化學(xué)反應(yīng)工程第三章課件

第三章理想流動反應(yīng)器

概述按照操作方式，可以分為間歇過程和連續(xù)過程，相應(yīng)的反應(yīng)器為間歇反應(yīng)器和流動反應(yīng)器。對于間歇反應(yīng)器，物料一次性加入，反應(yīng)一定時間后把產(chǎn)物一次性取出，反應(yīng)是分批進行的。物料在反應(yīng)器內(nèi)的流動狀況是相同的，經(jīng)歷的反應(yīng)時間也是相同的。對于流動反應(yīng)器，物料不斷地加入反應(yīng)器，又不斷地離開反應(yīng)器?？疾煳锪显诜磻?yīng)器內(nèi)的流動狀況。有的物料正常的通過反應(yīng)器，有的物料進入反應(yīng)器的死角，有的物料短路（即近路）通過反應(yīng)器，有的物料在反應(yīng)器內(nèi)回流。第三章理想流動反應(yīng)器

概述1第三章理想流動反應(yīng)器

在流動反應(yīng)器中物料的流動狀況不相同，造成物料濃度不均勻，經(jīng)歷的反應(yīng)時間不相同，直接影響反應(yīng)結(jié)果。物料在反應(yīng)器內(nèi)的流動狀況看不見摸不著。人們采用流動模型來描述物料在反應(yīng)器內(nèi)的流動狀況。流動模型分類如下：平推流模型全混流模型

理想流動模型流動模型非理想流動模型特別強調(diào)的是，對于流動反應(yīng)器，必須考慮物料在反應(yīng)器內(nèi)的流動狀況；流動模型是專指反應(yīng)器而言的。平推流模型全混流模型第三章理想流動反應(yīng)器

在流動反應(yīng)器中物料的流動狀況不相同，2第三章理想流動反應(yīng)器

第一節(jié)流動模型概述3－1反應(yīng)器中流體的流動模型一、物料質(zhì)點、年齡、奉命及其返混1.物料質(zhì)點物料質(zhì)點是指代表物料特性的微元或微團。物料由無數(shù)個質(zhì)點組成。2.物料質(zhì)點的年齡和壽命年齡是對反應(yīng)器內(nèi)質(zhì)點而言，指從進入反應(yīng)器開始到某一時刻，稱為年齡。壽命是對離開反應(yīng)器的質(zhì)點而言，指從進入反應(yīng)器開始到離開反應(yīng)器的時間。第三章理想流動反應(yīng)器

第一節(jié)流動模型概述33.返混（1）返混指流動反應(yīng)器內(nèi)不同年齡質(zhì)點間的混合。

在間歇反應(yīng)器中，物料同時進入反應(yīng)器，質(zhì)點的年齡都相同，所以沒有返混。

在流動反應(yīng)器中，存在死角、短路和回流等工程因素，不同年具的質(zhì)點混合在一起，所以有返混。3.返混4（2）返混的原因

a.機械攪拌引起物料質(zhì)點的運動方向和主體流動方向相反，不同年齡的質(zhì)點混合在一起；

b.反應(yīng)器結(jié)構(gòu)造成物料流速不均勻，例如死角、分布器等。

造成返混的各種因素統(tǒng)稱為工程因素。在流動反應(yīng)器中，不可避免的存在工程因素，而且?guī)в须S機性，所以在流動反應(yīng)器中都存在著返混，只是返混程度有所不同而已。（2）返混的原因

a.機械攪拌引起物料質(zhì)點的運動方向和主體流5二、理想流動模型1.平推流模型（活塞流模型、理想置換模型、理想排擠模型）

平推流模型認為物料進入反應(yīng)器后沿著流動方向象氣缸里的活塞一樣向前移動，彼此不相混合。1）模型特點（1）物料參數(shù)（溫度、濃度、壓力等）沿流動方向連續(xù)變化；（2）垂直于流動方向的任一截面上的物料參數(shù)相同（沒有邊界層）；（3）沿流動方向的截面間不相混合；（4）質(zhì)點的奉命相同，任一截面上的質(zhì)點的年齡相同；（5）返混＝0,不同年齡的質(zhì)點不相混合（參見（3））。2）適用范圍

管式反應(yīng)器：L/D較大，流速比較大。二、理想流動模型62.全混流模型（理想混合模型、連續(xù)攪拌槽式反應(yīng)器模型）全混流模型認為物料進入反應(yīng)器后，在一瞬間，進入反應(yīng)器的新鮮物料和反應(yīng)器內(nèi)的物料達到完全混合。1）模型特點：（1）反應(yīng)器內(nèi)物料質(zhì)點完全混合，物料參數(shù)處處相同，且等于出口處的參數(shù)；（2）同一時刻進入反應(yīng)器的新鮮物料在瞬間分散混合，（3）反應(yīng)器內(nèi)物料質(zhì)點的年齡不同。同一時刻離開反應(yīng)器的物料中，質(zhì)點的壽命也不相同。（4）返混＝∞2）適用范圍：攪拌反應(yīng)器，強烈攪拌。2.全混流模型（理想混合模型、連續(xù)攪拌槽式反應(yīng)器模型）7三、非理想流動模型實際反應(yīng)器存在著程度不一的工程因素，流動狀況不同程度的偏離理想流動，稱為非理想流動。非理想流動模型

