化學(xué)反應(yīng)工程-第3章 均相反應(yīng)器

第3章均相反應(yīng)過程第一講雷澤zelei@本章要求：?掌握均相反應(yīng)器設(shè)計計算的基本原理和方法；?熟悉各種均相反應(yīng)器的性能特征，并能結(jié)合反應(yīng)的特點選擇反應(yīng)器形式和操作方式。幾種典型簡單反應(yīng)器V,CA0?分批操作釜式（完全混合）反應(yīng)器（BR）VBatchReactor------間歇反應(yīng)器?半分批操作釜式反應(yīng)器（SBR）SemibatchReactor成分A?連續(xù)操作平推流反應(yīng)器（PFR）成分BPlugFlowReactor?連續(xù)操作釜式反應(yīng)器（CSTR）ContinuousStirredTankreactor

CAV,CA生成物R反應(yīng)器開發(fā)的任務(wù)：?根據(jù)反應(yīng)動力學(xué)特性來選擇合適的反應(yīng)器型式；?結(jié)合動力學(xué)和反應(yīng)器兩方面特性來確定操作方式和優(yōu)化操作設(shè)計；?根據(jù)給定的產(chǎn)量對反應(yīng)裝置進行設(shè)計計算，確定反應(yīng)器的幾何尺寸并進行某些經(jīng)濟評價。3.1物料在反應(yīng)器內(nèi)的流動模型?流動模型為研究反應(yīng)器內(nèi)流體的實際流動型態(tài)，在不改變其實際性質(zhì)的前提下，對流體流經(jīng)反應(yīng)器時的實際流動和混合狀況的本質(zhì)規(guī)律加以適當(dāng)?shù)睦硐牖拿枋?。這種適當(dāng)理想化的流動形態(tài)稱為流動模型。理想置換理想流動模型理想混合（本節(jié)討論）流動模型非理想流動模型

軸向分散模型多級串聯(lián)模型3.1.1平推流模型（或活塞流、或理想置換）?反應(yīng)物料按一定的流率定態(tài)操作條件下進入反應(yīng)器，并且以一致的方向向前移動，在整個截面上各處的流速完全相等。T、c、p、u相等?特征：流體所有粒子在反應(yīng)器中的停留時間相同，并且等于流體通過該反應(yīng)器所需的時間。管式反應(yīng)器中流體的流動型式基本上是理想置換。3.1.2全混流模型（理想混合、完全混合）?流體以定態(tài)流率進入反應(yīng)器后，剛進入反應(yīng)器的新鮮物料粒子與存留在反應(yīng)器中的粒子能在瞬間發(fā)生完全混合（新舊混合時間t=0）。?基本特征：T,C∞T,C

整個反應(yīng)器中1.釜內(nèi)各點的T、C都相同；2.釜內(nèi)各點的T、C=出口處的物料的T、C。時間（1）反應(yīng)時間tr反應(yīng)物料從開始反應(yīng)至達(dá)到某一要求轉(zhuǎn)化率所持續(xù)的時間。（2）停留時間t和平均停留時間t–停留時間t：物料質(zhì)點進入反應(yīng)器至離開反應(yīng)器所經(jīng)歷的時間；–平均停留時間t：物料流中各質(zhì)點在反應(yīng)器中tV的停留時間的平均值。流體在反應(yīng)器內(nèi)的體積流量（1）空時在連續(xù)流動反應(yīng)器中，反應(yīng)體積V與指定狀態(tài)下進料流體的體積流量0之比，稱為空間時間，簡稱空時。

V反應(yīng)器體積[s]0進料的體積流量空時的物理意義：在指定狀態(tài)下，反應(yīng)器處理與反應(yīng)體積相等量的物料所需的時間。（2）空速SV?在連續(xù)流動反應(yīng)器中，指定狀態(tài)下進料流體的體積流量0與反應(yīng)體積V之比，稱為空間速度，簡稱空速。SV=0/V=1/

[S-1]

（3-4-2）空速的物理意義：在指定狀態(tài)下，單位時間、單位反應(yīng)體積內(nèi)所能處理的物料體積?；旌吓c返混?同齡混合——一般意義上的混合。?非同齡混合——返混–完全不返混——活塞流模型–完全返混——全混流模型–部分返混?微觀混合——分子尺度上的混合?宏觀混合——分子微團上的混合A→P恒容反3.2簡單反應(yīng)器3.2.1間歇反應(yīng)器

應(yīng)，取一小滴液即代表全釜。求達(dá)到規(guī)定的轉(zhuǎn)化率物料在反應(yīng)器內(nèi)所需的反應(yīng)時間。作微元時間dt內(nèi)的物料衡算：dt時間內(nèi)dt時間內(nèi)dt時間內(nèi)進入反應(yīng)排出反應(yīng)由于反應(yīng)=++器中物料器的物料而消失的A的量A的量A的量0=0+(-rAV)·dt+

dt時間內(nèi)反應(yīng)器的物料A的累積量dnA?rAV?dtdnA0?rAV??dnA01?xAdnA??nA0dtdt?

dnAdtdxAdtdxAdtdxAxAtnA0∫分離變量，積分?0

V?rAdxAtcA0∫恒容時，0cA0?cA

?rAdcA

（3-2-1）xA將cA0cAt?∫

?dxA?代入式（3-2-1），得：cA0dcA（3-2-2）cA0?rA分批式操作反應(yīng)器的基本設(shè)計方程式將不同級數(shù)反應(yīng)的(-rA)表達(dá)式代入設(shè)計方程可得到不同級數(shù)反應(yīng)的反應(yīng)時間和轉(zhuǎn)化率計算式：以一級反應(yīng)為例，?rAkcA1cA0t?∫cA0?rAdxAxAtcA0∫

?∫AcA0kcAcA0∫

lnkcAcA0dxAxA∫A?rAcA01?xAk0A1ln

1k1?xA式（3-2-1）和式（3-2-2）也可采用圖解積分求解。dcAt?∫cA0?r?rAA1-rA面積=t/cA00xA

1-rA面積=t0cAcA0圖3-2-1恒容情況下分批式操作反應(yīng)器的圖解計算計算反應(yīng)器體積對連續(xù)操作的釜式反應(yīng)器，處理一定量的物料所需反應(yīng)器占有時間=反應(yīng)時間（t）+輔助時間（t’）反應(yīng)器有效容積（反應(yīng)體積）;日處理量Vtt'240tt'每小時處理的物料的體積

計算反應(yīng)器的體積?反應(yīng)器的實際體積為：VVR

?裝料系數(shù)反應(yīng)器有效體積占總體積的分率，?=0.4～0.85有泡沫產(chǎn)生或有攪拌，旋渦有沸騰現(xiàn)象，不大，?取0.7?取0.4～0.65

