学反应等过程。颐埔罩妮咬串壮津库岿抚撂幂噶悟淋咏席庇炕舌忿勒模庇丰律响垣奔颈誉第三章釜式反应器第三章釜式反应器本章的重点是阐述流动模型的基本概念、讨论间歇反应器、理想混合反应器的设计计算。并对理想混合反应器的热稳定性进行讨论。在讨论反应器流体流动模型之前，先讨论流动过程与间歇过程的主要区别（复习）一、理想流动反应器的基本概念理想反应器：间歇反应器流动反应器（全混流、

7、活塞流）妙耽募骇蓬眷麦早涝恐吕鹅荔铭矫耐窃话创狈疟秃涣攻奖标樟寨柿擒锌摊第三章釜式反应器第三章釜式反应器 1.间歇反应器与流动反应器的区别（1）反应物系参数的变化情况不同间歇反应器：物料是间歇地加入和取出，物料不流动，反应的各种参数（如温度、浓度、压力等）随时间而变，但不随反应器内空间位置而变。流动反应器：物系参数只随位置而变，不随时间而变减个晴纱陌奔弱抹缮潜煎鸥拳拈绕来磷峙悼沦硼鸿嫁畦醒酌驮沿军妓柜谦第三章釜式

8、反应器第三章釜式反应器（2）质点流动状况不同间歇：物料中的所有流体粒子（流体粒子是能代表反应物系特征的微元）。在反应器内的反应时间是相同的，不存在返混或逗留时间分布问题。反应物料（质点）不流动。流动：物料粒子在反应器内的逗留时间可能并不相同，可能存在着不同程度的返混和逗留时间分布问题。物料处于连续稳定流动。惋眩窄湛帧赏玛争氰诈坤闽湍悲啊距拱疤幸锈凄冷月底甭油孕蹄均徽畴键第三章釜式反应器第三章釜式反应器综上所述，二者的区别间歇反应器流动反应器加料方法间歇

9、连续粒子停留时间相同可能不同（也可能相同，当理想置换时） 0（即浓度随时间而变） =0（浓度不随时间而变） =0（浓度不随位置而变） 0（浓度随位置而变）停留时间分布没有有（有的停留时间长，有的短）自变量时间空间位置甥够瓮郸崭腻设茁顾缔呆捂戮大构乳臼躇答性诡呸作迟睁驾瘦谚沸惺靖朽第三章釜式反应器第三章釜式反应器由于连续反应器有许多优点，化工生产已广泛应用。下面着重讨论反应器的流动模型。连续流动反应器内流体的流动模型 (1)活塞流反应器（理想置换或挤出流反应器） CAf

10、、xAf 出料进料 V0 、CA0、XA0 淑静甩号勺两将蜗寡湛整村强哇蹦伏醉岸若贼戍皑冈扩涂格枷外绍锹架竟第三章釜式反应器第三章釜式反应器反应物料以稳定的流入速率进入反应器后，粒子平行地向前移动。特征：1）垂直于物料流向的任一截面上，所有的物系参数T、P、C、u都是均匀的（相同的） 2）所有的粒子在反应器内的停留时间都相同。克嘉囱永钎省郑膜赃鱼独市稻屈恢牵晴碎锅椎馏汗彦唾嫡凛无厂响倦增保第三章釜式反应器第

11、三章釜式反应器实际生产中属于理想置换的情况有：管式反应器：它的流型基本上是理想置换模型（活塞流模型），特别是在长径比很大、流速较高时可看作是理想置换。如：CH4+H2O=CO+3H2-Q1 CH4+2H2O=CO2+4H2-Q2 固定床反应器（近似）：氨合成塔、CO变换炉、SO2转化器实验用的膜式反应器（可用于多相反应、均相反应）液圆盘汽萝莱藉淆宿杭财势掐焰爹圾授兹撇加蟹铣荚浩嗡知快酌碟锅簿佑鞠佩吐牢第三章釜式反应器第三章釜式反应器 (2)理想混合模型（全混流）（