在理想流動模型的基礎(chǔ)上考慮非理想因素的流動模型，稱為理想流動模型。常用的非理想流動模型有：1）軸向混合模型2）多級串聯(lián)全混流模型

目前大部分非理想流動模型都是以平推流模型為基礎(chǔ)發(fā)展而成的。三、非理想流動模型8四、流動狀況對化學(xué)反應(yīng)的影響流動狀況對化學(xué)反應(yīng)的影響有兩方面：物料質(zhì)點的濃度和在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間。1.物料質(zhì)點濃度

間歇反應(yīng)器、平推流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器中物料質(zhì)點的濃度變化如圖3－2所示。間歇反應(yīng)器和平推流反應(yīng)器的反應(yīng)推動力ΔCA均大于全混流反應(yīng)器的ΔCA。實際上是物料的濃度不同，反應(yīng)速率不同。2.物質(zhì)質(zhì)點的停留時間和反應(yīng)時間

物料從進入反應(yīng)器開始到離開反應(yīng)器的時間稱為停留時間，實際上是物料質(zhì)點的壽命。

四、流動狀況對化學(xué)反應(yīng)的影響9物料質(zhì)點進入反應(yīng)器開始所經(jīng)歷的反應(yīng)時間稱為反應(yīng)時間。對于離開反應(yīng)器的物料質(zhì)點而言，反應(yīng)時間通常不等于停留時間，但目前一般以停留時間來衡量反應(yīng)時間。

平推流反應(yīng)器：同一時刻離開反應(yīng)器的物料質(zhì)點的停留時間相同，即所有物料質(zhì)點的反應(yīng)時間相同；

全混流反應(yīng)器：同一時刻離開反應(yīng)器的物料質(zhì)點的停留時間各不相同，從0→∞，物料質(zhì)點的反應(yīng)時間各不相同。

非理想流動反應(yīng)器：同一時刻離開反應(yīng)器的物料質(zhì)點的停留時間的分布狀況介于平推流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器之間，其反應(yīng)時間也介于其間。物料質(zhì)點進入反應(yīng)器開始所經(jīng)歷的反應(yīng)時間稱為反應(yīng)時間。對于離開103－2反應(yīng)器設(shè)計的基本方程反應(yīng)器設(shè)計的基本內(nèi)容選擇合適的反應(yīng)器形式確定最佳的工藝條件計算所需反應(yīng)器體積反應(yīng)器設(shè)計的基本方程物料衡算方程

某組分累積量=

某組分流入量－某組分流出量－某組分反應(yīng)消耗量熱量衡算方程

帶入的熱焓＝

＝帶出的熱焓+反應(yīng)熱+熱量的累積+傳給環(huán)境的熱量動量衡算方程上述為反應(yīng)器設(shè)計的基本方程，在列出這些方程時，需要動力學(xué)方程和流動模型。3－2反應(yīng)器設(shè)計的基本方程113－3間歇反應(yīng)器一、間歇反應(yīng)器的特征

工業(yè)上充分攪拌的間歇反應(yīng)器接近于理想間歇反應(yīng)器，如圖3－5。反應(yīng)器內(nèi)物料達到分子尺度均勻，濃度處處相等，可排除物質(zhì)傳遞對反應(yīng)過程的影響。反應(yīng)器內(nèi)各處溫度相等，不需考慮反應(yīng)器內(nèi)熱量傳遞。反應(yīng)物料同時加入又同時取出，物料的反應(yīng)時間相同。第二節(jié)理想流動反應(yīng)器3－3間歇反應(yīng)器第二節(jié)理想流動反應(yīng)器12二、間歇反應(yīng)器性能的數(shù)學(xué)描述反應(yīng)時間～xA的關(guān)系

在反應(yīng)器中，物料濃度和溫度是均勻的，只隨反應(yīng)時間變化，可以通過物料衡算求出反應(yīng)時間t和xA的關(guān)系式。衡算對象：關(guān)鍵組分A衡算基準：整個反應(yīng)器（V）在dt時間內(nèi)對A作物料衡算：[A流入量]=[A流出量]+[A反應(yīng)量]+[A累積量]0=0＋+二、間歇反應(yīng)器性能的數(shù)學(xué)描述+13積分：等容過程：上式適用于等容、變溫和等溫的各種反應(yīng)系統(tǒng)。積分：等容過程：上式適用于等容、變溫和等溫的各種反應(yīng)系統(tǒng)。14由式（3－5），只要已知反應(yīng)動力學(xué)方程就能計算反應(yīng)時間。一般采用數(shù)值積分或圖解法。如圖3－6所示。已知動力學(xué)數(shù)據(jù)曲線，然后求取之間曲線下的面積即為t/CA0。同樣也可作出曲線，然后求取之間曲線下的面積即為反應(yīng)時間t，如圖3－7所示。由式（3－5），只要已知反應(yīng)動力學(xué)方程就能計算反應(yīng)時間。一般15圖解積分示意圖t/cA0[rA]-1xxAfxA0t[rA]-1CACAfCA0圖解積分示意圖t/cA0[rA]-1xxAfxA0t[rA]162.實際操作時間

實際操作時間=反應(yīng)時間(t)+輔助時間(t’)輔助時間包括加料、調(diào)溫、缷料和清洗等時間。3.反應(yīng)器體積VR=V’(t+t’)式中V’為單位時間所處理的物料量。2.實際操作時間