反應(yīng)很平靜，?取0.75～0.85計算反應(yīng)器的體積V→DD大，水平方向的攪拌混合將發(fā)生困難；D小，高度增加，對垂直方向的攪拌不利。選H：D=1：1的攪拌反應(yīng)器[例3-1]在343K時，等摩爾比的己二酸與己二醇以H2SO4為催化劑，在間歇操作攪拌釜式反應(yīng)器中進行縮聚反應(yīng)生產(chǎn)醇酸樹脂。以己二酸為著眼組分的反應(yīng)動力學(xué)公式為:?rAkcA2?1cA,0410kmol?L,k1.97L?kmol?min?3?1

?1(1)計算己二酸的轉(zhuǎn)化率達(dá)0.5,0.6,0.8,0.9所需的反應(yīng)時間是多少?(2)每天處理2400kg己二酸，每批操作的輔助時間t′=1h，裝料系數(shù)?=0.75，求己二酸的轉(zhuǎn)化率達(dá)0.8時所需要反應(yīng)器的體積。解：計算達(dá)到規(guī)定轉(zhuǎn)化率所要求的時間?rAkcA知此反應(yīng)為二級反應(yīng)，且c由2A,0

cB,0dxAdxAtcA0∫xA?rA0

cA0∫A20kcA?t

cA0∫xAkcA01?xA2201xAkcA,01?xA當(dāng)xA=0.5:1t

xA

1?3

0.5

1kcA,01?xA1.9714102.1[h]

1?0.5601t當(dāng)xA=0.6:

xA

1?3

0.6

13.18[h]kcA,01?xA1.9714101xA1t?當(dāng)xA=0.8:?3

1?0.6600.8508[min]8.47[h]kcA,01?xA1.9714101?0.81t當(dāng)xA=0.9:

xA

1?3

0.9

119.0[h]kcA,01?xA1.971410

1?0.960等溫、間歇操作的反應(yīng)器，達(dá)到一定轉(zhuǎn)化率所需要的時間只取決于反應(yīng)速率而與反應(yīng)器大小無關(guān)。每小時己二酸的進料量FA0為:己二酸分子量2400kgFA,024h146kg?kmol?1

0.685kmol?h?1每小時處理的己二酸體積為：?10.685kmol?h0?3?1410kmol?lcA,0∴反應(yīng)器的有效體積為：

171l?h?1V0tt'1718.4711619[l]1.619[m3]間歇攪拌釜式反應(yīng)器的實際體積為：VVR

1.6192.159[m3]?0.75反應(yīng)器的大小是由處理物料量的多少決定的。第3章均相反應(yīng)過程第二講雷澤zelei@3.2.2平推流反應(yīng)器dlLtt∫u0

VdV∫0流體在反應(yīng)器內(nèi)的流速若=0，即u=u0（流體在入口時的流速）等溫恒容過程：V?tt0

FA0=0CA0xfV0LFAf即對于恒容過程，平均停留時間、反應(yīng)時間和空時是一致的。?對非等溫非等分子的氣相反應(yīng)：若氣體混合物為理想氣體時：nV?dVtt∫Lu01V∫

∫0p?dV

∫0Fc

∫V0F1yAA0xA0R0TF0AFA0xA組分A的起始摩爾流率原料氣體混合物的起始摩爾流率平推流反應(yīng)器的設(shè)計方程FAFAdFA?rAdVcA0F0FA0FAxAxA000dldxAxA

FAdFA0dFA?rAdVFAfxAdxAxxFFA0?FAxAFA0?FAFA0(1?xA)∴dFA?FA0dxAl?FA0dxA?rAdVL圖3-2-2平推流反應(yīng)器的物料恒算示意圖[mol/s]FA0dxA?rAdVVxA∫dVFA0∫00

dxA?rAxAdxdxAVFA0∫xA?rA0VxAcA,0∫

?VcA00∫A0?rAdxA?rA——平推流反應(yīng)器的設(shè)計方程FA0dxA?rAdV?若xA1代表進入反應(yīng)器時物料A的轉(zhuǎn)化率，xA2代表離開反應(yīng)器時物料A的轉(zhuǎn)化率，則可得更一般的平推流反應(yīng)器設(shè)計方程:dxA∫V0

dVFA0∫xA2xA1?rAVxA2dx∫AxA1?rFA0AdxAcA0∫xA2xA1?rA對恒容過程：cAxA1??dxA?cA0VxAdx∫?A0?r

dcAcA01dcAcA∫cA0?rAFA0cA0AdxAxAttcA,0∫?∫

cA0cAdcA?rAcA0?rA對非恒容過程,如：?rAkcA;1?xAcAcA0?Vxdx∫A

1xAxdx∫A0?rFA,0cA0AdxA∫x

0kcAkcA01?xA1xA?1xAln1?xA?xAkcA0xAdxVdxAtcA0∫?∫xAcA,0∫A

cAdcA0?r?rA00A11?rA?rA面積=/cA0面積==V/FA00cAcA0cA0xA

cA0?rA僅適用于恒容過程適用于一般場合圖3-2-3平推流反應(yīng)器圖解計算示意圖注意：書p36表3-1中速率方程的表達(dá)式，注意設(shè)計方程中k和用濃度表示的k的區(qū)別。?以一級反應(yīng)為例：pAk1?rA?

dcAk1cAk1pARTRTdt?與書上速率方程比，書上設(shè)計方程中k1k

RT[例3-2]在343K時，等摩爾比的己二酸與己二醇以H2SO4為催化劑，在活塞流反應(yīng)器中進行縮聚反應(yīng)生產(chǎn)醇酸樹脂。以己二酸為著眼組分的反應(yīng)動力學(xué)公式?rA3.2810?8cAmol?m?3?s?12?3cA,0410mol?m,3

若每天處理2400kg己二酸，要求轉(zhuǎn)化率達(dá)0.8、0.9，試計算該反應(yīng)器的體積。解：生產(chǎn)條件和產(chǎn)量同間歇反應(yīng)器xAdxdxAτcA,0∫xA?rA0

cA,0∫A20kcAdxAcA,0∫xAkcA,01?xA220sxA7.621031?xA

xAkcA,01?xA當(dāng)xAf=0.8時，=3.05104[s]=8.47hV00.171m3?h?18.47h1.45m3當(dāng)xAf=0.9時，=6.86105[s]=19.0hV00.171m3?h?119.0h3.25m3PFR所需的V=BF操作周期中去掉輔助時間計算得到的V?？梢?，活塞流反應(yīng)器的生產(chǎn)能力要比間歇攪拌釜式反應(yīng)器要大。[例3-3]應(yīng)用管徑為D=12.6cm的管式反應(yīng)器來進行一級不可逆的氣體A的熱分解反應(yīng)，其計量方程為：A=R+S；速率方程：-rA=kcA；而19220k7.8010exp?T

