第三章釜式及均相管式反应器PPT课件
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第三章釜式及均相管式反应器PPT优秀课件
Ø一般在层流状态下操作 Ø液体将沿着螺旋面上升或下降
形成轴向循环流动，
螺带式搅拌器常用于高粘度液体的混合
6.5.2 Measures of improving effects
1.打旋现象及其消除
危害:
ü各层液体之间几乎 不发生轴向混合，
ü当物料为多相体系时， 还会发生分层或分离现象。
ü搅拌效率下降
单个全混流反应器ab同时加入维持a在较低的转化率下进行而后a从出口物料中分离返回反应器平行反应的适宜操作方式98二连串反应连串反应是指反应主产物能进一步反应生成其他副产物的过程许多卤化水解反应都属连串反于等温间歇反应器中进行连串一级不可逆液相反应进料中只有组分a并且各反应组分的化学计量数均相等99相应各组分的反应速率为反应开始时a的浓度为ca0m00积分代入式2可得此式为一阶线性常微分方程其解为则100组分a的浓度单调下降副产物m的浓度单调上升而主产物l的浓度先升后降其间存在最大值
Features and Applications:
(a) 平桨
切向和径向运动
可用于简单的 固液悬浮
(b) 斜桨
桨叶可分成24°、45° 或60°倾角 轴向和径向运动
单层桨式的缺点：轴向流动范围小
2.Major Diameter and Low Speed Agitators
(c) Majority Inclined
在工业上，为了使价格较高的或在后续工序中较 难分离的组分A的残余浓度尽可能低，也为了缩短 反应时间，常采用反应物B过量的操作方法。定义 配料比 mcBo/cAo，于是，等容液相反应过程中组分的 浓度 c B c B 0 ( c A 0 c A ) c A ( m 1 ) c A 0 代入动力学方程
只要已知反应动力学方程或反应速率与组分A浓度 cA之间的变化规律，就能计算达到cAf所需反应时间。最 基本、最直接的方法是数值积分或图解法。
形成轴向循环流动，
螺带式搅拌器常用于高粘度液体的混合
6.5.2 Measures of improving effects
1.打旋现象及其消除
危害:
ü各层液体之间几乎 不发生轴向混合，
ü当物料为多相体系时， 还会发生分层或分离现象。
ü搅拌效率下降
单个全混流反应器ab同时加入维持a在较低的转化率下进行而后a从出口物料中分离返回反应器平行反应的适宜操作方式98二连串反应连串反应是指反应主产物能进一步反应生成其他副产物的过程许多卤化水解反应都属连串反于等温间歇反应器中进行连串一级不可逆液相反应进料中只有组分a并且各反应组分的化学计量数均相等99相应各组分的反应速率为反应开始时a的浓度为ca0m00积分代入式2可得此式为一阶线性常微分方程其解为则100组分a的浓度单调下降副产物m的浓度单调上升而主产物l的浓度先升后降其间存在最大值
Features and Applications:
(a) 平桨
切向和径向运动
可用于简单的 固液悬浮
(b) 斜桨
桨叶可分成24°、45° 或60°倾角 轴向和径向运动
单层桨式的缺点：轴向流动范围小
2.Major Diameter and Low Speed Agitators
(c) Majority Inclined
在工业上，为了使价格较高的或在后续工序中较 难分离的组分A的残余浓度尽可能低，也为了缩短 反应时间，常采用反应物B过量的操作方法。定义 配料比 mcBo/cAo，于是，等容液相反应过程中组分的 浓度 c B c B 0 ( c A 0 c A ) c A ( m 1 ) c A 0 代入动力学方程
只要已知反应动力学方程或反应速率与组分A浓度 cA之间的变化规律，就能计算达到cAf所需反应时间。最 基本、最直接的方法是数值积分或图解法。
釜式及均相管式反应器课件
釜式及均相管式反应器课件
目录
contents