17三、間歇反應(yīng)器中的單反應(yīng)設(shè)有單一反應(yīng)A→P動力學(xué)方程為n＝1時，按式（3－5）殘余濃度式或轉(zhuǎn)化率公式：殘余濃度式是計算經(jīng)反應(yīng)后殘余A的濃度，而轉(zhuǎn)化率式是計算A的利用率，根據(jù)工藝要求可以公式（3－5）計算。間歇反應(yīng)中反應(yīng)速率、轉(zhuǎn)化率和殘余濃度的計算結(jié)果列于表3－1。

三、間歇反應(yīng)器中的單反應(yīng)n＝1時，按式（3－5）殘余濃度式或18反應(yīng)級數(shù)反應(yīng)速率殘余濃度式轉(zhuǎn)化率式n=0n=1n=2n級n≠1表3－1理想間歇反應(yīng)器中整級數(shù)單反應(yīng)的反應(yīng)結(jié)果表達式反應(yīng)級數(shù)反應(yīng)速率殘余濃度式轉(zhuǎn)化率式n=0n=1n=2n級表319由表中所列結(jié)果，可以得出以下幾點結(jié)論。對于任一級反應(yīng)，當(dāng)CA0、xAf或CAf確定后，kt即為定值：

當(dāng)k↗，t↘；當(dāng)k↘，t↗。對于任一級反應(yīng)都是如此。當(dāng)轉(zhuǎn)化率xAf確定后，反應(yīng)時間與初始濃度的關(guān)系和反應(yīng)級數(shù)有關(guān)。0級反應(yīng)：，成正比1級反應(yīng)：，無關(guān)2級反應(yīng)：，成反比利用上述的反應(yīng)特性，可以定性判別反應(yīng)級數(shù)，例如確定xAf，然后測定的關(guān)系，判別反應(yīng)級數(shù)。由表中所列結(jié)果，可以得出以下幾點結(jié)論。0級反應(yīng)：203.殘余濃度和反應(yīng)時間的關(guān)系（轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)時間的關(guān)系）0級反應(yīng)：，直線下降1級反應(yīng)：較緩慢下降2級反應(yīng)：緩慢下降對于一級或二級不可逆反應(yīng)，在反應(yīng)后期CA的下降速率，即xA的上升速率相當(dāng)緩慢，若追求過高的轉(zhuǎn)化率或過低的殘余濃度，則在反應(yīng)后期要花費大量的反應(yīng)時間。3.殘余濃度和反應(yīng)時間的關(guān)系（轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)時間的關(guān)系）21例3－1中，由計算可知，當(dāng)轉(zhuǎn)化率為0.5時，t＝0.535h，當(dāng)轉(zhuǎn)化率為0.9時，t＝4.81h，當(dāng)轉(zhuǎn)化率為0.99時，t＝52.9h。所以，不能片面追求轉(zhuǎn)化率，導(dǎo)致反應(yīng)時間過長，大幅度增加操作費用。例3－1中，由計算可知，223－4平推流反應(yīng)器一、平推流反應(yīng)器特點

平推流反應(yīng)器是指物料的流動狀況符合平推流模型，該反應(yīng)器稱為平推流反應(yīng)器，常用PFR表示。

平推流模型是一種理想流動模型，所以平推流反應(yīng)器是一種理想反應(yīng)器，實際反應(yīng)器中物料的流動，只能以不同的程度接近平推流，不可能完全符合平推流。

平推流反應(yīng)器具有以下特點：物料參數(shù)（溫度、濃度、壓力等）沿流動方向連續(xù)變化，不隨時間變化；任一載面上的物料參數(shù)相同，反應(yīng)速率只隨軸向變化；反應(yīng)物料在反應(yīng)器內(nèi)停留時間相同，即反應(yīng)時間相同；返混＝03－4平推流反應(yīng)器23二、平推流反應(yīng)器計算的基本公式反應(yīng)器體積VR衡算對象：關(guān)鍵組分A衡算基準：微元體積dVR在單位時間內(nèi)對A作物料衡算：[A流入量]－[A流出量]－[A反應(yīng)量]＝[A累積量]所以：積分：上式是平推流反應(yīng)器體積計算的普遍式，適用于等溫、非等溫、等容和非等容等過程。二、平推流反應(yīng)器計算的基本公式所以：積分：上式是平推流反應(yīng)器24對于等容過程，反應(yīng)器進口與出口流量均為V0,故：對比間歇反應(yīng)器：可知，二者具有一定的等效性。對于等容過程，反應(yīng)器進口與出口流量均為V0,故：對比間歇反應(yīng)25三、等溫平推流反應(yīng)器的計算

等溫平推流反應(yīng)器是指反應(yīng)物料溫度相同，不隨流動方向變化。

將代入平推流反應(yīng)器體積計算公式若為等容過程則等溫等容過程平推流反應(yīng)器計算式見表3－2三、等溫平推流反應(yīng)器的計算

等溫平推流反應(yīng)器是指反應(yīng)物料溫度26反應(yīng)級數(shù)反應(yīng)速率反應(yīng)器體積轉(zhuǎn)化率式n=0n=1n=2n級n≠1表3－2等溫等容平推流反應(yīng)器計算式反應(yīng)級數(shù)反應(yīng)速率反應(yīng)器體積轉(zhuǎn)化率式n=0n=1n=2n級表327四、變溫平推流反應(yīng)器

