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第三章 理想间歇反应器与典型化学反应的基本特征;按操作方式分:　间歇操作反应器； 　　　　　　　 连续操作反应器； 　　　　　　　 半间歇半连续操作反应器。;3.1、反应器设计的基本方程 3.1.1、反应器设计的基本内容;一、物料衡算方程式;物料衡算通式：;反应器;;反应器;3.2 理想间歇反应器中的简单反应 3.2.1 理想间歇反应器的特征;理想间歇反应器的特点: ;0 0; 即：;恒容时，上式可简化为：; 若被积函数复杂,可采用 数值积分或图解积分。图解积分如下图示。;对于给定的生产任务，即单位时间处理的原料量v0[m3.h-1]以及原料组成CA0[kmol.m-3]、达到的产品要求xAf及辅助生产时间t0、动力学方程等，均作为给定的条件，设计计算出间歇反应器的体积。;计算步骤： ①由式 计算反应时间t； ②计算一批料所需时间t； tT=t+t0 t0为辅助生产时间 ③计算反应器有效容积V；; 注：反应器的有效体积是反应物料所占的体积，反应器的实际体积是考虑了装料系数后的体积(不包括换热器、搅拌器的体积）;3.2.3、理想间歇反应器中的简单反应;上式也可写成浓度的形式：;注： 对两个反应物参与的反应A+B→P，若B 组分大大过量，其浓度可视为定值归入k中，反应可按一级处理。;二、二级不可逆反应;若用转化率表示：;三、零级反应 零级反应是表示反应速率不受反应物浓度影响的一类特殊反应。;反应级数;四、反应特性分析;（3）从不同反应级数的残余浓度和反应时间的关系比较中可以发现： 零级反应的残余浓度随反应时间呈直线下降至反应物完全转化为止； 一级反应的残余浓度随反应时间增加而逐渐慢慢下降。; 以上分析表明：反应后期转化问题的严重程度顺序是： 二级﹥一级﹥零级，为克服和改善高级数反应的后期转化问题，可设法降低反应级数，工业上经常采用某种反应物过量就是一种有效措施。;如：对双组分二级反应 ;即：;积分上式:;上式两边同乘以（1+M）得：;∵;对零级反应:;对二级反应: B不过量时： B过量时：;结论： （1）转化率较低时，过量浓度的影响不明显； （2）转化率较高时，过量浓度影响显著，??因：二级反应后期反应速率极低，若B 在反应初稍过量，反应后期CB将远大于CA，此时B 可视为大大过量，反应转化为拟一级。从而减少了后期转化所需的时间。;补充[例3.1-1] 　在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应;①各组分的分子量 MA=80.5 MB=84 MP=62;V=v0 (t＋t0)=275.78×(2.97＋0.5)=956.92L;补充[例3.1-2] 以醋酸(A)和正丁醇(B)为原料在间歇反应器中生产醋酸丁酯(C)，操作温度为100℃，每批进料1kmol的A和4.96kmol的B。已知反应速率 ,乙酸和正丁醇的密度分别为960kg/m3和740kg/m3,求醋酸转化率xA分别为0.5、0.9、0.99时所需反应时间。 解：CH3COOH+C4H9OH→CH3COOC4H9+H2O A B C A的初始浓度计算：ＭＡ＝６０；ＭＢ＝７４ 可求出每批投料总体积为0.559m3;当XA =0.5时， t＝0.535h， 当XA = 0.9时， t＝4.81h， 当XA = 0.99时，t＝52.9h。 片面追求高转化率，会导致反应时间过长，大幅度增加操作费用。;五、自催化反应;2、最佳条件的确定;将;将; 对简单反应和可逆反应优化的目标是单位时间、单位反应器体积的产量最大，存在着一个使单位时间的产品产量最大的最优反应时间。; 应用上式可求得满足单位时间产品产量最大所必须的条件——最优反应时间。;①先由　　　　　 求反应时间t 与 xＡ(或ＣＡ)的关系，再将其换算为t与CP的关系．(如：由CＰ=CA0xA 得 dCｐ=CA0dxA);③ 在横坐标上截取OA= t0 , 自A(-t0，0)做曲线OMN的切线MA，切点为M， 斜率 MD/AD=dCP/dt； MD＝CP , AD=t+t0 . 正好满足 　 切点M点的横座标对应的t即为最优反应时间。纵坐标对应的CP 则为最优反应时间时的产物浓度。;解析法步骤： ① 将反应速率方程积分得xA～ t 的关系式。再将其换算为t 与ＣＰ的关系．（如：由C