反应器概述釜式反应器均相管式反应器釜式与均相管式反应器的比较反应器的维护与保养
01
反应器概述
反应器是一种用于实现化学反应的设备，能够提供化学反应所需的条件，如温度、压力、浓度等。
根据反应物状态、操作方式、反应机理等不同，反应器可分为釜式反应器、管式反应器、塔式反应器、流化床反应器等多种类型。
总结词
通过控制温度和压力影响化学反应速率和选择性
详细描述
温度和压力是影响化学反应的重要因素。在釜式反应器中，通过加热或冷却系统可以精确控制反应温度，从而影响化学反应的速率和选择性。同时，压力的控制也有助于调节化学反应的平衡常数和选择性。
根据需要选择连续或间歇操作模式
总结词
根据不同的化学反应需求，可以选择连续操作或间歇操作模式。连续操作模式适用于需要大量原料、产物易于分离且生产能力较高的反应；而间歇操作模式适用于批量生产、实验研究或需要精确控制反应条件的反应。
详细描述
合成高分子材料
总结词
釜式反应器是合成高分子材料的重要设备之一。通过在釜式反应器中聚合单体，可以制备出各种高分子材料，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。这些高分子材料广泛应用于塑料、纤维、橡胶等领域。
详细描述
VS
制备无机盐及氧化物
详细描述
在无机盐及氧化物的制备过程中，釜式反应器也得到了广泛应用。例如，在硫酸铵的生产中，将原料与催化剂加入釜式反应器中，通过加热和搅拌进行反应，最终得到硫酸铵产品。类似地，氧化物如氧化铁、氧化锌等也可以通过釜式反应器制备得到。
分类
定义
通过优化反应条件，提高化学反应的速率和收率，从而提高生产效率。
提高生产效率
通过高效的传热和传质过程，降低能耗，节约能源。
目录
contents
反应器概述釜式反应器均相管式反应器釜式与均相管式反应器的比较反应器的维护与保养
01
反应器概述
反应器是一种用于实现化学反应的设备，能够提供化学反应所需的条件，如温度、压力、浓度等。
根据反应物状态、操作方式、反应机理等不同，反应器可分为釜式反应器、管式反应器、塔式反应器、流化床反应器等多种类型。
总结词
通过控制温度和压力影响化学反应速率和选择性
详细描述
温度和压力是影响化学反应的重要因素。在釜式反应器中，通过加热或冷却系统可以精确控制反应温度，从而影响化学反应的速率和选择性。同时，压力的控制也有助于调节化学反应的平衡常数和选择性。
根据需要选择连续或间歇操作模式
总结词
根据不同的化学反应需求，可以选择连续操作或间歇操作模式。连续操作模式适用于需要大量原料、产物易于分离且生产能力较高的反应；而间歇操作模式适用于批量生产、实验研究或需要精确控制反应条件的反应。
详细描述
合成高分子材料
总结词
釜式反应器是合成高分子材料的重要设备之一。通过在釜式反应器中聚合单体，可以制备出各种高分子材料，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。这些高分子材料广泛应用于塑料、纤维、橡胶等领域。
详细描述
VS
制备无机盐及氧化物
详细描述
在无机盐及氧化物的制备过程中，釜式反应器也得到了广泛应用。例如，在硫酸铵的生产中，将原料与催化剂加入釜式反应器中，通过加热和搅拌进行反应，最终得到硫酸铵产品。类似地，氧化物如氧化铁、氧化锌等也可以通过釜式反应器制备得到。
分类
定义
通过优化反应条件，提高化学反应的速率和收率，从而提高生产效率。
提高生产效率
通过高效的传热和传质过程，降低能耗，节约能源。
化学反应工程第三章PPT课件
— 常称为活塞流式(或理想排挤式)反应器，多指假 想反应器内径向不存在浓度梯度与温度梯度，轴向没 有任何混合的管式反应器
平推流流体
反应物料以稳定的流率进 入反应器，在流动方向上 象活塞一样有序向前移动， 任一径向截面上各处的流 速完全相等
当
dF P dt
0 时，FP将取最大值；
故单位时间 反应量最大条件为：
dcP cP dt t t0
湖北文理学院
图 间歇反应器最优反应时间的图解法
2021
27
《化学反应工程》