原料為純氣體A，反應(yīng)壓力P=5atm（50.101325MPa）反應(yīng)溫度為T=500oC（等溫反應(yīng)），反應(yīng)過程中壓力恒定。要求A的分解率達(dá)0.90；原料氣的處理速率為FA0=1.55kmol?h-1。計算反應(yīng)所需反應(yīng)管的管長L、停留時間t，以及空時（假定反應(yīng)為理想氣體）。VxAcA,0∫00解：反應(yīng)氣體的進料體積流率0為：FA0RT0P

dxA?rA19.66m3?h?1

5atm

反應(yīng)流體在管內(nèi)的體積流速是xA的函數(shù)，F(xiàn)01AyA0xART/P

P據(jù)已知條件F0=FA0（純氣體）；yA0=1.0；A=R+S2?1A11

1cA0RTP∴F01AyA0xART/PFA01xA/cA0FA01?xAFA而cAFA01xA/cA0根據(jù)設(shè)計方程：VdxAxAdxxA

1?xAcA01xA1xA1xAdxAcA,0∫?rA00

cA,0∫A0kcA

∫1?xAk0112ln1?xAk1

?xA12ln1?0.90?0.90192207.8010exp?T0.00830h29.88s

反應(yīng)體積：V=0=19.66×0.0083=0.1632[m3]40.16324V管長：L3.140.126D22

13.1m（3）停留時間tP?dVdVVVVt∫∫∫

P?dV1dVV∫0RTFFx00AA0AFA0dxA?rAdV

0RTF1x01xA0A0AFA0dxAFA0dxA1FA01xA?dV?rA1xAdxA1

kcA1

kcA01?xA11

dxAP27式2-7218.57s∴t∫

ln

lnk01?xAk1?xA0.1241?0.90本例中：A=1，t=18.57[s]；=29.88[s]因為反應(yīng)為增體積反應(yīng)，隨著轉(zhuǎn)化率提高，反應(yīng)過程中摩爾總數(shù)增加，使得系統(tǒng)的密度減小，流速加快，因此系統(tǒng)的平均停留時間小于空時。由例可看出，對于非等分子的等溫反應(yīng)：當(dāng)A>0時，t<;當(dāng)A<0時，t>。3.2.3連續(xù)操作的完全混合流反應(yīng)器（CSTR）對組分A就整個反應(yīng)器作物料恒算：流入量=流出量+反應(yīng)量+累積量00cA,00cAcA,0xA,0

?rAV00cA,00cA?rAV（3-4-3）VcA,0?cAcA,0xA00,cA,xA空時

?rA?rA----全混流反應(yīng)器的設(shè)計方程cA,0?cAV?rA011?rA

cA,0xA（3-4-4）?rA?rA0面積=/cA0

xA

0cA

cA0面積=

cA圖3-2-4CSTR的圖解積分示意圖3.2.3全混流反應(yīng)器[例3-4]在CSTR中進行等摩爾比的己二酸與己二醇以H2SO4為催化劑縮聚生產(chǎn)醇酸樹脂的反應(yīng)。以己二酸為著眼組分的反應(yīng)動力學(xué)公式：?rA3.2810?8cA2mol?m?3?s?1cA,04103mol?m?3,每天處理2400kg己二酸。計算轉(zhuǎn)化率為0.8、0.9所需CSTR的有效體積。?rAkcA2cA,0xAfV?rA

cA,0xAf22kckcA

cA,0xAf1?x2

xAfkcA01?xAf2A00xAf

AfxAfs?83.28104101?xAf3

2

1?x2Af當(dāng)xAf=0.8時，=1.52105[s]=42.3hV00.171m3?h?142.3h7.23m3當(dāng)xAf=0.9時，=6.86105[s]=190.5hV00.171m3?h?1190.5h32.58m33.2.4間歇反應(yīng)器與全混流反應(yīng)器的比較1B?rA損失dcAcA?∫cA0?rACA

DBR:dcAt?∫cAcA0?rAACSTR:cA,0?cACA0V?rA0圖3-4-2BR和CSTR的比較1?rA全混流反應(yīng)器的容積效率?對間歇反應(yīng)器，反應(yīng)器的平均生產(chǎn)速率為：CRVBCA0?CAVBYRtt?對全混流反應(yīng)器YRCR0CA0?CAV

BD損失AdcAcA?∫cA0?rACACA0A→P（一級不可逆）容積效率?達(dá)到相同的平均生產(chǎn)速率時，有：

VBtVVBtc'AdcA?∫cA0kcnVA1?xAndxAxA∫1?xAnxA0

cA0?cAkcnAn=-1n=01/212300.81.0xA圖3-2-5不可逆反應(yīng)的與xA的關(guān)系第3章均相反應(yīng)過程第三講雷澤zelei@本章作業(yè)：P85:1、4、5、8、103.3組合反應(yīng)器3.3.1平推流反應(yīng)器的串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)VicA0;F0;FA0FA1….xA1xA00;0VidxAV1xA1dx∫xAi∫AxAi?1?r?rA1FA0FA00AidxAdxAcA0∫xA1cA0∫xAi?rA1xAi?1?r

FAi…xAiVN∫xANFA0cA0∫xAN

FANxANdxAANdxAxN?1?rAiAN3.3組合反應(yīng)器對串聯(lián)的N個反應(yīng)器：NV

V

V

V

V∑i1...i...NFA0i1FA0FA0dxAxA1xAi∫...∫?rA10

FA0dxAA2

FA0dxAxAN...∫xAN?1?rAN若每個反應(yīng)器內(nèi)溫度相同→(-rA)=kcAαcBβ相同，則：V∫

xANdxAx0?rFA0

A即其最終轉(zhuǎn)化率與一個具有體積為V的單個平推流反應(yīng)器所能獲得的轉(zhuǎn)化率相同。3.3組合反應(yīng)器1對并聯(lián)的N個反應(yīng)器：FA0xA0

