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* * 第四章 理想流动管式反应器 4.1、 理想流动管式反应器的特点 4.2、理想流动管式反应器的基本方程式 4.3、空时、空速和停留时间 4.4、反应前后分子数变化的气相反应 4.1、理想流动管式反应器的特点 1、通过反应器的物料质点，沿同一方向以同一流速流动. 2、所有物料质点在反应器中的停留时间都相同。同一截面上的物料浓度相同、温度相同，不随时间变化。 3、物料的温度、浓度沿管长连续变化。反应速率也随管长连续变化。 衡算体积元：因参数沿轴向位置不断变化，故取反应器中一 微元段dL作物料衡算。 衡算时间元：因参数不随时间变，取单位时间作衡算。 4.2、理想管式反应器的基本方程式 FA = FA＋dFA + （-rA)dV + 0 即： 积分得 此式为理想管式反应器的基础设计式，上式积分只有在下列两种情况下可直接进行求解： 因 FA= FA＋dFA +（-rA)dV+ 0 （1）等温理想管式反应器: 此时k为常数，可采用解析法直接积分，也可采用数值积分和图解积分。 （2）绝热理想管式反应器; 反应物料沿管长的温度变化可由热量衡算式导出，将k表示为xA的函数，通常采用数值积分和图解积分。 对非绝热非等温过程，要结合热量衡算式联立求解，因不能将T表示为xA的单一函数，故不能由上式直接积分。 注：对固定床反应器，只要满足平推流的假定，上式同样适用。若以单位催化剂质量表示反应速率，则： 1、空时（空间时间） 反应器的体积VR与进料的体积流量v0之比。 4.3 、空时、空速和停留时间 h 理想管式反应器内参数不随时间变，反应时间的概念在连续反应器中不适用，连续反应器度量其生产强度采用空时和空速的概念。 空时的单位是时间，如空时为1min，表示1min可处理与反应器体积相等的物料量，空时越大，反应器生产强度越小。 其物理意义是单位时间、单位反应器体积所能处理进口物料的体积。空速越大，反应器生产能力越大。 空时、空速用于连续流动反应器。进料体积流量按反应器入口处温度、压力求取。 2、空速： 空时的倒数 h-1 3、停留时间： 反应物料从进入反应器始到离开反应器止所用的时间。 在间歇反应器中，所有物料具有相同的停留时间，且等于反应时间。 对理想管式反应器，所有物料具有相同的停留时间。 对非平推流的反应器，物料微团在反应器内的停留时间不同，常用平均停留时间来表达。 平均停留时间的概念 设进入反应器的物料的体积流量为V，反应器中取一微元体积dVR ，流体流过该微元体积的时间为dt, 则不管流型如何均有：dVR=Vdt，积分上式： 对恒容过程t=VR/v, t是指整个物料在设备内的停留时间，而不是个别质点的停留时间，称为平均停留时间。不管设备内流型如何，也不管个别质点的停留时间如何，只要流量V与反应体积VR相同，则t相同。流型只改变物料的停留时间分布，不改变平均停留时间。 对恒容过程体积流率v=v0，空时与停留时间相等； 对变容过程v不等于v0，空时不等于停留时间。 对平推流反应器 代入设计方程 4、平推流的τ与与间歇釜t的比较 上式与间歇釜反应时间的计算式形式相同，对恒容过程，用τ代换t后在理想间歇反应器中的结论完全适合理想管式反应器。见表4-1 4.4、反应前后分子数变化的气相反应 　　工业上进行的液相反应通常视为恒容反应； 　　对气相反应恒温、恒压和恒分子数的反应属恒容反应； 　　在间歇釜内发生分子数变化的气相反应时，由于反应器容积恒定，其结果是反应器总压发生了变化，也为恒容过程； 　　若在连续管式反应器内进行分子数改变的气相反应，由于系统压力不变，则为变容过程。 　　表征反应前后分子数变化程度的方法有膨胀率法和膨胀因子法。 4.4.1 膨胀率法 定义：膨胀率——反应物A全部转化后系统体积变化的分率。 　　表示在等温等压下反应，反应混合物的瞬时体积Ｖ等于初始体积Ｖ０加上因反应而引起的反应混合物的体积变化． 用于物系体积随转化率变化呈线性关系的情况。 对反应： 得： 注：若反应物除A以外还有50%的惰性气体，则初始体积为2，反应后体积为3，膨胀率不仅与反应计量关系有关，还与是否含有惰性组分有关。 对反应 同理 其它组分： 对气相反应，用分压表示反应速率更为方便。 4.4.2、膨胀因子法 定义：膨胀因子——反应掉1摩尔A所引起的反应系统总摩尔数的改变量。 对反应 膨胀因