【例3】欲用一间歇反应器在为100℃、催化剂硫酸的质量分数 为0.032%的条件下，由乙酸和丁醇生产乙酸丁酯
C 3 C H O C 4 H O 9 O H H C 3 C H O 4 H 9 H O 2 OC
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2021
6
《化学反应工程》
2.空时、空速、停留时间与反应时间
1) 空时，又称为空间时间，定义为反应器体积VR与流
体进反应器的体积流量v0的比值
VR
0
反应器体积 进料体积流率
空时的单位是时间，是度量连续流动反应器生产强 度的一个参数。如空时为1min，表明每分钟可以处理 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
• 缺点：
装料、卸料等辅助操作 要耗费一定的时间； 产品质量不易稳定
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2021
12
《化学反应工程》
§3.2.1.1 间歇反应器性能的数学描述
在间歇反应器中，剧烈搅拌，器内物料的浓度和 温度达到均一，对整个反应器中关键组分A进行物料 衡算，则有：
单 输A 位 入 的时 量 单 输 间 A 位 出 的 内时 量 反 单 间应 位 A 内 的 掉 时 量 间 器 单A 内 位 中 的时 积间 累
平推流流体
反应物料以稳定的流率进 入反应器，在流动方向上 象活塞一样有序向前移动， 任一径向截面上各处的流 速完全相等
当
dF P dt
0 时，FP将取最大值；
故单位时间 反应量最大条件为：
dcP cP dt t t0
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图 间歇反应器最优反应时间的图解法
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27
《化学反应工程》
【例3】欲用一间歇反应器在为100℃、催化剂硫酸的质量分数 为0.032%的条件下，由乙酸和丁醇生产乙酸丁酯
C 3 C H O C 4 H O 9 O H H C 3 C H O 4 H 9 H O 2 OC
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6
《化学反应工程》
2.空时、空速、停留时间与反应时间
1) 空时，又称为空间时间，定义为反应器体积VR与流
体进反应器的体积流量v0的比值
VR
0
反应器体积 进料体积流率
空时的单位是时间，是度量连续流动反应器生产强 度的一个参数。如空时为1min，表明每分钟可以处理 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
• 缺点：
装料、卸料等辅助操作 要耗费一定的时间； 产品质量不易稳定
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12
《化学反应工程》
§3.2.1.1 间歇反应器性能的数学描述
在间歇反应器中，剧烈搅拌，器内物料的浓度和 温度达到均一，对整个反应器中关键组分A进行物料 衡算，则有：
单 输A 位 入 的时 量 单 输 间 A 位 出 的 内时 量 反 单 间应 位 A 内 的 掉 时 量 间 器 单A 内 位 中 的时 积间 累
第三章-均相理想反应器(1)PPT课件
5
•4.空间时间（空时）τ－－反应器有效体积
VR和反应流体入口条件下体积流率V0之比。
VR
V0
•5.空间速度（空速）Sv[时间－1]－－单位时 间内投入到反应器中的物料的体积流量与反
应器有效容积之比。
Sv
VO VR
标准空速
Sv
V ON VR
6
•6 空时与反应时间和平均停留时间的区别 •（1）空时与反应时间： •空时用于连续流动反应器，反映生产强 度的大小； •反应时间用于间歇反应器，反映化学反 应进行快慢的量度，并不反映反应器的生 产强度。