V1FAiVixANVN要求是cA1=…=cAi=…=cAN如果各反應(yīng)器反應(yīng)條件(T,P)相同,則要求：1iNV即：1iN1

i

N[例3-5]考慮如下圖所示的反應(yīng)器組的并、串聯(lián)，求總進料流中進入支線A的分率為多少？支線AV40L進口流V20L

V40L出口流支線BV20L解：如上圖所示，對于支線A，其反應(yīng)器總體積為：VA=40L+40L=80L對于支線B，兩個串聯(lián)的反應(yīng)器總體積為：VB=20L+20L=40L為使兩支線上轉(zhuǎn)化率相同，應(yīng)有VA/FA=VB/FB，F(xiàn)A/FB=VA/VB=80/40=2所以，總進料流中進入支線A的分率為2/3。3.3.2具有相同或不同體積的N個CSTR串聯(lián)cA0V1cA0cA1cA3cAf

cA1Vi

cAicANVN反應(yīng)器軸向長度圖

多級CSTR濃度分布圖對串聯(lián)反應(yīng)器中第i釜反應(yīng)物組分A作物料恒算：流入量0cAi-1=FAi-1

=流出量+反應(yīng)量+累積量0cAi=FAi(-rA)iVi0定態(tài)流動，對恒容系統(tǒng)，則0不變0cAi-1-0cAi=(-rA)iVicAi-1-cAi=(-rA)iVi/0=(-rA)iicA,i?1?cA,icA,0xA,i?1?xA,iVii?r?rA,iA,i

（3-5-1）——多級全混流反應(yīng)器的基本設(shè)計方程式1/(-rA)V=∑Vi,=∑i4

321cAcA4cA3cA2

cA1

cA0圖

多級CSTR串聯(lián)反應(yīng)器的容積分布圖以一級不可逆恒容反應(yīng)為例說明各釜濃度的求解。rA)=kcAcA,0?cA1（1）代數(shù)法：V1,c01k11A1cA0V2cA112?,cA201k21k11k2cA,N?1cA0VN1N,cAN?

V?rA010若V1V2ViVN,T1T2TiTNcA,N1或

1kNN

1k11k21kNcA0VNVi其中i,cAN1kiN0011?1kiNcA0

xA,N1kiNN個反應(yīng)釜的總?cè)莘e：VNViNi0cA,i?1?cA,iVii?r（2）圖解法A,i用圖解法求各釜的出口濃度cA，i-1cA，i-1~cAicA0

nkicA,i45o對角線cA1cA2cA3

cA1cAi圖多級CSTR串聯(lián)的圖解計算法cA,i?1?cA,iVii?r（2）圖解法A,i

nkicA,i對動力學(xué)數(shù)據(jù)僅是表格或曲線表示時，可用圖解法求。?r?c1i(-rA)A,iA,i

?cA,i?1斜率：-1/1?11?2cAcA2cA1cA0圖多級CSTR的圖解計算法

x軸上的截距cA,i-1[例3-5-1]應(yīng)用串聯(lián)CSTR進行不可逆一級液相反應(yīng)，假定各釜的容積和操作溫度都相同，已知此時的速率常數(shù)為k=0.92h-1，原料液的進料率為=10m3/h，要求最終轉(zhuǎn)化率xA=0.90，試計算當(dāng)串聯(lián)的釜數(shù)N分別為1、2、3、4、5、10、50和100時的反應(yīng)器總有效容積。如果將此反應(yīng)用分批式反應(yīng)器操作，計算不考慮非生產(chǎn)性操作時間下所需分批式反應(yīng)器的有效容積。解：已知k=0.92h-1，xA=0.90，=10m3/h11?根據(jù)公式：xA,N1kiN

VNViNi0可得相應(yīng)于各串聯(lián)釜數(shù)N下的總?cè)莘e見下表：N（個）V（m3）N（個）V（m3）

197.8531.8

2471028.1

337.55025.61

433.810025.31若采用分批式操作，所需的反應(yīng)時間t為：tlnk1?xAVBttt

2.503[h]?VB?VVV/

?V2.5031025.03[m]33.5.2多釜串聯(lián)CSTR的最優(yōu)容積比1?rA0xA1xA2xA

1?rA0xA1xA2xA?各釜體積不相等時，大小釜前后順序不同，即（V1/V2），造成其總?cè)莘e（V1+V2）也不同。3.5.2多釜串聯(lián)CSTR的最優(yōu)容積比?對由N個釜串聯(lián)的全混流反應(yīng)器系統(tǒng)，對其中每cA,i?1?cA,i個全混流反應(yīng)器均有：1?rA,1

;i?rA,i?反應(yīng)流體在N個串聯(lián)CSTR的總的空時=∑i，即cA0xA,i?xA,i?1cA0xA1cA0xA2?xA1?rA,1

?rA,2

?rA,icA0xA,N?xA,N?1V0?rA,N3.5.2多釜串聯(lián)CSTR的最優(yōu)容積比[補充作業(yè)]在兩個串聯(lián)的全混流釜式反應(yīng)器中進行一級恒容反應(yīng)（見附圖所示），試證明當(dāng)反應(yīng)器相同時，兩個反應(yīng)器總?cè)莘e最小。3.3.3不同型式反應(yīng)器的串聯(lián)xA00cA,0xAV1V1V1??rAFA00cA,00FA,0cA0xA2xA1xA3V2V1V3

xA1?xA0?rA1xAV2∫xA2FA0xA1V3∫

dxAFA1?rA2?rAcAAxA2?rFA0V4FA,0

A3xA4?xA3?rA40xA1xA2xA3xA4第3章均相反應(yīng)過程第四講雷澤zelei@3.3.4循環(huán)反應(yīng)器（循環(huán)操作的平推流反應(yīng)器）FA0,xA0cA0,0

FA1,xA1VcA1,1循環(huán)物料(3)單管循環(huán)

FA2cA2,2進反應(yīng)器的總體積流量為1=0+30令1V

循進進進進進進進進;'31進進進進進進進進進進Vυ0V

?101?1;τ?ατυ0

υ1υ1υ0對混合器作物料恒算,可有:1cA1

0cA03cA2FA0,xA0cA0,0進反應(yīng)器的濃度:

FA1,xA1VcA1,1(3)

FA2cA2,2cA1[0cA0(1?0)cA2]/1cA0cA2對平推流反應(yīng)器:dcA?∫cA2或?'cA1?rA

1

dcA∫cA1?rAcA2積分，即可得到出口物料的濃度。例對一級反應(yīng)dcAcA2?∫?∫'

cA2dc1cA1lnA?rAcA1kcAkcA2dcAcA2?∫?∫'

cA2dc1cA1lnA?rAcA1kcAkcA21cA11cA0cA2ln

lnkcA2kcA0cA2'kecA2ek?cA2cA0'cA0kcA2e?'或

cA2xA21?k?'e3.3.4循環(huán)反應(yīng)器（循環(huán)操作的平推流反應(yīng)器）FA0,xA0cA0,0

FA1,xA1VcA1,1(3)