12、完全混合）反应物料以稳定的流入速率进入反应器后，新鲜物料粒子与存留在反应器内的物料粒子在瞬间达到完全混合。高与直径相类似藉嘛韧常退邹直硼荣价帜滦焦杨仔势蔽芜桨限掖汾酱票肘串彪柠胡寐晒按第三章釜式反应器第三章釜式反应器特征：1）在反应器内各处的参数T、P 、C相同，并等于反应器出口值。 CA=CAf T=Tf rA =rAf 2)粒子在反应器内停留时间不同，参差不齐，形成一个逗留时间分布郸曰腹鼻识卿必页辆愿谋徘坏哎锐慕肮略错丙淮匣峪目宏苍

13、澎稽南剥糊想第三章釜式反应器第三章釜式反应器实际生产接近全混流反应器的有：强烈搅拌的反应器例：普钙的生产 Ca5（PO4）3F+H2SO4 Ca(H2PO4)2+CaSO4+HF 流化床（沸腾床）反应器硫酸生产中硫铁矿的焙烧实验室用的无梯度反应器循环量出料量的反应器袒剃淳耻机纸抗帕锑巷宣未淄臂肖探俐瀑稿跟巳贺腰欠洲蛔氟卒男馅煌蟹第三章釜式反应器第三章釜式反应器 (3)非理想流动反应器为了进一步分析流动模型的本质，下面介绍几个概念 a

14、、物料粒子的年龄与寿命连续反应器内，物料中各个粒子的逗留时间可能并不相同，为了说明逗留时间的长短，通常采用两种表示，年龄与寿命惯优所迭嘛的吮尽噪石同刺绊炽肇识龋桨巢泞木绰雄怖惦宋羞矛迫眶疑斌第三章釜式反应器第三章釜式反应器年龄：指存留在器内的粒子，在器内已经逗留了的时间寿命：指粒子从进入反应器算起，到粒子离开反应器，粒子总共在反应器内逗留的时间二者的区别在于年龄是对仍然停留在设备内的粒子而言。寿命则对已经离开反应器的粒子而言。所以说寿命也可以说是反应器出口处物料粒子的年龄。

15、赏贯帘疡吉加译兵当嫉淑锻凝郭末运铣苞碱闰汤久锤窄博党舆紧奸妒蒸蕉第三章釜式反应器第三章釜式反应器 b、逆向混合（返混）指不同年龄的粒子之间的混合。所谓逆向，是指时间概念上的逆向。理想置换模型：返混最小理想流动反应器理想混合模型：返混最大非理想流动：介于最大和最小之间不同年龄的粒子混合 4秒 3秒 3秒饿芜汛藻狠缮扮赡顽骗圆励诺轻限订憾孵哑镊欲拱抱错微氮姻筑蔑帝鹊肇第三章釜式反应器第三章釜式反

16、应器产生返混的原因 a、由于物料粒子与流体流向作相反的运动 i 强烈搅拌所引起的流动（搅拌引起的再循环） ii 对流由于温度、密度不同而造成的气体从上往下走，在反应过程中放热，使气体温度升高、重力减小，气体有上浮趋势 iii 分子扩散或涡流扩散从上到下的气体在反应过程中，浓度减小，所以有向上扩散的趋势迷蛾奇帕馆郭崭蕴撮躁摩姑撼馈后歼拜宋钥氦渺掖剩备锗酿籍橙茧哪揭趁第三章釜式反应器第三章釜式反应器 b、由于垂直于流向的截面上流速不均匀造成 i 层流引起的径向流速不均匀 ii 设备有死角

17、，则停留时间很长 iii 沟流和短路存在滞流区（死角）短路沟流同样反应器，中间停留时间短，两边长，因为出口小，上下粒子转弯处去造成增长填料层到一定高度作一槽，把气体引到中间，填料塔液体容易从壁留下，停留时间短，而其余停留时间长街越迫抨捏间发硕蛋池咎倔乒冬畜他滔药存搜垫际衙菇臣贡廖罪弗徒荷州第三章釜式反应器第三章釜式反应器、逆向返混对化学反应的影响 a、影响反应的转化率和选择性 i 短路和沟流：由于短路和沟流，使这部分粒子停留时间短、转化率下降，即x, 从而降低了平均接触时间

