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第三章 理想流动反应器3-3 间歇反应器3-4 平推流反应器第一节 流动模型概述3-1 反应器中流体的流动模型3-5 全混流反应器第二节 理想流3-2动 反反应 设计 的基本方程器应 器3-6 多级全混流反应器的串连及优化第三节 思考题3-7 理想流动反应器的组合与反应体积比较3-8 理想流动反应器中多重反应的选择性第四节 计算题3-9 全混流反应器的热稳定性1欣赏 作业第一节 流动模型概述反应器类型：1、间歇反应器：不存在停留时间分布2、平推流反应器：不存在停留时间分布3、全混流反应器：存在停留时间分布3-1 反应器中流体的流动模型一、理想流动模型由流体的流动状态分类：2 作业图3-1 间歇反应器与理想流动反应器3 作业1、平推流模型(活塞流、理想置换)指反应物在反应器中流体流动方向的垂直截面上，各点的流速、流向相同。特点：(1) 物料的停留时间相同；(2) 在同一截面上浓度、温度相同；(3) 返混程度最小。用PFR表示。4 作业2、全混流模型(理想混和模型)理想化的条件：(1) 假定反应器搅拌完全良好；(2) 物料完全混和均匀；(3) 反应器内各处物料的浓度、温度相同。指刚进入反应器的物料与已存在的物料达到瞬间混和。特点：(1) 反应器内各点的温度、浓度均相同；5 作业(2) 返混程度最大；(3) 各粒子的停留时间不同，具有停留时间分布。用CSTR表示。二、非理想流动模型非理想流动：凡是流体流动状态偏离PFR和CSTR两种理想情况的流动，称为非理想流动。非理想流动模型介于PFR和CSTR之间；非理想流动停留时间介于PFR和CSTR之间。6 作业图3-2 反应器的推动力7 作业图3-3 偏离平推流的几种情况8 作业图3-4 偏离全混流的几种情况9 作业非理想流动的形成：(1) 流体流动速度发生变化；(2) 分子的扩散效应。非理想流动产生的影响：(1) 影响化学反应的转化率、选择性等；(2) 各种参数不同。年龄：流体粒子在反应器内停留的时间。返混：指不同年龄的粒子之间的混和。10 作业3-2 反应器设计的基本方程基本方程包括：1、物料衡算进入量＝出去量+反应量+累积量(1) 连续系统：累积量＝0。(2) 间歇系统：进入量＝0；出去量＝02、热量衡算进入热量＝出去热量+反应热+累积热量+热损失反应热：放热为负；吸热为正。11 作业3、动量衡算以动量守恒定律为基础。实际计算时应联立三个方程求解。第二节 理想流动反应器3-3 间歇反应器对A组分作物料衡算：12 作业其中：此式表示了的关系。13 作业图3-7 间歇反应过程反应时间t的图解积分14 作业对于恒容系统：15 作业图3-6 间歇反应过程t/C 的图解积分A016 作业表3-1 理想间歇反应器中反应结果17 作业实际操作时间包括：反应时间t和辅助时间t反应器的有效体积：’。例3-1 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，操作温度为100℃，每批进料1kmol的A和4.96kmol的B，已知反应速率试求醋酸转化率分别为0.5、0.9、0.99时所需的反应时间。已知醋酸和正丁醇的密度分别为960和740解：加入物料的体 积18 作业19 作业20 作业例题：用间歇反应器生产乙酸乙酯50t/d，反应方程式为：C H OH(A)+CH COOH(B)?CH COOC H (P)+H O(S)2 5332 52原料质量配比为A:B:S=0.46:0.23:0.31，反应在100℃等温下进行，反应速率为：反应液密度为1020kg/m ，求乙酸转化率达到35％时3所需的反应器体积，每批物料的辅助操作时间为1h。解：分子量：进料中各组分的含量：21 作业假定进料为100kg(混合物)，则物料的总体积为：则各组分的初始浓度为：22 作业各组分与转化率的关系：23 作业反应时间 ：每批物料的生产时间为2.97小时。乙酸乙酯单位时间产量：24 作业乙酸的投入量为：乙酸的体积流量：反应器的体积：25 作业例题：如反应：A+B→产物，动力学方程：恒容，，间歇反应，A、B的试求B的转化率初始浓度分别为0.1和0.08为95％时所需的反应时间。解：令：对于恒容过程：26 作业27 作业例题：某气相分解反应可按二级动力学方程进行：2A→B+C，已知，在850℃和1atm下进行反应，反应开始时反应器中全部为A，试计算在间歇反应器中反应时间为1s、10s和10min时的转化率。解：由题条件：28 作业当t＝1s时，当t=10s时，29 作业当t=10min ，例题：醋酐浓度为反应混合物密度为反应速率为，求：(1) 说明为什么二级反应速率可写成如上式表示的表达式；(2) 当醋酐转化率达70％时需多少时间；(3) 物料的条件流量为多少。30 作业解：(1)B组分的浓度在反应过程中基本不变，所以动力学