FA2cA2,2對多管串聯(lián)，不論各管的溫度、體積或循環(huán)比是否相同，可逐管計算。循環(huán)比：循環(huán)物料的體積流量

定態(tài)恒容31?01?1離開反應(yīng)器物料的體積流量21對恒容過程：2=0;1

0'1

dcA?∫'

cA2cA1?r?1∫cA1?r0?1∫cA0cA2cA21

AdcA?rAcA1cA0cA2'cA0'cA2kln[]對一級反應(yīng)，積分可得：1cA2cA0k?e

'FA2FA01?xA2FA0,xA0cA0,0

FA1,xA1VcA1,1FA3=FA2(3)

FA22201AyA0xA2cA2,對于非恒容系統(tǒng)。反應(yīng)器入口處反應(yīng)物的濃度為：FA0FA3FA0FA2cA11

03

02FA011?xA2

011AyA0xA2cA011?xA211AyA0xA2nA01?xA1nA1而cA1

cA01?xA1V01AyA0xA11AyA0xA1cA011?xA2與cA111AyA0xA2FA1F*A0xA10

比較?xA1xA21xA2無循環(huán)流FA011?xA2FA1FA0*1?xA11?xA21

1FA0虛擬供料速度（剛進入反應(yīng)器時A的摩爾流量）FA0*是反應(yīng)器入口處以無產(chǎn)物基計的著眼組份A的摩爾流率。對于PFR，應(yīng)有基本關(guān)系式：V∫

xA2dxAFA0*xA1?rA1FA0∫∫xA1?rAV11∫VdxAxA2?xA2?rFA01A

xA2?rA循環(huán)操作的平推流反應(yīng)器的設(shè)計方程1∫xA2?rFA01+?rA10VxA2dx∫A?rAFA00xA1xA2平推流=[/(1+)]xA2圖循環(huán)反應(yīng)器圖解

1A∞VxA2FA0?rAf全混流當(dāng)由0→∞，循環(huán)反應(yīng)器相當(dāng)于PFR→CSTR[例]有如下自催化反應(yīng)，A+P→P+P+S，已知cA01mol/L,cP00,k1L/(mol?s),FA01mol/s欲在一循環(huán)反應(yīng)器中進行此反應(yīng)，要求達(dá)到的轉(zhuǎn)化率為98%，求當(dāng)循環(huán)比分別為β=0,β=3,β=∞時，所需要的反應(yīng)器體積為多少?解：對于自催化反應(yīng),其反應(yīng)動力學(xué)方程為:?rAkcAcPkcAcA0?cAkcA0xA1?xA把動力學(xué)方程代入反應(yīng)器計算的基礎(chǔ)設(shè)計方程為：1∫VdxAxA2xA2?rFA01A3,V11.4L;FA0xA2

1∫dxAxA2xA2kc2x1?x1A0AA∞,V2kcA0xA2(1?xA2)VdxA∫xA20,

50L;全混流反應(yīng)器dxA∫0.98?V∞kcA0xA1?xA2FA000

xA1?xA平推流反應(yīng)器3.3.5循環(huán)反應(yīng)器用于自催化反應(yīng)的最佳循環(huán)比?由循環(huán)反應(yīng)器的基礎(chǔ)設(shè)計式：1∫xA2?rFA0?VFA00?令?相應(yīng)xA1時的反應(yīng)速率

1AdxAxA2∫xA1?rA1??rA1xA2?xA11此式表明最適宜的循環(huán)比應(yīng)是進料時的?rA1值正好等于整個反應(yīng)器的平均值。?rA

xA1dxA1∫VdxAxA21xA2?r?rAxFA0cA01AA1最優(yōu)opt1太大?rA11?rA?rAA=BcA0cA0BAxA11xA2xA

∫xA1?rAxA2xA2?xA1太小xAxA1xAxA11xA2opt

1xA21+1+

1+圖循環(huán)比與（或V）的關(guān)系第3章均相反應(yīng)過程第五講雷澤zelei@3.3.6半連續(xù)操作的釜式反應(yīng)器(變體積)定義：反應(yīng)過程中某一反應(yīng)組分連續(xù)地緩慢加入反應(yīng)器，或某一反應(yīng)物連續(xù)不斷地從反應(yīng)器內(nèi)排出，而其他反應(yīng)組分或反應(yīng)產(chǎn)物則象分批式操作那樣是一次投入或一次從反應(yīng)器內(nèi)排出。半連續(xù)(間歇)操作的目的：?控制反應(yīng)器內(nèi)溫度；

vtV0?抑制某一副反應(yīng)的反應(yīng)速率以期改善反應(yīng)的產(chǎn)物分布；?提高某些可逆反應(yīng)的產(chǎn)品收率，不斷移走反應(yīng)產(chǎn)物。3.3.6半連續(xù)操作的釜式反應(yīng)器(變體積)vt以二級不可逆反應(yīng)為例：A+B→R(A是流加組份)(-rA)=k’cAcB≈k’cB0cA=kcA求cA(t)，cR(t)擬一級不可逆反應(yīng)

V0A的加料速率（體積/小時），假定是恒定的。dVcA對A作物料衡算：cA0單位時間加入A的量

kcAVdt單位時間內(nèi)A在反應(yīng)器A的反應(yīng)量內(nèi)積累速度∵反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)流體的容積是隨時間t變化的，可表示為：VV0tdVt=0時反應(yīng)器內(nèi)且dt物料的容積

dVcA將VV0）和（3-3-5（3-3-4tdt?VcAIe?kt

cA0kcAdtcA0積分常數(shù)k將起始條件t=0，VcA=0代入上式，可得：I?cA0/kcA0最后?VcAk

1?e?kt1?e1?ekV0t或cA0

V0kt當(dāng)A與R的計量系數(shù)相等，則有cA0VcRcA0t?VcAcA0t?kc/cA0

1?e?kt?ktcRkt?1?e或cA0

V

kt0cR/cA0t圖SBR內(nèi)的濃度變化A+B→R

在操作過程中反應(yīng)的放熱速率為：Q=(-rA)V(-?Hr)Q=(-rA)V(-?Hr)=kcAV(-?Hr)cA01?e?ktVcAk=cA0(-?Hr)(1-e-kt)