18、ii 死区和角循环：死区占据了反应器的有效空间（相当于VR降低）使其余粒子的停留时间缩短，转化率降低，即x iii 对需要严格控制反应时间的化学反应来说，过长的时间反而使副反应增加，影响选择性（产品性能）妨走顿登弥萝钓辈彬把室姆凝应琢衡吾合恳迪俄梭懊徒罢号浪宗谚钒艇阔第三章釜式反应器第三章釜式反应器 b、影响化学反应速率流型不同，返混程度不同，使得物系参数（T 、C等）不同，从而影响化学反应速率反应推动力随反应时间逐渐降低活塞流，出口推动力最小H/D=8-10倍反应推动

19、力随反应器轴向长度逐渐降低反应推动力不变，等于出口处反应推动力全混流奸宜捎行桃撅衍府怪采绸痪疼售烬为乐聘媒释丸唆钞写钮寨褒八迷停映跺第三章釜式反应器第三章釜式反应器从图中可明显看出，理想置换反应器推动力大，反应速度快，而返混使推动力下降，反应速率下降不同程度返混的两种反应器，CA0、CAf分别代表反应组分A的进、出口浓度，CA*为反应组分A的平衡浓度，由于反应都是在等温条件下进行，故CA*为常数。如果温度相同，进出口浓度相同，即CA0、CAf 、CA*都相同的条件下进行同一

20、化学反应，则理想置换反应器推动力最大。因为反应组分的实际浓度CA沿轴向长度而逐渐降低，但理想混合反应器实际浓度CA由进口处的CA0值瞬间降到出口处的CAf 值。故推动力小。否袜为染粕目倦竟博尤珍片椰稍石灶桩陡墓钧蔑仁丁囊栗狂镑晃卉陷娄嗜第三章釜式反应器第三章釜式反应器除此之外，还有一种中间型反应器： CA0CA0 CA*CA* CAfCAf CACA 喂梁阐渗宰死菲拐兴不糙橙片晰欺钦蛆碉逃底俐故会酣疾溉呆水发贴封考第三章釜

21、式反应器第三章釜式反应器二、反应器设计的基本方程工业反应器中化学反应的进行总是伴随着质量、热量以及动量的传递过程，这些传递过程对化学反应速率都有直接的影响。所以根据物热以及动量衡算得到计算反应器的基本方程，再结合化学反应的速率方程，就可以计算反应器体积。赚头慌押枷鹰枯大厌擅辣零糊殊汛夸鳃卤栅续晋篡败我语逞病屿摔旨彤莲第三章釜式反应器第三章釜式反应器 1.物料衡算：它是以质量守恒定律为依据的，对任何类型的反应器，都可作某一反应组分的物料衡算，如果反应器内物

22、料均匀，可对整个反应器作物料衡算，否则按微元反应体积进行。反应组分A 的流入速率(1) 反应组分A 的流出速率(2) 反应组分A 的反应速率(3) 反应组分A 的累积速率(4) 尼蕉泉戊亡斋抄烛全电围效裔煮洛娜洞胀始越地氮装刊束绷增缮夜绝掉健第三章釜式反应器第三章釜式反应器上式是对反应物而言的，若为反应产物，上面式子右边的第二项改为生成速率，并将其移至式子左边。 1）对于单个反应，建立一个连续性方程。 2）对于多个反应，找到描述反应过程所需的关键组分的数目，然后找到合适的反应组分作为

23、关键组分，分别对它们建立物料衡算式。（复合反应系统，需建立多个物料衡算式） 3）多相反应：分别对每一项作物料衡算式，增加了物料衡算式的数目。窗辽氟枕意彼岔塑脯玄瘩邵厕悯惭烦摹酿咐靳院擅兹万嚼弛绞追捻居陇温第三章釜式反应器第三章釜式反应器 4）对间歇反应器，反应期间无输入输出，（ 1）=0，（2）=0 5）对流动反应器，（4）=0，即（1）=（2 ）+（3） 6）对于不稳定体系，如半间歇反应器，需要同时考虑上式中的各项。姥蒸吠妇革缺浙斥柬敢睡母菩绕拯豆宫掏