變溫平推流反應(yīng)器，其溫度、反應(yīng)物系濃度、反應(yīng)速率均沿流動方向變化，需要聯(lián)立物料衡算式和熱量衡算方程式，再結(jié)合動力學(xué)方程求解。在穩(wěn)定狀態(tài)時，有物料衡算：熱量衡算：對象為dVR[物料帶入熱量]－[物料帶走熱量]－[傳向環(huán)境熱量]－[反應(yīng)熱]＝0式中分別為i組分的摩爾流量、i組分的等壓摩爾熱容、微元體積中物料溫度、環(huán)境溫度、反應(yīng)熱（放熱為負，吸熱為正）四、變溫平推流反應(yīng)器

變溫平推流反應(yīng)器，其溫度、反應(yīng)物系濃度28由物料衡算和熱量衡算及動力學(xué)方程三者聯(lián)立，采用差分法或Runge-Kutta法求解。當(dāng)過程為等溫或絕熱過程時，可以簡化。1.等溫過程

熱量衡算式簡化為由則有積分式中A為換熱面積由物料衡算和熱量衡算及動力學(xué)方程三者聯(lián)立，采用差分法或Run292.絕熱過程熱量衡算式簡化為由則有令稱為絕熱溫升，即為在絕熱條件下組分A完全反應(yīng)時物料的溫升。則積分之，得當(dāng)xA0=0,有2.絕熱過程由則有令稱為絕熱溫升，即為在絕熱條件下組分A完全303－5全混流反應(yīng)器

全混流反應(yīng)器是指物料流動狀況符合全混流模型，該反應(yīng)器稱為全混流反應(yīng)器（CSTR）.在實際反應(yīng)器中，連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器由于強烈攪拌，物料混合均勻，其流動狀況接近全混流。一、全混流反應(yīng)器的特點反應(yīng)器內(nèi)物料參數(shù)（濃度、溫度等）處處相等，且等于物料出口處的物料參數(shù)。物料參數(shù)不隨時間而變化；反應(yīng)速率均勻，且等于出口處的速率，不隨時間變化。返混＝∞3－5全混流反應(yīng)器

全混流反應(yīng)器是指物料流動狀況符合全混流31二、全混流反應(yīng)器計算的基本公式反應(yīng)器體積VR衡算對象：關(guān)鍵組分A衡算基準：整個反應(yīng)器（V）穩(wěn)定狀態(tài)：[A流入量]－[A流出量]－[A反應(yīng)量]＝0式中指按出口濃度計算的反應(yīng)速率。二、全混流反應(yīng)器計算的基本公式式中指按出口濃度計算的反應(yīng)速率32若則物料衡算方程為[A流入量]－[A流出量]－[A反應(yīng)量]＝0所以上述公式均為普遍式，全混流反應(yīng)器一般為等溫反應(yīng)器，公式可用于等容過程和非等容過程。若則物料衡算方程為所以上述公式均為普遍式，全混流反應(yīng)器一般為33表3－3列出了平推流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器的反應(yīng)結(jié)果比較，其中2.物料平均停留時間τ

對于等容過程，物料平均停留時間為，這是對等容過程而言。表3－3列出了平推流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器的反應(yīng)結(jié)果比較，其中34平推流反應(yīng)器與全混流反應(yīng)器的比較平推流反應(yīng)器與全混流反應(yīng)器的比較353－6多級全混流反應(yīng)器的串聯(lián)及優(yōu)化設(shè)有一反應(yīng)，A的初始濃度為CA0，反應(yīng)結(jié)束后最終濃度為CAf,反應(yīng)的平衡濃度為CA*，考察平推流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器的濃度推動力。由圖示，顯然有，ΔCA平>ΔCA全平推流流反應(yīng)器中的濃度推動力大于全混流反應(yīng)器中的濃度推動力。結(jié)果，平推流反應(yīng)器體積小于全混流反應(yīng)器體積。3－6多級全混流反應(yīng)器的串聯(lián)及優(yōu)化設(shè)有一反應(yīng)，A的初始濃度36濃度分布------推動力反應(yīng)推動力隨反應(yīng)時間逐漸降低反應(yīng)推動力隨反應(yīng)器軸向長度逐漸降低反應(yīng)推動力不變，等于出口處反應(yīng)推動力濃度分布------推動力反應(yīng)推動力隨反應(yīng)時間逐漸降低反37平推流反應(yīng)器的物料參數(shù)如濃度等沿流動方向變化。對于等溫反應(yīng)，很難控制整個反應(yīng)器內(nèi)物料溫度均勻。對于全混流反應(yīng)器，物料參數(shù)得均勻的，對于物料溫度的控制比較容易。在有機反應(yīng)中，特別是多重反應(yīng)，要求反應(yīng)過程中物料濃度溫度等參數(shù)保持，否則極易發(fā)生副反應(yīng)，所以一般選擇全混流反應(yīng)器。為了滿足工藝要求，又要提高反應(yīng)推動力，人們把一個大的反應(yīng)器分割成m個小的全混流反應(yīng)器，然后串聯(lián)起來，稱為“多級串聯(lián)全混流反應(yīng)器”。平推流反應(yīng)器的物料參數(shù)如濃度等沿流動方向變化。對于等溫反應(yīng)，38設(shè)有4級串聯(lián)全混流反應(yīng)器，其濃度推動力ΔCA多=(CA1－CA*)1+(CA2－CA*)2+(CA3－CA*)3+(CA4－CA*)4顯然ΔCA平>ΔCA多>ΔCA全當(dāng)級數(shù)為∞，則ΔCA平＝ΔCA多一、多級全混流反應(yīng)器的濃度特征設(shè)有4級串聯(lián)全混流反應(yīng)器，其濃度推動力一、多級全混流反應(yīng)器的39VR1CA1CAmCAiCAi-1CA2VRmVR2VRiVRi-1CA0CAmV0V0V0V0V0V0CAiCAi-1CA2CA1VR1CA1CAmCAiCAi-1CA2VRmVR2VRiV40二、多級全混流反應(yīng)器的計算解析計算多級全混流反應(yīng)器串聯(lián)操作如圖所示。假設(shè)：穩(wěn)定狀態(tài)，等溫，等容。對第i級作A的物料衡算，則有則或多級全混流反應(yīng)器的級數(shù)一般為2－3級，所以可以按上式從第1級開始逐級計算，根據(jù)不同的已知條件來計算反應(yīng)器體積，級數(shù)或者最終轉(zhuǎn)化率。二、多級全混流反應(yīng)器的計算則或多級全混流反應(yīng)器的級數(shù)一般為2412.一級不可逆反應(yīng)對于一級不可逆反應(yīng)，可以直接建立級數(shù)m和最終轉(zhuǎn)化率之間的關(guān)系，不必逐級計算。

