全混流反应器.ppt

二、全混流模型：(CSTR）又称理想混合流反应器或连续搅拌釜式反应器，进出物料的操作是连续的，可以单釜或多釜串联操作。特点：
★反应器内所有空间位置的物系性质是均匀的，并且等于反应器出口处的物料性质，即反应器内物料的浓度与温度均一，且与出口物料温度、浓度相同。
★新鲜物料瞬间混合均匀，存在不同停留时间的物料之间的混合，即返混。且逆向混合程度最大，逆向混合直接导致稀释效应最大。
★在等温操作的条件下，反应器内物系的所有参数，如T、C、P等既不随时间变化，也不随位置变化。2.设计方程：由于器内物料混合均匀，可以对全釜做关键组分A的物料衡算：

[A进入量]=[A出VR量]+[反应掉量]+[累积量]
Q0CA0=Q0CA+VR(-rA)+0如进入反应器时还有一定转化率x0,出口为xf空时与空速的概念：反应工程中常用于表示时间概念的还有：
◆反应时间t：反应物从进入反应器后从实际发生反应起到反应达某一程度（如某转化率）时所需的时间
◆停留时间：它是指反应物从进入反应器的时刻算起到它们离开反应器的时刻为止在反应器内共停留的时间，对于分批式操作的釜式反应器与理想平推流反应器，反应时间等于停留时间，而对于存在返混的反应器，则出口物料是由具有不同停留时间的混合物，即具有停留时间分布的问题，工程上常用平均停留时间来表示。
◆平均停留时间：以来表示，其定义为反应器的有效容积与器内物料体积流速之比，即。
要注意区分上述三个工程上常用于表示时间的概念。全混流反应器设计方程关联的参数有：xA、(-rA)、VR、FA0
图解全混流反应器相关计算：3、设计方程式的应用或★一级反应★二级反应AP(-rA)=★n级反应例题
工厂采用CSTR以硫酸为催化剂使已二酸与已二醇以等摩尔比在70℃下进行缩聚反应生产醇酸树脂，实验测得该反应的速率方程式为：（-rA）=kCACB
式中：
（-rA）----以已二酸组分计的反应速率，kmol.L-1.min-1
k----反应速率常数，1.97L.kmol-1.min-1
CA、CB----分别为已二酸和已二醇的浓度，kmol.L-1
CA0、CB0均为0.004kmol.L-1
若每天处理已二酸2400kg，转化率为80%，试计算确定反应器的体积大小。解：根据CSTR反应器的设计方程可知，4、间歇釜式反应器和全混流（CSTR）反应器的比较：间歇釜式反应器所需反应时间：对于n>0的不可逆反应，CSTR的容积效率η均小于1，这是由于“返混”造成的稀释效应使全混流的反应器的容积效率小于1，也就是说全混流反应器的有效容积将是分批式反应器的1/η倍，但要注意间歇式操作的非生产性时间t0在计算η时并没有考虑，若考虑之，则η’=（t+t0）/τ，有可能η=t/τ小于1的情况，而η’=（t+t0）/τ大于1，这是完全可能的。1、多釜串联CSTR反应器的特点多釜串联反应器的设计方法各釜的容积与温度可以不同，如对于n级不可逆反应：总容积为：V=N·Vi=N·τi·v0例题8在两釜串联的全混流反应器中，用已二酸和已二醇生产醇酸树脂，在第一釜中已二酸的转化率为60%，第二釜中它的转化率达到80%，反应条件和产量如下：
速率方程式：（-rA）=kCACB
式中：
（-rA）----以已二酸组分计的反应速率，kmol.L-1.min-1
k----反应速率常数，1.97L.kmol-1.min-1
CA、CB----分别为已二酸和已二醇的浓度，0.004kmol.L-1
若每天处理已二酸2400kg，转化率为80%，试计算确定反应器的总体积大小。解：
反应速率方程可转化为：(-rA)=
第一釜有效容积的计算
由操作方程知：总有效容积：VR=VR1+VR2=3170L。若为等温恒容反应，且反应器的各釜容积相等，则设计方程可改写为：具体步骤如下：xA★若给定釜数，可以用此法作图，最后直接读出串联反应器中A的最终出口转化率xAN。注：
优点：xA~(-rA)可以由动力学方程式直接绘出MN，也可由实验数据描出MN，对于非一级反应，均可不用较繁锁的解析法，而采用图解法。
缺点：只有当反应的速率方程能用单一组分的浓度来表示时才能画出xA~(-rA)曲线，因而才能用图解法。对于平行、连串等复杂反应，此法不适用。图解法的变种：-rA例题10
由例2所给的数据，用图解法确定四釜串联反应器中用已二酸和已二醇生产醇酸树脂所需反应器的有效体积。
解：
①先画出动力学曲线
由动力学方程可知：由操作方程：

可作出各釜的物料衡算线，通过试差法使第四釜的出口转化率等于0.80。
试差结果：x1=0.47、x2=0.66、x3=0.75、x4=0.80
思考
1.用一个大反应器好还是几个小反应器好?（Vr最小)
2.若采用多个小反应器，是串联好还是并联好？
（Vr最小)
3.