《北学反应工程》款橐 苇3章理想反应罾 3.3连续操作的完全混合流反应器 [板书]1.反应特点 (1)分批式 [讲解] CA—C4,所有的物料都经历了相同的反应时间,浓度随时间逐 渐由CA0降至CA,所以反应速率也相应地变化。如果反应的级数是大于零 的,则反应速率将随反应时间的逐步增长而减小,如图(-3-2)的曲线所示。 4(V恒定) (3-1-4) 由分批式反应器的设计方程正式(3-1-4))可知,图3-3-2中曲线AB下 面阴影的面积等于分批式反应器所需的反应时间t。所以(参见图3-3-2中 线部分)t=面积 CACAAB (2)连续操作的全混流反应器: 物料进入反应器的瞬间组份A的浓度从原来的CA0下降到终了浓度CA (即出口浓度)。故在这种操作方式下,反应物料一直处于低浓度下进行反 y C40-Ca Caox (3-3-1) Vo 所以:r=面积CACA0DB=(Cm-CBCA=C-CB A→P(一级不可逆反应) 图3-3-2分批式反应器与全混流反应器的比较 反应混合物在这两种反应器内的流动混合状况是一样的,均属于理想 混合的状态 [板书]2.连续操作的全混流反应器的容积效率n (1)定义 [讲解] n=(t为反应时间,τ为空间时间) (3-3-8) 如果以Yg来表示反应器平均生产速率,VB表示在不考虑非生产性操 作时间0时满足平均生产速率YR所需的反应器有效容积;以V表示生产速 率等于Y时连续操作的全混流反应器所必需的有效容积。对于这两种反应 器应有: 作者:傅杨武重庆三峡学院化学工程系 第6页共18页
《化学反应工程》教案 第 3 章 理想反应器 3.3 连续操作的完全混合流反应器 ［板 书］ ［讲 解］ ［板 书］ ［讲 解］ １．反应特点 （1）分批式： t t A t CA C = = → 0 0 ，所有的物料都经历了相同的反应时间，浓度随时间逐 渐由 CA0 降至 CA，所以反应速率也相应地变化。如果反应的级数是大于零 的，则反应速率将随反应时间的逐步增长而减小，如图(3-3-2)的曲线所示。 ∫ ∫ − = − − = A A A C C A A x A A A r dC r dx t C 0 0 0 （V 恒定） （3-1-4） 由分批式反应器的设计方程正式(3-1-4))可知，图 3-3-2 中曲线 AB 下 面阴影的面积等于分批式反应器所需的反应时间 t。所以（参见图 3-3-2 中 斜线部分） t = 面积CAC A0AB 。 （2）连续操作的全混流反应器： 物料进入反应器的瞬间组份 A 的浓度从原来的 CA0 下降到终了浓度 CA （即出口浓度）。故在这种操作方式下，反应物料一直处于低浓度下进行反 应。 A A A A A A r C x r C C v V − = − − = = 0 0 0 τ (3-3-1) 所以： ( ) CA A A A A A A A A r C C C C DB C C BC − − = = − ⋅ = 0 面积 0 0 τ D CA CA0 A 1 B -rA A P (一级不可逆反应) 图 3-3-2 分批式反应器与全混流反应器的比较 反应混合物在这两种反应器内的流动混合状况是一样的，均属于理想 混合的状态。 ２．连续操作的全混流反应器的容积效率η （1）定义 τ η t = （t 为反应时间，τ为空间时间） (3-3-8) 如果以 来表示反应器平均生产速率， 表示在不考虑非生产性操 作时间t 时满足平均生产速率 所需的反应器有效容积；以 V 表示生产速 率等于 时连续操作的全混流反应器所必需的有效容积。对于这两种反应 器应有： YR VB 0 YR YR 作者：傅杨武 重庆三峡学院化学工程系 第 6 页 共 18 页
《北学反应工程》款橐 苇3章理想反应罾 3.3连续操作的完全混合流反应器 [板书]I对于分批式操作 CRI& (Ca-CA) Ⅱ对于连续操作的全混流反应器 YD=C (C4o-CA) 由于两种反应器以相同的平均生产率生产,所以由以上两式有 CAVB (Co -CA) 即有: 讲解分析] 也就是说,此时所需分批式反应器的容积与所需全混流反应器的容积 比就等于相应的反应时间和空间时间之比。比较图3-3-2可看出 7tAB曲线下面的阴影面积 <10 τ方形 C ODBC的面积 即对于一级反应,全混流反应器的容积效率是小于1的。 [板书]3.容积效率n的表达式 [讲解] (1)方法:若将相应于各种反应的分批式反应器和全混流反应器的设 计方程代入式(3-3-8)即可写出相应的容积效率的表达式 (2)对于反应级等于n的不可逆反应,式(33-8)可写成 若为形式:A,P,则可表达成如下形式: ao kC 3-9 kC 或写成转化率的形式: d x ra=kCA=kCol-xA 作者:傅杨武重庆三峡学院化学工程系 第7页共18页
《化学反应工程》教案 第 3 章 理想反应器 3.3 连续操作的完全混合流反应器 ［板 书］ ［讲解分析］ ［板 书］ ［讲 解］ Ⅰ 对于分批式操作： ( ) t C C V t CRVB A − A B = = 0 YR Ⅱ 对于连续操作的全混流反应器 ( ) τ C C V C v A A R − = = 0 YR 0 由于两种反应器以相同的平均生产率生产，所以由以上两式有： ( ) ( ) τ C C V t CA CA VB A − A = 0 − 0 即有： τ t V V η B = = (3-3-8) 也就是说，此时所需分批式反应器的容积与所需全混流反应器的容积 之比就等于相应的反应时间和空间时间之比。比较图 3-3-2 可看出： 1.0 方形C DBC AB曲 下面的阴 τ t η A0 A = = < 的面积 线 影面积 即对于一级反应，全混流反应器的容积效率是小于 1 的。 3．容积效率η的表达式 （1）方法：若将相应于各种反应的分批式反应器和全混流反应器的设 计方程代入式(3-3-8)即可写出相应的容积效率的表达式。 （2）对于反应级等于 n 的不可逆反应，式(3-3-8)可写成 − − − − = = ∫ A A A C C A A r C C r A dC A 0 0 τ t η 若为形式： A →k P ，则可表达成如下形式： − − = = ∫ n A A A C C n A A kC C C kC A dC A 0 0 τ t η (3-3-9) 或写成转化率的形式： − − = = ∫ A A A x A A A r C x r dx C A 0 0 0 τ t η [ ] n A n A n A A − r = kC = kC 1− x 0 作者：傅杨武 重庆三峡学院化学工程系 第 7 页 共 18 页