Qt圖SBR內(nèi)的放熱速率隨時間的變化表明可通過改變來控制放熱速率Q3.4非等溫過程3.4.1溫度的影響1.反應(yīng)熱和溫度?Hr是T溫度下的反應(yīng)熱，反應(yīng)熱為負(fù)值時，表示放熱反應(yīng)。?Hf為生成熱，由元素的穩(wěn)定單質(zhì)生成1mol化合物時的熱效應(yīng)稱為該物質(zhì)的生成熱,也稱生成焓。?Hr∑?Hf?vi?∑?Hf?vii等壓反應(yīng)熱產(chǎn)物

i反應(yīng)物再依據(jù)Hess定律：?Hr?Hr0,298?HR?HP∑nC∫dT∫298T?H0r,298ipireactantT298iCpiaibiTciT2diT3

∑nCdTipiproducticpi在298K~T范圍內(nèi)，近似計算時，可取平均熱容?Cp∑niCpi?∑niCpi原料Aproductreactantii∫?CpdTTT?Hr?H0r,298298?HR?HR原料在降溫過程中的焓變。?HP產(chǎn)品在升溫過程中的焓變。298

，產(chǎn)物P?Hr?HP?H0r2983.4.1溫度的影響2.化學(xué)平衡根據(jù)熱力學(xué)關(guān)系，溫度對反應(yīng)平衡常數(shù)K的影響為:d(lnK)?Hr?Hr隨溫度dT變化不大時K2?lnK1?Hr隨溫度K2

RT2?Hr11(?)RT2T11T2?Hr?∫變化大時K1R取T0為基準(zhǔn)溫度,則

T1T2?Hr?H0∫?cpdTT0可得平衡常數(shù)或平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化。平衡常數(shù)只與系統(tǒng)的溫度有關(guān)，而與系統(tǒng)的壓力以及惰性物質(zhì)是否存在等因素?zé)o關(guān)；物料的平衡濃度和反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率是受這些變量的影響的；對K>>1，反應(yīng)物可以接近完全轉(zhuǎn)化，故可視為不可逆反應(yīng)；而K<<1，說明反應(yīng)將不能進行；對吸熱反應(yīng)，T↑，平衡轉(zhuǎn)化率xAe↑；對放熱反應(yīng)，T↓，平衡轉(zhuǎn)化率xAe↑。對氣體反應(yīng)，P↑，對反應(yīng)后分子數(shù)減少的反應(yīng)xAe↑；反之下降；對所有反應(yīng)，惰性組分減少所產(chǎn)生的影響，與壓力增加的影響一樣。3平衡曲線與最優(yōu)溫度線不可逆反應(yīng)：T↑,rA↑,盡可能提高T。最佳操可逆吸熱：T↑,rA↑，K↑,xA↑溫T盡可能高度

可逆反應(yīng)：可逆放熱：T↑,rA↑，K↓,xA↓存在一最佳溫度可逆放熱反應(yīng),反應(yīng)速度與T的關(guān)系?(?rA)0xA=0-rA?(?rA)0?TxA?(?rA)0?TxAkARk'(-rA)=kcA-k’cRTToptTe

?TxA最佳溫度：對于一定的反應(yīng)物系組成，某一可逆放熱反應(yīng)具有最大反應(yīng)速率的溫度稱為相應(yīng)于這個組成的最佳溫度。最佳溫度曲線：相應(yīng)于各轉(zhuǎn)化率的最佳溫度所組成的曲線，稱為最佳溫度曲線。對一級反應(yīng)有：?rAkcA0(1?xA)?k'(cR0cA0xA)在每一個轉(zhuǎn)化率x下:當(dāng)(-rA)達(dá)到零時，相應(yīng)的溫度稱為平衡溫度Te；當(dāng)(-rA)達(dá)到最大時，相應(yīng)的溫度稱為最優(yōu)溫度Topt。平衡溫度Te：?rAkCA0(1?xA)?k'(CR0CA0xA)=0xAE1kk0exp[?RT

]1E2k'k0'exp[?]RT解得：?(E2?E1)Te0k0cA0(1?xA)Rlnk0'(cR0cA0xA)

(-rA)=0T圖平衡溫度線最優(yōu)溫度Topt?rAkcA0(1?xA)?k'(cR0cA0xA)xAE1kk0exp[?1]RTE2k'k0'exp[?]ToptRTd(-rA)/dT=0解得Topt0

(-rA)=max(-rA)=0TeT圖最優(yōu)溫度分布?(E2?E1)k0E1cA0(1?xA)1Rln(k0'E2(cR0cA0xA)

1?)

Rln

E2E2?E1E1對一級反應(yīng)且cR0=0時有?rAkcA0[(1?xA)?]xA?rAK??Hr11kK'K0exp[(?)]kRTT0(-△Hr)=E2-E1?rAk(T)cA0[(1?xA)?xA]K(T)

?rAfT,xix0?x1??x2?x4ToptT補充知識：活化能與反應(yīng)熱關(guān)系?Hr=E-E’等速率線:10

xA等速率線(-rA)=0(-rA)增加ToptT圖等溫操作的最優(yōu)溫度對應(yīng)于每一個轉(zhuǎn)化率，每一個反應(yīng)速度有二個溫度：一個大于Topt，一個小于Topt。第3章均相反應(yīng)過程第六講雷澤zelei@3.4.2非等溫操作反應(yīng)過程中系統(tǒng)的溫度有變化的操作為非等溫操作或變溫操作。?系統(tǒng)熱量除去或加入方式的分析原則：–反應(yīng)的熱效應(yīng)不大，且在相當(dāng)廣的溫度范圍內(nèi)，反應(yīng)的選擇性變化很小-----既不供熱也不除去；–對中等熱效應(yīng)的反應(yīng)：絕熱/變溫/等溫；–對熱效應(yīng)較大的反應(yīng)：有效換熱–對極為快速的反應(yīng)：絕熱/溶劑蒸發(fā)；（一）間歇釜式反應(yīng)器單位時間內(nèi)由環(huán)境傳給反應(yīng)+器的熱量UATm?T傳熱面積，m2

單位時間內(nèi)由反應(yīng)器內(nèi)熱量=反應(yīng)的放熱量的積累速度??Hr?rAVdCvVTdt冷卻或加熱介質(zhì)的溫度，KdCvVT即：UATm?T??Hr?rAV反應(yīng)焓變，料液定容比熱，總括傳熱系數(shù)，kJ·mol-1AkJ·kg-1·K-1kJ·m-2·h-1·K-1

dt料液比重，kg·m-3dCvVTUATm?T??Hr?rAV對于恒容過程：將?rAVnA0dxA代入，整理得：

dt=（絕熱溫升,量綱為[℃]）dTUATm?T??Hr?nA0?CvVCvVdt

dxAdtTm?T則：dtdt

CvVTm?T絕熱操作：dtdt單位時間內(nèi)反

CvV反應(yīng)器內(nèi)熱量=應(yīng)放出的熱量??Hr?rAV

的積累速度dCvTVdt對于恒容過程：dT??H??rACv（??HrcA0cv）或dtdt

;應(yīng)用起始條件：t=0，T=T0，xA=xA0?TT0xA?xA0采用數(shù)值法或者圖解法，聯(lián)立TT0xA?xA0求出反應(yīng)所需時間。dxAtcA0∫0?rAkc