公式可化為2.一級不可逆反應(yīng)公式可化為42即將上述諸式相乘得：即將上述諸式相乘得：43對于等容過程故：

當(dāng)每級體積相等時，則公式可進一步簡化為：或總體積：對于等容過程故： 則公式可進一步簡化為：或總體積：443.圖解計算對于非一級反應(yīng)，采用解析法計算比較麻煩，一般采用圖解法計算。1）等溫等容過程，且各級體積相同。（1）圖解法基本原理

由知可以分別作出和線，兩線交點的橫坐標即為CAi3.圖解計算知可以分別作出和線，兩線交點的橫坐標即為CAi45（2）作圖步驟a.在圖上標出動力學(xué)曲線OM的直線與OM線交于A1點，其橫坐標即為CA1c.由于各級溫度相同，所以各級的動力學(xué)線均為OM線；又為等容過程，各級體積相等過作的平行線，與OM曲線交于A2,其橫坐標即為CA2,如此下去，當(dāng)最終濃度等于或小于規(guī)定出口濃度時，所作平行線的根數(shù)就是反應(yīng)器級數(shù)。b.以初始濃度為起點，過CA0作斜率為（2）作圖步驟圖上標出動力學(xué)曲線OM的直線與OM線交于A1點46等溫、等體積情況的圖解計算-1/CA1CA0CArACA2CA3rA=kf(CA)A1A2A3CAm-1/CA1CA0CArACA2CA3rA=kf(CA)A472)等容、各級體積相同，但溫度不同如果各級溫度不同，則需作出各級的動力學(xué)曲線OM1、OM2……然后依次作出CA0A1、CA1A2、CA2A3……求出CA1、CA2、CA3……3)等容、等溫但各級體積不同如果各級體積不相同，則的各直線斜率不相同，如圖依次作出依次作出CA0A1、CA1A2、CA2A3……求出CA1、CA2、CA3……2)等容、各級體積相同，但溫度不同的各直線斜率不相同，如48等容、各級體積相同，但溫度不同-1/CA1CA0CArACA2CA3rA=kf(CA)A1A2A3M1M2M3-1/CA1CA0CArACA2CA3rA=kf(CA)A49等容、等溫但各級體積不同CA1CA0CArACA2CA3rA=kf(CA)A1A2A3CAm-1/2-1/3-1/1CA1CA0CArACA2CA3rA=kf(CA)A1A2A50三、多級全混流反應(yīng)器的串聯(lián)的優(yōu)化當(dāng)物料處理量、進料組成及最終轉(zhuǎn)化率相同時，如何確定級數(shù)m和各級的體積，使總體積最小?？疾旄骷夀D(zhuǎn)化率xA1、x-A2、……x-Am和反應(yīng)器體積VR的關(guān)系，最佳分配xA1、xA2、……xAm－1，使VR最小。三、多級全混流反應(yīng)器的串聯(lián)的優(yōu)化當(dāng)物料處理量、進料組成及最終51為使VR最小，將上式分別對xA1、xA2、……xAm－1求偏導(dǎo)數(shù)，并令之為零：對于等溫等容過程，計算VR，則有從以上共m-1個方程，可解出m-1個待定量(xA1、xA2、……xAm－1)為使VR最小，將上式分別對xA1、xA2、……xAm－1求偏52以一級不可逆反應(yīng)為例即：化簡后：即：可見這時：上式表示：當(dāng)一級不可逆反應(yīng)時，各級的體積相等時，總反應(yīng)體積最小。以一級不可逆反應(yīng)為例即：化簡后：即：可見這時：上式表示：當(dāng)一533－7理想流動反應(yīng)器的組合與反應(yīng)器體積比較一、理想流動反應(yīng)器的組合工業(yè)生產(chǎn)中為了滿足工藝要求，常常將理想反應(yīng)器組合起來，構(gòu)成理想流動反應(yīng)器的組合。各種組合方式如圖所示：當(dāng)反應(yīng)溫度相同，流量、初始濃度及各反應(yīng)器體積相同，進行一級不可逆反應(yīng)，考察各種反應(yīng)器組合所能達到的出口濃度。3－7理想流動反應(yīng)器的組合與反應(yīng)器體積比較一、理想流動反應(yīng)54化學(xué)反應(yīng)工程第三章課件55a．b.c.a．b.c.56d.e.f.g.所以：由上述計算結(jié)果，各種組合反應(yīng)器的最終轉(zhuǎn)化率的大小依次為：(e)=(f)>(c)=(d)>(g)>(b)>(a)d.e.f.g.所以：由上述計算結(jié)果，57二、理想流動反應(yīng)器的體積比較基本條件：和反應(yīng)溫度均相同；等容過程。間歇反應(yīng)器體積；平推流反應(yīng)器體積；全混流反應(yīng)器體積；多級全混流反應(yīng)器體積。，由間歇反應(yīng)器公式知，故：分別表示：考察二、理想流動反應(yīng)器的體積比較和反應(yīng)溫度均相同；等容過程。間歇581．2.作曲線AB,當(dāng)條件相同時，當(dāng)轉(zhuǎn)化率越大，則兩者的差距較大，所以可采用低轉(zhuǎn)化率操作。xAxAfOABD1．2.作曲線AB,當(dāng)條件相同時，當(dāng)轉(zhuǎn)化率越大，則兩者的差593.當(dāng)為一級不可逆反應(yīng)，各級體積相同時，有（一級不可逆反應(yīng)）3.當(dāng)為一級不可逆反應(yīng)，各級體積相同時，有（一級不可60以為縱坐標，m為參變數(shù)作圖，如圖所示，結(jié)論如下：1）當(dāng)m一定時，越大，2）當(dāng)一定時，越小，接近于平推流。對二級不可逆反應(yīng)，的關(guān)系見圖3－15（b）為橫坐標，越大；m越大，3）當(dāng)kτ一定時，m不同，則也不同。以為縱坐標，m為參變數(shù)作圖，如圖所示，結(jié)論如下：越大，一定時61第三章理想流動反應(yīng)器