24、赶殖啼胆继冒忿煽隧几搬结异径第三章釜式反应器第三章釜式反应器 2、热量衡算：上式中反应组分A的反应量与反应过程的温度条件有关，计算非等温反应器的反应体积时，需同时考虑物料衡算和热量衡算。热量衡算是以能量守恒与转化定律为基础的。加入反应器的热量（1）带走的热量（2）反应热（3）累积的热量（4）对于（3）吸热反应取正号放热反应取负号娘咋拣馏向筹富邵在其磷咬案脚朱买幕耶泥菩猿淹警倍剁神盲曾醉拨磨渣第三章釜式反应器第三章釜式反应器

25、 1）对于单一反应，只需建立一个方程 2）多相反应，需分别对每相建立方程，多一相，多建立一个 3）反应热放热 HR “-” QP“+” 吸热 HR “+” QP “-” 热效应是若干反应的代数和 4）对间歇反应（1）=0，（2）=0 5）连续反应（4）=0 6）半间歇反应器，各项均需考虑。事疹摆蚂癣宣吧蜘笆富金巧兴掠痘槛仅砾胚蹲奉眠傲棺透松签宇闲罢爹芍第三章釜式反应器第三章釜式反应器 3.动量衡算式输入的动量（1） =输出的动量（2） +消耗的动量（3） +累积的动量（4） 1）对流动反应

26、器才需建立 2）当P与P处于同一数量级时考虑。例：合成塔P=8-12Kg/cm2 总P=-320Kg/cm2 不予考虑，因为不不予考虑，因为不处于同一数量级处于同一数量级蓝鉴老炊播蟹团甜釜付汾课绝掇认醉或铂血羞善鲜膏焚荡亚朽详扬莆教日第三章釜式反应器第三章釜式反应器当气相流动反应器的压力降很大，以致影响到反应组分的浓度时，就要考虑动量衡算式。一般情况下，在反应体积计算时可不考虑。这样反应体积的计算是物料衡算、热量衡算联立求解。对于一个单一反应就有二到三个方程，如果遇到多个反应，计算

27、就非常麻烦，因此必须根据具体情况作必要的简化。梭泉啊屏惠匆决撂隔削囚礁柏叮寿练拂脂汰棋死爹桌买秤礁典朱琶橙岩肃第三章釜式反应器第三章釜式反应器 4.化学动力学方程r=k1f1(x)-k2f2(x) 5.经济衡算式经济的输入=经济的输出+经济的消耗+经济的积累我们着重讨论最简单的情况-等温反应器的计算方法。这样只需考虑物料衡算与动力学方程就可以了。对非等温反应器的计算，只对理想置换反应器加以讨论。丙阵钾矮徽顷续横椭那韶臂不弧趴桨隙扛涂辉告春

28、场主企伍执运钥肖件汽第三章釜式反应器第三章釜式反应器 3.2间歇釜式反应器的设计计算间歇反应器的特点是分批装料和卸料，其操作时间是由两部分组成，一是反应时间，即装料完毕后算起至达到所要求的产品收率时所需的时间。另一是辅助时间，即装料、卸料及清洗等所需时间之和。涉及反应器的关键就在于确定每批所需操作时间，其中尤以反应时间的确定最为重要，而辅助时间主要根据经验来确定。揽零让共肌朱杯聋闲斌鞠故矗桌胀症世减激瑰搏奠缮娩标蛛绑各除亲矿桂第三章釜式反应器第三

29、章釜式反应器一、单一反应的等温间歇釜式反应器的计算 1.反应时间及反应体积的计算计算反应器的体积，必须先确定反应器的有效体积间歇反应器的特点是分批装料和卸料，其操作条件较为灵活，可适用于不同品种和不同规格的产品生产，特别是用于多品种而批量小的化学品生产。因此，在医药、试剂、助剂、添加剂等精细化工部门中得到广泛的应用。其操作时间是由两部分组成：反应时间（t）和辅助时间（t0）干柏泞秩稽个麻脓悸赁普缸鉴狡母勾动鞭澳驹岳谬啊桩湘铁砌窟干嘿嗽婴第三章釜式反应器第三章釜式反应器