?rA?ERTk0enncAAdCvVTUATm?T??Hr?rAVdt[例]在間歇操作的釜式反應(yīng)器內(nèi)進行如下計量方程所示的一級不可逆液相反應(yīng)：A→2Rkmolh?rAkcA31?1其中：9.5210eTk已知：?Hr=51047J/molA（吸熱反應(yīng)），cR0=0，

mhCv=2.09J/g物料·℃，R的分子量MR=60，cA0=2.3kmol/m3，要求反應(yīng)終了A的轉(zhuǎn)化率xA為0.7，裝置的生產(chǎn)能力為50000kg產(chǎn)物R/天。所提供的加熱蒸汽可在110℃至180℃之間調(diào)節(jié)。根據(jù)該生產(chǎn)規(guī)模估算用于非生產(chǎn)性的時間為t0=0.75h，試求：?在50℃下進行等溫操作所需反應(yīng)器的有效容積？相應(yīng)的傳熱面積和加熱蒸汽的控制方案？總括傳熱系數(shù)U=1799.2kJ·m-2h-1℃-1解；等溫操作（50℃）（1）反應(yīng)時間t的計算dxAxAtcA0∫cA0∫?rA0

xAdx1xAdxA11∫lnAk01?xAk1?xAA7448.4??1k9.5210e273509dxA11xA∴tcA0∫ln

0.92h1.31h11ln?rAk1?xA0.921?0.7每批操作實際所需時間為t+t0=1.31+0.75=2.06[h]（2）反應(yīng)器有效容積的確定：?在反應(yīng)結(jié)束時產(chǎn)物R的濃度為：?3cR2cA0xA3.22kmol?mVcRMR50000kg平均生產(chǎn)速率：YR24htt'50000tt'500002.06

24cRMR

243.2260（3）加熱面積和加熱蒸汽溫度控制方案cA↑→?rA↑→r供熱↑?反應(yīng)初期：按最高蒸汽溫度加熱，因等溫dT0dtUATm?T??Hr?rAV

kcA0V?rA0??Hr22.20.922.351047AUTm?T1799.2180?50

10.25m2?隨反應(yīng)的進行反應(yīng)速率逐漸減小，加熱蒸汽溫度也應(yīng)相應(yīng)地下降，但蒸汽溫度最低也有110℃，?在此T、A下，使反應(yīng)仍在50℃下進行相應(yīng)轉(zhuǎn)化率xA由：UATm?T??Hr?rAV??HrkcA01?xAV可得UATm?TxA1?1???HrkcA0V

1799.210.25110?500.46510470.922.322.2當(dāng)蒸汽溫度降到最低（極限）時，反應(yīng)只進行到xA=0.46，要保證在恒溫條件下使反應(yīng)進行到xAf=0.7，怎么辦？此時只能靠減少傳熱面積才能降低供熱速率。?計算Tm=110℃，xAf=0.7時所需的傳熱面積UATm?T??Hr?rAV??HrkcA01?xAVVkcA01?xAf??HrA

UTm?T22.20.922.31?0.7051047

1799.2110?50xA=0.46時,相應(yīng)于A=6.65m2所需的蒸汽溫度為：Tm?TAU

22.20.922.31?0.4651047108C

1799.26.65∴TmT10850108158C將速率方程和熱量恒算式聯(lián)立可得出：VkcA0??Hr?ktTmTUA代入具體數(shù)值可得：

e?在xA=0到xA=0.46時：Tm50130e?0.92t,A10.25m21801581105000.70

?在xA=0.46到0.70時：Tm50200e?0.92tA6.65m21.31t[h]例中Tm與t的關(guān)系（二）平推流反應(yīng)器T對微元段dl進行熱量恒算：輸入∑FicpiTFtcptTil

dT,dxAT+dTdVdl輸出：(1)物料離開微元帶走的熱量

∑Ficpi(TdT)Ftcpt(TdT)i

ldl(2)微元向外散熱：UAT?Tmdl反應(yīng)器橫截面周長D反應(yīng)放熱?rA??HrdV

積累0∴FtcptT?rA??HrdVFtcpt(TdT)UAT?TmdlFtcptdT?rA??HrdV?UAT?TmdldTS(?rA)(??Hr)?UD(T?Tm)dl

FtCpt平推流反應(yīng)器物料恒算：A0dxA(?rA)dV(?rA)Sdl(??Hr)?UD(T?Tm)/(?rA)SdTdxA

FA0FtCpt-------平推流反應(yīng)器內(nèi)溫度隨管長或轉(zhuǎn)化率的變化關(guān)系討論:（1）若反應(yīng)體系是絕熱操作,則(??Hr)?UD(T?Tm)/(=0A)S?r?dxA

FA0FtCptFA0(??Hr)反應(yīng)混合物溫度的函數(shù),狀態(tài)函數(shù)?dTFtCpt

dxA將絕熱過程簡化為:在進口溫度下等溫反應(yīng)，然后轉(zhuǎn)化率為xA2的物料再由溫度T1升溫至T2。對整個絕熱反應(yīng)過程積分,得:FA0(??Hr)T0xA2T?T0∫dxAFtCptxA1

FtfA，xAcptf組成，T若以平均組成下的熱容表示：Ftcpt∑Ficpicpt∑FicptFti

i?cpt是T溫度下，一定的轉(zhuǎn)化率下，是各種組分的cpi的平均值。cpiabTcT2dT3?近似計算時，在T0~T范圍內(nèi)，可取平均熱容c

pt對于恒容系統(tǒng)，AA0FA0(??Hr)∴dTdxAFtcpt

FtFt0,FA0Ft0yA0yA0(??Hr)dxAcpt當(dāng)反應(yīng)物全部轉(zhuǎn)化時，xA2-xA1=1??HrT∴T?T00cpt

yA0絕熱溫升λ物理意義：當(dāng)系統(tǒng)總進料的摩爾流量為1時，反應(yīng)物A全部轉(zhuǎn)化后所能導(dǎo)致反應(yīng)混合物溫度升高的值。若吸熱反應(yīng)，則為降低的值，稱為絕熱溫降。λ是系統(tǒng)溫度可能上升或下降的極限。（2）對于非絕熱過程?熱交換速率R恒定的情況設(shè)反應(yīng)器與周圍環(huán)境進行熱量交換的速率：UDdlT?TmR