14
• 按物料在反应器内返混情况作为反应器 分类的依据将能更好的反映出其本质上 的差异。
• 按返混情况不同反应器被分为以下四种 类型
15
间歇反应器
• 间歇操作的充分搅拌槽式反应器（简称 间歇反应器）。在反应器中物料被充分 混合，但由于所有物料均为同一时间进 入的，物料之间的混合过程属于简单混 合，不存在返混。
16
平推流反应器
• 理想置换反应器（又称平推流反应器或 活塞流反应器）。在连续流动的反应器 内物料允许作径向混合（属于简单混合 ）但不存在轴向混合（即无返混）。典 型例子是物料在管内流速较快的管式反 应器。
17
全混流反应器
• 连续操作的充分搅拌槽型反应器（简称 全混流反应器）。在这类反应器中物料 返混达最大值。
• 例1 某厂生产醇酸树脂是使己二酸与己 二 醇 以 等 摩 尔 比 在 70℃ 用 间 歇 釜 并 以 H2SO4作催化剂进行缩聚反应而生产的， 实验测得反应动力学方程为：
(rA )
kc
2 A
k 1.97 103
kmol m 3min1
第3章釜式及均相管式反应器
第三章 釜式及均相管式反应器 70
第四章 反应器中的混合及对反应的影响 106
第五章 固定床气-固相催化反应工程 126
第六章 气-液反应工程 176
第七章 流-固相非催化反应
212
第八章 流化床反应工程 236
第九章 气-液-固三相反应工程 270
第3章釜式及均相管式反应器
第三章 釜式及均相管式反应器
xA 1ekt
第3章釜式及均相管式反应器
表3－1 理想间歇反应器中整级数单反应的反应结果表达式
反应级数 反应速率 残余浓度式
转化率式
n=0
n=1
n=2 n级 n≠1
rA k
rA kCA
rA
kC
2 A
kt CA0 CA
kt CA0xA
CA CA0 kt
xA
kt C A0
kt ln C A0 CA
第3章釜式及均相管式反应器
Standardised stirred tank reactor sizes
❖Deutschland , Germany ❖Deutsche industry norm
标准尺寸( according to DIN)
反应釜规格
400
630
总容积
L
533
847
夹套容积 L
换热面积 m2
t
xAf x
CA0
第3章釜式及均相管式反应器
CAf CA
二、间歇反应器的数学描述 1. 等温等容液相单一反应
❖ 一级不可逆反应1st. Order Reaction（irreversible）
rA kCA
t CA dCA CA0 kCA
kt ln C A0 CA
第三章 均相反应器的设计PPT课件
作，起反应速率方程如下：
r A k 1 c A c B c R c S/K
100 0C时，k1=4 .76×10-4L/(mol·min)，平衡常数 K=2.92。试计算 乙酸转化35%时所需的反应体积。
25
3.3 连续釜式反应器 CSTR
r A k 1 c A c B c R c S/K
8
3.2 间歇反应器
二、物料衡算和能量衡算方程
控制体 整个反应器体积 非定态操作 反应器内物料组成和温度随时间或反应进程而改变 可忽略压力变化（常用于液相反应） 描述反应器的数学模型包括物料衡算和能量衡算。
9
3.2 间歇反应器
三、等温间歇釜式反应器的计算（单一反应）
A+B→C+D
单 位 时 间 流 入 单 位 时 间 内 单 位 时 间 内 A 在 反 应 器 内 的 物 料 A 的 量 - 流 出 的 A 的 量 - 反 应 掉 A 的 量 = 的 积 累 速 度
间歇反应器的设计步骤：
1 列与反应相同个数的设计方程， 且方程中至少包括每步反应的一 个组分；
2 根据反应条件，确定定解条件；
3 解方程（组），求出反应时间；
4 Vr = Q0 (t+t0 )
5 V = Vr / f
装料系数，常在 0.4~0.85，对于沸 腾或易发泡液体 反应物料取 0.4~0.6；对一般 液体物料，取 0.7~0.85