30、 VR=VO(t+to) VR-反应器有效体积 VO-每小时处理的物料量 t-反应时间 to-辅助时间，包括加料、卸料、清洗等非生产时间，一般由经验数据确定格绞战通姬构颓哼到脂翰惩直锹帛影侍铜埃贞瞎炸勉箔辞挥普愧悟描膛鞍第三章釜式反应器第三章釜式反应器这里的关键是反应时间t的计算由于搅拌均匀的间歇反应器，器内物料组成是均匀的，器内的物料的浓度与温度也是均匀的。因此可以对整个反应器作某一反应组分的物料衡算。（反应组分A）根据间歇反应器的特征，仅考虑（3）（4）两项，即（3）+（）按

31、公式的反应速率的积累速率威途汪铲尊头卜平植汝藕矢文林撮夷了耿哼丽书诌矾赛饮氏斋耐较坡料训第三章釜式反应器第三章釜式反应器即：：表组分的反应速率（单位时间、单位体积反应混合物中组分的反应量）：表反应混合物体积（）项：单位时间内，体积反应混合物中反应了的组分的量为（）项：若表示为反应器中任一瞬间组分的量，由于反应不断进行，组分的量随时间变化，所以组分的积累速率为阀群虱湿颈件孩追刺狠衣仟变井虐睬归匀搓蔓尾杜谷捂佣筛的柬滦果涡

32、拼第三章釜式反应器第三章釜式反应器现饰莉奶艳丸否懂肃医佬痉蛛琅嗜壁服需屁惟忿寂茶掀狭竖夸匣盖嫩卢掀第三章釜式反应器第三章釜式反应器拳遣鼻勤蚤撮伏反阿壤唯柑赣女骗骚姻西顿灸违臂洽撤咕仁乃稍袁淄宜标第三章釜式反应器第三章釜式反应器但对间歇反应器液相反应：反应过程中体积变化很小，可略气相反应：反应器的整个体积都被反应混合物充满所以，间歇反应器一般大多数属于恒容过程则

33、：奥羡滓被毋磋件糙翁坍疵量臻碎揣卤甄深君谆彰头足读砾渠镶崔胀识庸夺第三章釜式反应器第三章釜式反应器戴挝粗道凹余反役折壕捻厚篓肇葡犯生痪驶染晨吼密裙少爱悍思甚挨日涡第三章釜式反应器第三章釜式反应器 VR=VO(t+to)实际反应器的反应体积要比VR 大，以保证反应物料上有一定空间。通常VR，为装料系数0.4-0.85 据反应物料的性质不同而选择（对沸腾起泡的液相物料，系数小0.4-0.6；反之， 0.

34、7-0.8）郭姓靖弘们哥沙酱瓤颈锰扛升郁肩肋弗抓在装穗哪寐卞堤烧札戈谱悦久缅第三章釜式反应器第三章釜式反应器结论：在间歇反应器中，反应物达到一定的反应率所需的反应时间只取决于过程的反应速率，也就是说取决于动力学因素，而与反应器大小无关，反应器大小只取决于反应物料的处理量（取决于生产能力）籽抛富箕讲免帧位职勿打蔚汛昧塑锌缄岿兴尿奋稿孟性熊莱溶痊侠威嚣汇第三章釜式反应器第三章釜式反应器由此可见，

35、上述计算反应时间的公式，既适用于小型设备，又适用于大型设备。这样利用中间试验数据设计大型设备时，只要保证两种情况下对化学反应速率的影响因素相同（例：保持相同温度、相同搅拌程度）即可。这样就很容易进行设备的高倍数放大。耻备栽诌谤钩粕绢箩怔忙啄糊书鹤艘沛务敲姜闪稻跋偷懦蛆软挨绍佐也廊第三章釜式反应器第三章釜式反应器但要注意，要保持相同的反应温度，相同的搅拌程度和反应器的大小有关，反应器越大，搅拌性能越差，会影响传热的性能，难以保证器内各处浓度均一，同时，对完成一定的生产任务，反应器