dtdTS(?rA)(??Hr)?UD(T?Tm)對dlFtcpt

逐項積分，得FtcptT?T0UDT?TmlFA0xA??HrT0FA0dxA(?rA)dV(?rA)SdlFA0dxA(?rA)dV(?rA)Sdl（2）對于非絕熱過程?傳熱系數(shù)U恒定的情況因系統(tǒng)的溫度T是變化的，R也是變化的。UDdlT?TmR

dtdTS(?rA)(??Hr)?UD(T?Tm)對dlFtCptUDxAFtcptT?T0

逐項積分∫0T?Tm(?rA)FA0xA??HrT0S此式只能用試差法求解。UDxAFtcptT?T0S

∫0T?Tm(?rA)FA0xA??HrT0FA0dxA將整個xA范圍劃分成許多等分相應(yīng)于每個xA，估計其相應(yīng)的系統(tǒng)溫度根據(jù)所估計的T，按k=f(T)求得相應(yīng)的k值代入上式，演算計算1/(-rA)dxA計算積分∫xA的值?rA0

等號兩邊是否相等？Y：下一個xAN：返回重新算T第3章均相反應(yīng)過程第七講雷澤zelei@（三）CSTR反應(yīng)器全混流反應(yīng)器的熱量恒算方程：單位時間內(nèi)由反應(yīng)+的放熱量V?rA??Hr

單位時間-內(nèi)流體帶入的熱量0cpTi

單位時間-內(nèi)流體帶出的熱量0cpT

單位時間內(nèi)=0通過換熱器傳出的熱量UAT?Tm∴V?rA??Hr0CpT?TiUAT?Tm在絕熱條件下：V?rA??Hr0cpT?Ti與全混流反應(yīng)器的設(shè)計方程：VcA,0?cAcA,0xA0

?rA?rA聯(lián)立求解來確定反應(yīng)器容積、傳熱面積或有關(guān)反應(yīng)溫度、流體入口溫度等有關(guān)參數(shù)。3.4.3一般圖解設(shè)計程序?已知反應(yīng)速率曲線圖，則對一給定生產(chǎn)任務(wù)和溫度序列，其所需的反應(yīng)器大小可以通過以下步驟作圖求得:做xA~T圖，繪出反應(yīng)操作路線按反應(yīng)操作路線，求各相應(yīng)xA值時的(-rA)對該路線標(biāo)繪1/(-rA)~xA圖求曲線以下的面積，即為V/FA0適用于任意一級動力學(xué)、任意溫度序列、任意反應(yīng)器型式或任意反應(yīng)器組的串聯(lián)。對于絕熱操作過程:1?rAc'p?TxA

??Hr2為了把進料流體升高到T2所需的熱量在T2時反應(yīng)放出的熱量

（a）可逆吸熱1?rA1?rA思考題：下面是某可逆放熱反應(yīng)的溫度-轉(zhuǎn)化率（T-x）圖，圖中AB是平衡曲線，NP是最佳溫度曲線，根據(jù)下圖回答問題：（1）A點和B點哪一點的反應(yīng)速率大？為什么？（2）在等溫線上，A、D、O、E、M點中哪一點速率最大，哪一點速率最?。繛槭裁?？（3）在等轉(zhuǎn)化率線上，H、C、R、O、F及B點中，哪一點速率最大，哪一點速率最?。繛槭裁?？（4）在C、R兩點中，誰的速率大？為什么？（5）根據(jù)圖中所給的十點中，判斷哪一點速率最大？為什么？3.5反應(yīng)器型式與操作方法的評選?反應(yīng)速率=f（T，c）反應(yīng)實際進行場所?選擇性取決于主副反應(yīng)速率的相對大小，S=f(T,c)從反應(yīng)工程的角度看，反應(yīng)過程的優(yōu)化就是如何選擇反應(yīng)器的型式、操作方式和操作條件，使反應(yīng)過程在最有利的濃度和溫度條件（水平和分布）下進行。平推流反應(yīng)器全混流反應(yīng)器絕熱式反應(yīng)器換熱式反應(yīng)器

間歇操作反應(yīng)物系的初濃度半連續(xù)操作反應(yīng)溫度或溫度序列連續(xù)操作反應(yīng)時間（xAf）集中加料分段加料反應(yīng)器型式與操作方法的評選3.5.1單一反應(yīng)的評選當(dāng)ε=0時如果起始進料和初始濃度相同,則結(jié)論（P61-62）：1.對同一個簡單反應(yīng)，在相同工藝條件下，為達(dá)到相同的xA，PFR所需V最小，CSTR的V最大；或相同V，PFR達(dá)到的xA最大，CSTR達(dá)到的xA最小;2.間歇釜式反應(yīng)器和PFR比較：靈活、彈性大、小批量生產(chǎn)。3.當(dāng)xA小時，反應(yīng)器性能受流動狀況影響較?。浑SxA增加，Vm/Vp越大；4.由于反應(yīng)引起的密度變化對V的影響與流動狀況比處于次要地位。反應(yīng)器型式的選擇1（1）?rA1?rAcA0PFT

和xA呈單調(diào)上升311?rAcA0?rA21cA0cA0cA0xAxAxACSTR串聯(lián)CSTRV/0圖不同反應(yīng)器所需容積1?(2)rA1?rA

隨xA的增大而單調(diào)下降1i5∑?rAcA0cA01cA0（平推流反應(yīng)器）3cA0（全混流反應(yīng)器）1cA0cA02cA0

45cA0cA0xA1xA2xA3xA4xA圖反應(yīng)器型式與所需的反應(yīng)容積

xA1（3）?rAxA0=0CA011?rA

對xA的曲線上存在極小值xAMxA1xA2,21VCA2CA1221全混流?rA1122cA01cA0xAM

面積A?rA=面積BcA0BA平推流xA2xAcA0xA1xA2xA11+xA2圖各種型式反應(yīng)器與其反應(yīng)容積確定反應(yīng)器的型式要考慮的因素：1.反應(yīng)級數(shù)（P63圖3-23）；2.轉(zhuǎn)化率的高低。如果反應(yīng)器已確定為釜式反應(yīng)器或平推流反應(yīng)器，可采用多釜串聯(lián)或循環(huán)操作。在不同反應(yīng)器型式、反應(yīng)器大小、轉(zhuǎn)化率進行比較時，常用如下無量綱數(shù)群：一級反應(yīng)：k二級反應(yīng)：kcA0n級反應(yīng)：kcA?CSTR串聯(lián)操作時最優(yōu)組合的確定當(dāng)矩形面積SABCD最大時，總面積即總體積最小如何讓矩形面積SABCD最大時？