代入速率方程，整理后 得
rAk1a bAx cA 2 xcA 02cA 0d dAx t
其 a c B 0 / c A 0 ， b 中 [ 1 c B 0 / c A 0 c S 0 / c ， A 0 K ] ， c 1 1 / K
反应工程第三章釜式及均相管式反应器
f
xAf (rA ) f
1/rAf
B
VRP
V0cA0
xAf 0
dxA (rA )V
dx xAf
A
0 (rA )V
A
D
1/rA对xA作图，即曲线AB。
O
xA
xAf
xAf
VRM
VRP
(rA ) f
dx xAf
A
0 (rA )V
＝
矩形OCBD的面积 曲线下边OABD的面积
[OCBD] [OABD]
S fP
cAf cA0
SdcA
/(cA0
cAf
)
对于全混流反应器
S fm S rLf /(rLf rMf ) cLf /(cA0 cAf )
总选择率定义为 S f cLf /(cA0 cAf )
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(1) 选择率的温度效应
L (主反应，n1级，活化能为E1)
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【例题】 CSTR的操作特点。某二级液相反应 A B C ，
已知cA0=cB0，在间歇反应器中达到x=0.99，需反应时间10min。
问：(1) 在全混流反应器中进行时， m 应为多少？(2) 在两个串
联全混流反应器中进行时， m 又为多少？
解：n=2，间歇反应器中
可采用循环操作将未反应的物料从反应产物中分离出来，返 回到反应系统中。
对反应级数越高以及反应过程中增加越多的反应，返混的影 响越严重，两者的体积差别越大。
上一页 下一页 返 回
多级全混釜串联操作可以减少返混，提高反应推动力，使全 混流反应器所需的体积与平推流反应器所需的体积的差别减 小。
釜式反应器的结构课件
密封装置
总结词
密封装置的主要作用是防止反应物料泄漏，保证反应过程的密闭性。
详细描述
密封装置通常由密封垫、密封圈和紧固件组成。密封垫可以采用石棉垫、金属 垫等材料；密封圈可以采用橡胶、聚四氟乙烯等材料。密封装置的设计应考虑 耐腐蚀、耐高温和耐高压等性能要求。
进料/出料系统
总结词
进料/出料系统的主要作用是实现反应物料和生成物的进出料操作。
02
釜体
总结词
釜体的主要作用是提供反应所需的空 间，并承受反应物料的压力和温度。
详细描述
釜体通常由厚实的钢板焊接而成，能 够承受反应过程中产生的压力和温度。 根据不同的工艺需求，釜体有立式和 卧式两种常见结构。
搅拌装置
总结词
搅拌装置的主要作用是促进反应物料的混合，提高反应效率。
详细描述
搅拌装置通常由搅拌器、搅拌轴和搅拌桨组成。根据不同的 工艺需求，可以选择不同类型的搅拌桨，如推进式、涡轮式、 锚式等。搅拌装置的设计和安装应确保良好的混合效果和防 止死角。
材料选择
耐腐蚀性
选择具有良好耐腐蚀性能的材料，以适应反 应过程中可能产生的各种腐蚀性物质。
热稳定性
选择具有良好热稳定性的材料，以承受反应 过程中的高温和低温条件。
机械性能
确保材料具有足够的机械强度和稳定性，以 承受反应过程中的压力和温度变化。
经济性
在满足性能要求的前提下，考虑材料的经济 性，降低生产成本。
原料通过进料口进入反应釜，在搅拌作用 下与催化剂混合，加热至反应温度后进行 反应，产物通过出料口排出。
该釜式反应器具有较大的反应体积和高效 的搅拌能力，能够实现连续生产和提高产量。
某制药企业的釜式反应器案例
案例概述 某制药企业使用釜式反应器进行药物 中间体的合成。
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CA f (x, y, z,t)
...... T f (x, y, z,t)
显然，要建立包含空间、时间变量的数学模型并非易事