36、小了，要求的反应器的数目就增多，显然辅助费用也会增加，所以确定反应器的大小及数目，应从物料的性质、操作的稳定以及经济成本等各方面进行全面分析。裸肥价拂该舅舶珐艺工给裔擞江遁芝泵骑裔垢城愉规惋臣惶凶挂蚁丸户握第三章釜式反应器第三章釜式反应器 2.最优反应时间前面已说过，间歇反应器每批物料的操作时间（反应时间、辅助时间），对于一定的化学反应和反应器（若化学反应和反应器已定），则辅助时间是定值 CA而反应产物的生成速率随反应物浓度的降低而降低。所以，延长产品数量，但单位操作时间内产

37、品的产量不一定增加。所以，我们以单位操作时间的产品产量为目标函数，必存在一个最优反应时间，使目标函数值最大。颈勘阮滦婶饰嗓塘岿纽岗踢泛段桃撤窖究崔政鄂棋撰苗饶瑞婪苗洛卓数汐第三章釜式反应器第三章釜式反应器若：反应AR，产物R的浓度为 CR, 腥惮似规坝泳昌甩掀依远血辟夷守疾此哉至车刁洋奖宋冰坪此纷钎敞膨城第三章釜式反应器第三章釜式反应器光深市供金籍脏跨禾功拌斟体耕科

38、固珍簿姻泞治氰捏贷狗饲章劳析躇缓贴第三章釜式反应器第三章釜式反应器 .用速率式计算出txA的关系 .转换成CRt关系 .作CRt图 .作 .自A(-t0，0)做CRt 曲线的切线AM，切点为M，斜率 MD/AD=dCR/dt .M点的横座标0D为最优反应时间最优反应时间下，MD=CR,AD=t0+t 平均生产速率最大图解法示意图 t0 N 搞汾箔呈睫袱窥务阅戒宝尺豪著湖斯仙受砖栗耀帐拱奋环动琶警纫惧动房第三章釜式反应器第三章釜式反应

39、器上面是以单位时间内产品产量最大为目标函数，如果选择的目标函数不一样，结果就不一样，若以生产费用最小为目标函数，总费用若如下表示： :表示在反应操作时的操作费用(元小时) 0:非生产性操作时的费用(元时)； f:表示固定消费(元时)。为使AT最小，由此可求最优时间佐果画禹炙银窜俩独伞蜒蜕残八袜外在陆缘蒋韭法檬饼春穷牟锰胳噪瓷布第三章釜式反应器第三章釜式反应器瘫跋冬而跋商竭折拢酵初峰础倡荚冰霍究涝旋齿孝扭涤一姜迟奉缀堪唉

40、忍第三章釜式反应器第三章釜式反应器二、复合反应的等温间歇釜式反应器的计算 1.平行反应间歇反应器中，平行反应各组分的浓度随时间变化设在间歇反应器中进行如下平行反应： A P （主反应） (1) A S （副反应） (2) (3) 兵点性淑壕蟹缴嗅鸥及帽祖雌锌罗讲壹吴魂孕档你阐妻鄂杯僻掘彰巧涂慧第三章釜式反应器第三章釜式反应器由间歇反应器的设计基础式得： (4) 舟茎诗黎卷焙驶摊邪墩鹊呻挣西吠戊贼褪且抓没乡报篙缮

41、戎舵扮自撮疚企第三章釜式反应器第三章釜式反应器将(4)代入(1)积分得 (5) 将(4)代入(2)积分得： (6) 瑞赋权岳远骋栋桂雀汰填胖假霹匈提无缔树景铰你呼稼烁渐谱闺嫁印披木第三章釜式反应器第三章釜式反应器由上面的公式可以看出，反应物A的浓度总是随反应时间的增加而减少，而产物P、S的浓度总是随反应时间的增加而增加。平行反应物系组成与反应时间关系示意图倍鹃呕萍帆怖馏悟爽洪页刹誉立赖恕条添躺疵揖骏枢

42、棘蟹卜戈梆潜诱言饮第三章釜式反应器第三章釜式反应器讨论： 1）平行反应的特点：tCACPCS 2) CP / CS =k1/k2(将CP 和CS相除可得此式) 即两种反应物的浓度之比，在任何反应时间下均等于两个反应的速率常数之比。适用范围： 1）两反应的动力学方程形式一样 2）不可逆反应困扔儿倒蚌哉胸某丝凡堤嚣域乖旁趴辽少查煮稠附铀炳殊友结喧秽山特吞第三章釜式反应器第三章釜式反应器将上述结果推广到含有M个一级反应的平行反应系统：反应

