第三章釜式反应器研究内容3.1等温间歇釜式反应器的计算（单一反应）3.2等温间歇釜式反应器的计算（复合反应）3.3全混流反应器的设计3.4全混流反应器的串联与并联3.5釜式反应器中复合反应的收率与选择性3.6变温间歇釜式反应器的计算3.7全混流反应器的定态操作与分析重点掌握深入理解3.1概述3.1概述※反应器的特性：是指器内反应流体的流动状态、混合状态以及器内的传热性能等，它们又将随反应器的几何结构和几何尺寸而异。※均相反应的特点：反应过程中不存在相间传递过程，影响反应速率物理因素只有物料的混合和流动状态两个方面。3.1概述完全混合反应器的定义是指器内反应流体处于完全混合状态，在反应器内的混合是瞬间完成的，以致在整个反应器内各处物料的浓度和温度完全相同。且等于反应器出口处物料浓度和温度，返混达最大限度。平推流反应器的定义;指器内反应物料以相同的流速和一致的方向进行移动，完全不存在不同停留时间的物料的混合。不存在返混。3.2反应器操作中的几个术语４.空间时间----P663.3等温条件下，分批式操作的完全混合反应器（BR）理想反应器的设计分析23.10.2024★间歇反应器特点3.3.2间歇反应器体积计算上式写成转化率的形式：t为使A反应达到所要求转化率xA所需时间，而不是一批产品生产所需时间。上述积分式可用解析法、数值法、图解法（恒容时，如下图）进行求解。若反应速率方程：（2）反应器有效体积VR的计算（3）反应器实际体积V的计算例题3.1---祥见P58，自学。当反应器体积一定时，辅助时间一定，产物浓度一定，则单位操作时间内的产量FR为：最佳反应时间的求解，可利用积分，也可利用图解方法求解。3.3.4平行反应由图可见，t↑，CA↓，而CP↑、CQ↑，而且。3.3.5连串反应反应物系组成随时间的变化关系如图3-4所示，如果P是目的产物，其值有最优解。通过CP对时间求导数，可以得到：23.10.2024当时，则3.4连续釜式反应器的反应体积3.4.1连续釜式反应器的特点：3.4.2全混流反应器的设计方程这就是连续反应器的设计方程全混流反应器τ的图解3.5连续釜式反应器的串联与并联图3-5连续釜式反应器体积的几何图示3.5.1概述3.5.2串联釜式反应器的计算图3-7多釜串联的全混流反应器现在针对1级不可逆反应进行解析计算（针对其他级数反应的计算方法相同），动力学方程为：即第N个反应釜的出口转化率及组成整个系统的空时为：（2）釜数N已知----试差方法◆作图方法◆作图方法3.5.2串联釜式反应器各釜的最佳反应体积将上式分别对XAP（P=1，2，…N-1）求导得，若进行一级不可逆反应时，若各釜温度相同，代入上式并化简，可得：对于非一级反应。不能直接解析求得各釜反应体积间的最佳比例关系。由于多数反应速率方程形式复杂，涉及偏微分，一般很难用解析法求解。因此，用图解法是一种行之有效的方法。具体步骤见李绍芬：“反应工程”P74，或王安杰等编著：“化学反应工程学”P40-41。结论3.6釜式反应器中复合反应的收率和选择性YPf是总收率，针对整个反应器而言的。图3.10釜式反应器的最终收率讨论：仅讨论当温度一定时，反应器种类及操作方式的影响宜选择（a）间歇釜；（b）多釜串联（如果体积不等，从小到大排列）。加料方式加料方式3.6.3连串反应P组分的收率：小结目的产物与组成的关系间歇及连续釜式反应器进行连串反应时的反应率和收率可以通过改变操作温度的办法来改变k2/k1的相对大小，进而实现高的收率。但无论E2和E1相对大小如何，一般采用较高的反应温度，以提高反应器的生产程度；可以使用催化剂来改变k2/k13.7半间歇釜式反应器假设：反应器内进行下列液相反应若为恒速加料，则Q0为常数，则V=V0+Q0t同理3.8间歇反应器的变温操作计算图3.1-2带有换热器的釜式反应器结构图3.8.1.间歇反应器热平衡对于恒容过程，将代入上式3.8.2.间歇反应器恒温操作计算3.8.3绝热操作当t=0时，T=T0,xA=xA0。3.9全混流反应器的定态操作当反应器在绝热条件下操作，上式右端的第二项为零，即：3.9.2全混流反应器操作的热稳定性分析3.9.2全混流反应器操作的热稳定性分析为了方便地看出反应器内传热过程的这一特点，将热量衡算式改写成如下形式：令：放热速率移热速率放热速率线为一曲线，曲线的形状和k值与温度的关系有关。以一级不可逆反应为例：由上式可知：放热曲线QG为S型曲线。移热速率Qr线为一直线，线、Qr线的交点为热平衡点。由于参数（冷却介质的进料温度）的不同，Qr线有不同的斜率和位置，如下图所示。(b)从上图(b)可知：QG线、Qr线的a、b、c三个交点。三个交点都满足热平衡条件QG=Q