数学模型
2、怎样建立反应器的数学模型？ ——对实际反应器内物料的流动状况进行简化 （1）先建立极限流动状况下的数学模型；
混合均匀 ——全混流 理想流动模型
完全没有混合 ——活塞流
计算温度变化 计算压力变化
4. 间歇釜式反应器的数学模型
对整个反应器进行物料衡算：
0
0
流入量 = 流出量 + 反应量 + 累积量
单位时间内反应量 = 单位时间内消失量
rAVR
dnA dt
nA0
dxA dt
( nA
nA0 (1
xA ))
t nA0
dx xAf
A
V0 0 rA
（一般式）
t CA0
dcA dt
kccAcB
kccL
(kc
kc )t
ln
c Af cA0
kct
cA0 cA0
cA cA
ln
c
2 A0
c Ae c A
(cA cAe )cA0
kct
cA0 cAe cAe (2cA0 cAe )
ln(*)
dcA dt
kccAcB
kccLcM
dcA dt
kc
c
2 A
kccLcM
1、查数学手册中的有理函数积分表，得
ax2
dx bx
c
1 arctg
4ac b2
2ax b c 4ac b2
4ac b2 0
dx
ax2 bx c
1 ln | 2ax b b2 4ac 2ax b
（2）再用理想流动模型建立实际反应器流动模型 因实际反应器内物料的流动状况肯定介于两理想流动模型之间
3. 建立模型的基本方程
the kinetic equation the mass balance equation
第二章中讲过 计算反应体积
the energy balance equation the momentum balance equation
V=0.0625+0.496=0.559 m3 。
CA0
N A0 V
1 0.559
1.79kmol / m3
t
CA0
x Af 0
dxA
kC
2 A
1 kC A0
( xAf 1 xAf
)
第二节 理想流动反应器——BSTR
分别将 xAf 0.5、0.9、0.99代入上式计算可得
t0.5
1 1.79 1.045
[分析与解答]
CH3COOH + C4H9OH
(A)
(B)
CH3COOC4H9 + H2O
(C)
(D)
对每1kmol A 而言，投料情况如下表：
第二节 理想流动反应器——BSTR
醋酸（A）
1kmol
60 kg
0.062m3
正丁醇（B）
4.96kmol 368 kg
0.496m3
该反应为液相反应，反应过程中体积不变，且每次投料体积
dx xAf
A
0 rA
CA dCA
CA0
rA
等容过程：
5. 间歇釜式反应器的数学模型图解积分
1/rA —xA
t/CA0
t
CA0
x Af 0
dxA rA
1 rA
xA
1/rA —CA
t
t
dc C A 0
A
r C A
A
1 rA
cA
t cA0
x Af 0
dxA rA
cA dcA r cA0 A
3. 间歇釜式反应器的优点——操作灵活，适应性强。 ① 操作条件可随产品不同而改变； ② 批量可小可大； ③ ③ 反应时间可长可短；
4. 间歇釜式反应器的缺点——耗费卸料、装料等辅助时间。
二、间歇釜式反应器的数学模型
1、什么是间歇釜式反应器的数学模型？ ——反应器内物料温度、组分浓度等参量分布的微分方程
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， rA 1.045CA2kmol /(m3 h)
试求醋酸转化率分别为0.5、0.9、0.99所需的反应时间。已 知醋酸与正丁醇的密度分别为960 kg/m3和740 kg/m3。
第三章 釜式及均相管式反应器 结构特征
1. 间歇搅拌釜式反应器
① 特征 浓度特征
2. 均相管式反应器
3. 理想流动釜式反应器 （1）理想流动釜式反应
器串联及优化
（2）理想流动釜式反应 器热稳定性分析
② 数学模型 t f (ci )
优化组合 ③ 优化 转化率高
选择性强 例3-1
④ 设计计算 例题2 例3-4