概述按照操作方式，可以分為間歇過程和連續(xù)過程，相應(yīng)的反應(yīng)器為間歇反應(yīng)器和流動反應(yīng)器。對于間歇反應(yīng)器，物料一次性加入，反應(yīng)一定時間后把產(chǎn)物一次性取出，反應(yīng)是分批進行的。物料在反應(yīng)器內(nèi)的流動狀況是相同的，經(jīng)歷的反應(yīng)時間也是相同的。對于流動反應(yīng)器，物料不斷地加入反應(yīng)器，又不斷地離開反應(yīng)器?？疾煳锪显诜磻?yīng)器內(nèi)的流動狀況。有的物料正常的通過反應(yīng)器，有的物料進入反應(yīng)器的死角，有的物料短路（即近路）通過反應(yīng)器，有的物料在反應(yīng)器內(nèi)回流。第三章理想流動反應(yīng)器

概述62第三章理想流動反應(yīng)器

在流動反應(yīng)器中物料的流動狀況不相同，造成物料濃度不均勻，經(jīng)歷的反應(yīng)時間不相同，直接影響反應(yīng)結(jié)果。物料在反應(yīng)器內(nèi)的流動狀況看不見摸不著。人們采用流動模型來描述物料在反應(yīng)器內(nèi)的流動狀況。流動模型分類如下：平推流模型全混流模型

理想流動模型流動模型非理想流動模型特別強調(diào)的是，對于流動反應(yīng)器，必須考慮物料在反應(yīng)器內(nèi)的流動狀況；流動模型是專指反應(yīng)器而言的。平推流模型全混流模型第三章理想流動反應(yīng)器

在流動反應(yīng)器中物料的流動狀況不相同，63第三章理想流動反應(yīng)器

第一節(jié)流動模型概述3－1反應(yīng)器中流體的流動模型一、物料質(zhì)點、年齡、奉命及其返混1.物料質(zhì)點物料質(zhì)點是指代表物料特性的微元或微團。物料由無數(shù)個質(zhì)點組成。2.物料質(zhì)點的年齡和壽命年齡是對反應(yīng)器內(nèi)質(zhì)點而言，指從進入反應(yīng)器開始到某一時刻，稱為年齡。壽命是對離開反應(yīng)器的質(zhì)點而言，指從進入反應(yīng)器開始到離開反應(yīng)器的時間。第三章理想流動反應(yīng)器

第一節(jié)流動模型概述643.返混（1）返混指流動反應(yīng)器內(nèi)不同年齡質(zhì)點間的混合。

在間歇反應(yīng)器中，物料同時進入反應(yīng)器，質(zhì)點的年齡都相同，所以沒有返混。

在流動反應(yīng)器中，存在死角、短路和回流等工程因素，不同年具的質(zhì)點混合在一起，所以有返混。3.返混65（2）返混的原因

a.機械攪拌引起物料質(zhì)點的運動方向和主體流動方向相反，不同年齡的質(zhì)點混合在一起；

b.反應(yīng)器結(jié)構(gòu)造成物料流速不均勻，例如死角、分布器等。

造成返混的各種因素統(tǒng)稱為工程因素。在流動反應(yīng)器中，不可避免的存在工程因素，而且?guī)в须S機性，所以在流動反應(yīng)器中都存在著返混，只是返混程度有所不同而已。（2）返混的原因

a.機械攪拌引起物料質(zhì)點的運動方向和主體流66二、理想流動模型1.平推流模型（活塞流模型、理想置換模型、理想排擠模型）

平推流模型認為物料進入反應(yīng)器后沿著流動方向象氣缸里的活塞一樣向前移動，彼此不相混合。1）模型特點（1）物料參數(shù)（溫度、濃度、壓力等）沿流動方向連續(xù)變化；（2）垂直于流動方向的任一截面上的物料參數(shù)相同（沒有邊界層）；（3）沿流動方向的截面間不相混合；（4）質(zhì)點的奉命相同，任一截面上的質(zhì)點的年齡相同；（5）返混＝0,不同年齡的質(zhì)點不相混合（參見（3））。2）適用范圍