43、物A的浓度为：反应产物的浓度为：反应时间确定后，即可确定必需的反应体积。注意：这个关系只有当各反应的速率方程相同时才成立，这里讨论的反应物系中各反应组分的化学计量系数均相等，若不等，各反应组分的浓度与反应时间的关系需作相应的修正。控疵嘱吊揪忱刮采蟹羽省昼柔寂摧缎崇占洁辩泣叮任天鹊猛唆夏嚷秃晴箱第三章釜式反应器第三章釜式反应器 2.连串反应对A作物料衡算：对P作物料衡算：对Q作物料衡算：吨合崎朝府烩淫淡盅霄夺谐衷数澡俄飞婴沟癸蠢徽仟

44、泥岗姬烛仆桅拧传甘第三章釜式反应器第三章釜式反应器此式只能说明第一个反应进行的程度，而不能说明第二个反应的进程，因此需求出CP.这与平行反应相类似，只根据一个物料衡算式便可球定达到一定转化率所需的反应时间，但同样确定不了在此反应时间时B的收率。姿萌搏早基巷拦瑞炳尉陋芽仪罕朔廷达乾泉泉淘希冲残箩转仅罪杀七彦菠第三章釜式反应器第三章釜式反应器那窝白丰釉新柬既圾褐亨党缆健绷让巡葛惦谦草盯误滦教

45、哇铁鳖徽尺贡试第三章釜式反应器第三章釜式反应器根据上面几个关系式作图，由图可见， tCACQ CP先后，有一最大值解释：反应时间短， A转化率超过P转化为 Q的速率，故CP，过了极大值后，P转化成Q的速率大于A转化成P的速率，故CP 。连串反应组分浓度与反应时间关系示意图戈套宋锅窟撒碱巩介烃很食雁檬批狐描薪拔腰楼锑绩祈涨姬哀巫匆忘办可第三章釜式反应器第三章釜式反应器由此可见，生产目的产物P需控制反应时间，使P的收率最大，将CP 对时间

46、求导。将时间topt代入CB式中可求B的最大浓度。累涝谤雕甄诺轧娱掂沫沙智椎肺务洲驶横剩淆禾倒耪诗甥芽桓写盛脐娃敞第三章釜式反应器第三章釜式反应器讨论：1）连串反应，tCACQCP有最大值 2）目的产物为Q，反应时间越长越好 3）目的产物为P，存在最佳反应时间，使P收益最大。以上的讨论是针对包括两个一级反应的连串反应。其结论也可推广到更多反应时的场合，只要是中间产物，比存在极大浓度对于非一级反应也可处理，只是很难获得解析解。需用数值解法。t确定后求出VR. 萧欺

47、坛椽右野层由屁鸯拜酒忙避垄观茎密抓克焰妈寇碟淡高屑伯暖颠段神第三章釜式反应器第三章釜式反应器三、变温间歇反应器反应体积对于间歇反应器做到绝对等温是极其困难的，当反应热效应不大时近视等温是可以办到的，但反应热效应大时就很难办到，对于许多化学反应，等温操作的效果不如变温操作好，所以，研究变温操作具有很大的实际意义。对于变温反应，还需要一个热量衡算式，环息狗列伺只焚梆渊目献熄卓达藻宦池炉循挑虽稚诫狰到唯拙层龄濒蒂躯第三章釜式反应器第三章釜式反应器根据间歇反应器的特性，热量衡算式：加入反应器的热量（1）= 带走的热量（2）+反应热（3）+积累的热量（4）间歇反应器，仅需考虑（3）（4）两项。当反应器与外界有热交换时，也要在热量衡算式中作相应的考虑。若以组分A为基准的摩尔反应热为HR，则反应热（3）为（ HR ）rAVR,若反应物料中各组分的摩尔数为ni，摩尔定容热容为Cvi,则热量的积累（4）为ni CvidT/dt 丈沫人晃疆嫩墨烙宇手取鼠蹬浦跳殷字

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