( 0.5 ) 1 0.5
0.535h
t0.9
1 1.79 1.045
( 0.9 ) 1 0.9
4.81h
t0.99
1 1.79 1.045
( 0.99 ) 1 0.99
52.9h
计算结果表明：转化率越高，反应时间越长，而大量 时间花在高转化率上。
作业：P112，T3-1
表3-2 BSTR中等温等容液相单一可逆反应的动力学及积分式
固体进料 测温管 档版 搅拌轴 桨叶
疏水阀
第一节 间歇釜式反应器 电动机
减速箱 液体进料
液面
液体进料管 夹套 排料口
1. 典型搅拌釜式反应器的结构
一、间歇釜式反应器的特征
2. 间歇釜式反应器的操作特点 ① 搅拌均匀，浓度均一（分子尺度）； ——无需考虑传递问题； ② 器内物料同时开始和停止反应； —— 具有相同的反应时间（停留时间）。
表3-1 BSTR中等温等容液相单一不可逆反应的动力学计算结果
反应速率 rA=kCA rA=kCA2
t CA dCA
CA CA CA0
t
CA0
x Af 0
dxA rA
kt ln 1 1 xA
C A0 kt
xA 1 xA
例3-1（P79）
kct
Kc 2c A0
ln
x Ae
(2xAe 1)xA xAe xA
kct
Kc ln xAe (2xAe 1)xA
cA0
xAe xA
A B 2L
(cA0 cB0 )
dcA dt
kccAcB
kccL2
kct
Kc 4c A0
ln
x Ae
(2xAe 1)xA xAe xA
表3-2中的积分运算依据
反应
动力学方程 动力学方程积分式
可逆反应(产物初始浓度为零)
*
cA0cAe (cA0 cAe ) (cA0
(cA
cAe
)c
2 A0
cAe )2 cA
A L
A LM
AB L
(cA0 cB0 )
AB LM
(cA0 cB0 )
2A L M
dcA dt
kccA
kccL
dcA dt
kccA kccLcM
...... T f (x, y, z,t)
显然，要建立包含空间、时间变量的数学模型并非易事
数学模型
2、怎样建立反应器的数学模型？ ——对实际反应器内物料的流动状况进行简化 （1）先建立极限流动状况下的数学模型；
混合均匀 ——全混流 理想流动模型
完全没有混合 ——活塞流
计算温度变化 计算压力变化
4. 间歇釜式反应器的数学模型
对整个反应器进行物料衡算：
0
0
流入量 = 流出量 + 反应量 + 累积量
单位时间内反应量 = 单位时间内消失量
rAVR
dnA dt
nA0
dxA dt
( nA
nA0 (1
xA ))
t nA0
dx xAf
A
V0 0 rA
（一般式）
t CA0
dcA dt
kccAcB
kccL
(kc
kc )t
ln
c Af cA0
kct
cA0 cA0
cA cA
ln
c
2 A0
c Ae c A
(cA cAe )cA0
kct
cA0 cAe cAe (2cA0 cAe )
ln(*)
dcA dt
kccAcB
kccLcM
dcA dt
kc
c
2 A
kccLcM
1、查数学手册中的有理函数积分表，得
ax2
dx bx
c
1 arctg
4ac b2
2ax b c 4ac b2
4ac b2 0
dx
ax2 bx c
1 ln | 2ax b b2 4ac 2ax b
（2）再用理想流动模型建立实际反应器流动模型 因实际反应器内物料的流动状况肯定介于两理想流动模型之间
3. 建立模型的基本方程
the kinetic equation the mass balance equation
第二章中讲过 计算反应体积
the energy balance equation the momentum balance equation
V=0.0625+0.496=0.559 m3 。
CA0
N A0 V
1 0.559
1.79kmol / m3
t
CA0
x Af 0
dxA
kC
2 A
1 kC A0
( xAf 1 xAf
)