管式反應(yīng)器：L/D較大，流速比較大。二、理想流動模型672.全混流模型（理想混合模型、連續(xù)攪拌槽式反應(yīng)器模型）全混流模型認為物料進入反應(yīng)器后，在一瞬間，進入反應(yīng)器的新鮮物料和反應(yīng)器內(nèi)的物料達到完全混合。1）模型特點：（1）反應(yīng)器內(nèi)物料質(zhì)點完全混合，物料參數(shù)處處相同，且等于出口處的參數(shù)；（2）同一時刻進入反應(yīng)器的新鮮物料在瞬間分散混合，（3）反應(yīng)器內(nèi)物料質(zhì)點的年齡不同。同一時刻離開反應(yīng)器的物料中，質(zhì)點的壽命也不相同。（4）返混＝∞2）適用范圍：攪拌反應(yīng)器，強烈攪拌。2.全混流模型（理想混合模型、連續(xù)攪拌槽式反應(yīng)器模型）68三、非理想流動模型實際反應(yīng)器存在著程度不一的工程因素，流動狀況不同程度的偏離理想流動，稱為非理想流動。非理想流動模型

在理想流動模型的基礎(chǔ)上考慮非理想因素的流動模型，稱為理想流動模型。常用的非理想流動模型有：1）軸向混合模型2）多級串聯(lián)全混流模型

目前大部分非理想流動模型都是以平推流模型為基礎(chǔ)發(fā)展而成的。三、非理想流動模型69四、流動狀況對化學(xué)反應(yīng)的影響流動狀況對化學(xué)反應(yīng)的影響有兩方面：物料質(zhì)點的濃度和在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間。1.物料質(zhì)點濃度

間歇反應(yīng)器、平推流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器中物料質(zhì)點的濃度變化如圖3－2所示。間歇反應(yīng)器和平推流反應(yīng)器的反應(yīng)推動力ΔCA均大于全混流反應(yīng)器的ΔCA。實際上是物料的濃度不同，反應(yīng)速率不同。2.物質(zhì)質(zhì)點的停留時間和反應(yīng)時間

物料從進入反應(yīng)器開始到離開反應(yīng)器的時間稱為停留時間，實際上是物料質(zhì)點的壽命。

四、流動狀況對化學(xué)反應(yīng)的影響70物料質(zhì)點進入反應(yīng)器開始所經(jīng)歷的反應(yīng)時間稱為反應(yīng)時間。對于離開反應(yīng)器的物料質(zhì)點而言，反應(yīng)時間通常不等于停留時間，但目前一般以停留時間來衡量反應(yīng)時間。

平推流反應(yīng)器：同一時刻離開反應(yīng)器的物料質(zhì)點的停留時間相同，即所有物料質(zhì)點的反應(yīng)時間相同；

全混流反應(yīng)器：同一時刻離開反應(yīng)器的物料質(zhì)點的停留時間各不相同，從0→∞，物料質(zhì)點的反應(yīng)時間各不相同。

非理想流動反應(yīng)器：同一時刻離開反應(yīng)器的物料質(zhì)點的停留時間的分布狀況介于平推流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器之間，其反應(yīng)時間也介于其間。物料質(zhì)點進入反應(yīng)器開始所經(jīng)歷的反應(yīng)時間稱為反應(yīng)時間。對于離開713－2反應(yīng)器設(shè)計的基本方程反應(yīng)器設(shè)計的基本內(nèi)容選擇合適的反應(yīng)器形式確定最佳的工藝條件計算所需反應(yīng)器體積反應(yīng)器設(shè)計的基本方程物料衡算方程

某組分累積量=

某組分流入量－某組分流出量－某組分反應(yīng)消耗量熱量衡算方程

帶入的熱焓＝

＝帶出的熱焓+反應(yīng)熱+熱量的累積+傳給環(huán)境的熱量動量衡算方程上述為反應(yīng)器設(shè)計的基本方程，在列出這些方程時，需要動力學(xué)方程和流動模型。3－2反應(yīng)器設(shè)計的基本方程723－3間歇反應(yīng)器一、間歇反應(yīng)器的特征

工業(yè)上充分攪拌的間歇反應(yīng)器接近于理想間歇反應(yīng)器，如圖3－5。反應(yīng)器內(nèi)物料達到分子尺度均勻，濃度處處相等，可排除物質(zhì)傳遞對反應(yīng)過程的影響。反應(yīng)器內(nèi)各處溫度相等，不需考慮反應(yīng)器內(nèi)熱量傳遞。反應(yīng)物料同時加入又同時取出，物料的反應(yīng)時間相同。第二節(jié)理想流動反應(yīng)器3－3間歇反應(yīng)器第二節(jié)理想流動反應(yīng)器73二、間歇反應(yīng)器性能的數(shù)學(xué)描述反應(yīng)時間～xA的關(guān)系