第二节 理想流动反应器——BSTR
分别将 xAf 0.5、0.9、0.99代入上式计算可得
t0.5
1 1.79 1.045
[分析与解答]
CH3COOH + C4H9OH
(A)
(B)
CH3COOC4H9 + H2O
(C)
(D)
对每1kmol A 而言，投料情况如下表：
第二节 理想流动反应器——BSTR
醋酸（A）
1kmol
60 kg
0.062m3
正丁醇（B）
4.96kmol 368 kg
0.496m3
该反应为液相反应，反应过程中体积不变，且每次投料体积
dx xAf
A
0 rA
CA dCA
CA0
rA
等容过程：
5. 间歇釜式反应器的数学模型图解积分
1/rA —xA
t/CA0
t
CA0
x Af 0
dxA rA
1 rA
xA
1/rA —CA
t
t
dc C A 0
A
r C A
A
1 rA
cA
t cA0
x Af 0
dxA rA
cA dcA r cA0 A
3. 间歇釜式反应器的优点——操作灵活，适应性强。 ① 操作条件可随产品不同而改变； ② 批量可小可大； ③ ③ 反应时间可长可短；
4. 间歇釜式反应器的缺点——耗费卸料、装料等辅助时间。
二、间歇釜式反应器的数学模型
1、什么是间歇釜式反应器的数学模型？ ——反应器内物料温度、组分浓度等参量分布的微分方程
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， rA 1.045CA2kmol /(m3 h)
试求醋酸转化率分别为0.5、0.9、0.99所需的反应时间。已 知醋酸与正丁醇的密度分别为960 kg/m3和740 kg/m3。
第三章 釜式及均相管式反应器 结构特征
1. 间歇搅拌釜式反应器
① 特征 浓度特征
2. 均相管式反应器
3. 理想流动釜式反应器 （1）理想流动釜式反应
器串联及优化
（2）理想流动釜式反应 器热稳定性分析
② 数学模型 t f (ci )
优化组合 ③ 优化 转化率高
选择性强 例3-1
④ 设计计算 例题2 例3-4
( 0.5 ) 1 0.5
0.535h
t0.9
1 1.79 1.045
( 0.9 ) 1 0.9
4.81h
t0.99
1 1.79 1.045
( 0.99 ) 1 0.99
52.9h
计算结果表明：转化率越高，反应时间越长，而大量 时间花在高转化率上。
作业：P112，T3-1
表3-2 BSTR中等温等容液相单一可逆反应的动力学及积分式
固体进料 测温管 档版 搅拌轴 桨叶
疏水阀
第一节 间歇釜式反应器 电动机
减速箱 液体进料
液面
液体进料管 夹套 排料口
1. 典型搅拌釜式反应器的结构
一、间歇釜式反应器的特征
2. 间歇釜式反应器的操作特点 ① 搅拌均匀，浓度均一（分子尺度）； ——无需考虑传递问题； ② 器内物料同时开始和停止反应； —— 具有相同的反应时间（停留时间）。
表3-1 BSTR中等温等容液相单一不可逆反应的动力学计算结果
反应速率 rA=kCA rA=kCA2
t CA dCA
CA CA CA0
t
CA0
x Af 0
dxA rA
kt ln 1 1 xA
C A0 kt
xA 1 xA
例3-1（P79）
kct
Kc 2c A0
ln
x Ae
(2xAe 1)xA xAe xA
kct
Kc ln xAe (2xAe 1)xA
cA0
xAe xA
A B 2L
(cA0 cB0 )
dcA dt
kccAcB
kccL2
kct
Kc 4c A0
ln
x Ae
(2xAe 1)xA xAe xA
表3-2中的积分运算依据
反应
动力学方程 动力学方程积分式
可逆反应(产物初始浓度为零)
*
cA0cAe (cA0 cAe ) (cA0
(cA
cAe
)c
2 A0
cAe )2 cA
A L
A LM
AB L
(cA0 cB0 )
AB LM
(cA0 cB0 )
2A L M
dcA dt
kccA
kccL
dcA dt
kccA kccLcM