在反應(yīng)器中，物料濃度和溫度是均勻的，只隨反應(yīng)時間變化，可以通過物料衡算求出反應(yīng)時間t和xA的關(guān)系式。衡算對象：關(guān)鍵組分A衡算基準：整個反應(yīng)器（V）在dt時間內(nèi)對A作物料衡算：[A流入量]=[A流出量]+[A反應(yīng)量]+[A累積量]0=0＋+二、間歇反應(yīng)器性能的數(shù)學(xué)描述+74積分：等容過程：上式適用于等容、變溫和等溫的各種反應(yīng)系統(tǒng)。積分：等容過程：上式適用于等容、變溫和等溫的各種反應(yīng)系統(tǒng)。75由式（3－5），只要已知反應(yīng)動力學(xué)方程就能計算反應(yīng)時間。一般采用數(shù)值積分或圖解法。如圖3－6所示。已知動力學(xué)數(shù)據(jù)曲線，然后求取之間曲線下的面積即為t/CA0。同樣也可作出曲線，然后求取之間曲線下的面積即為反應(yīng)時間t，如圖3－7所示。由式（3－5），只要已知反應(yīng)動力學(xué)方程就能計算反應(yīng)時間。一般76圖解積分示意圖t/cA0[rA]-1xxAfxA0t[rA]-1CACAfCA0圖解積分示意圖t/cA0[rA]-1xxAfxA0t[rA]772.實際操作時間

實際操作時間=反應(yīng)時間(t)+輔助時間(t’)輔助時間包括加料、調(diào)溫、缷料和清洗等時間。3.反應(yīng)器體積VR=V’(t+t’)式中V’為單位時間所處理的物料量。2.實際操作時間

78三、間歇反應(yīng)器中的單反應(yīng)設(shè)有單一反應(yīng)A→P動力學(xué)方程為n＝1時，按式（3－5）殘余濃度式或轉(zhuǎn)化率公式：殘余濃度式是計算經(jīng)反應(yīng)后殘余A的濃度，而轉(zhuǎn)化率式是計算A的利用率，根據(jù)工藝要求可以公式（3－5）計算。間歇反應(yīng)中反應(yīng)速率、轉(zhuǎn)化率和殘余濃度的計算結(jié)果列于表3－1。

三、間歇反應(yīng)器中的單反應(yīng)n＝1時，按式（3－5）殘余濃度式或79反應(yīng)級數(shù)反應(yīng)速率殘余濃度式轉(zhuǎn)化率式n=0n=1n=2n級n≠1表3－1理想間歇反應(yīng)器中整級數(shù)單反應(yīng)的反應(yīng)結(jié)果表達式反應(yīng)級數(shù)反應(yīng)速率殘余濃度式轉(zhuǎn)化率式n=0n=1n=2n級表380由表中所列結(jié)果，可以得出以下幾點結(jié)論。對于任一級反應(yīng)，當(dāng)CA0、xAf或CAf確定后，kt即為定值：

當(dāng)k↗，t↘；當(dāng)k↘，t↗。對于任一級反應(yīng)都是如此。當(dāng)轉(zhuǎn)化率xAf確定后，反應(yīng)時間與初始濃度的關(guān)系和反應(yīng)級數(shù)有關(guān)。0級反應(yīng)：，成正比1級反應(yīng)：，無關(guān)2級反應(yīng)：，成反比利用上述的反應(yīng)特性，可以定性判別反應(yīng)級數(shù)，例如確定xAf，然后測定的關(guān)系，判別反應(yīng)級數(shù)。由表中所列結(jié)果，可以得出以下幾點結(jié)論。0級反應(yīng)：813.殘余濃度和反應(yīng)時間的關(guān)系（轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)時間的關(guān)系）0級反應(yīng)：，直線下降1級反應(yīng)：較緩慢下降2級反應(yīng)：緩慢下降對于一級或二級不可逆反應(yīng)，在反應(yīng)后期CA的下降速率，即xA的上升速率相當(dāng)緩慢，若追求過高的轉(zhuǎn)化率或過低的殘余濃度，則在反應(yīng)后期要花費大量的反應(yīng)時間。3.殘余濃度和反應(yīng)時間的關(guān)系（轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)時間的關(guān)系）82例3－1中，由計算可知，當(dāng)轉(zhuǎn)化率為0.5時，t＝0.535h，當(dāng)轉(zhuǎn)化率為0.9時，t＝4.81h，當(dāng)轉(zhuǎn)化率為0.99時，t＝52.9h。所以，不能片面追求轉(zhuǎn)化率，導(dǎo)致反應(yīng)時間過長，大幅度增加操作費用。例3－1中，由計算可知，833－4平推流反應(yīng)器一、平推流反應(yīng)器特點

平推流反應(yīng)器是指物料的流動狀況符合平推流模型，該反應(yīng)器稱為平推流反應(yīng)器，常用PFR表示。

平推流模型是一種理想流動模型，所以平推流反應(yīng)器是一種理想反應(yīng)器，實際反應(yīng)器中物料的流動，只能以不同的程度接近平推流，不可能完全符合平推流。

平推流反應(yīng)器具有以下特點：物料參數(shù)（溫度、濃度、壓力等）沿流動方向連續(xù)變化，不隨時間變化；任一載面上的物料參數(shù)相同，反應(yīng)速率只隨軸向變化；反應(yīng)物料在反應(yīng)器內(nèi)停留時間相同，即反應(yīng)時間相同；返混＝03－4平推流反應(yīng)器84二、平推流反應(yīng)器計算的基本公式反應(yīng)器體積VR衡算對象：關(guān)鍵組分A衡算基準：微元體積dVR在單位時間內(nèi)對A作物料衡算：[A流入量]－[A流出量]－[A反應(yīng)量]＝[A累積量]所以：積分：上式是平推流反應(yīng)器體積計算的普遍式，適用于等溫、非等溫、等容和非等容等過程。二、平推流反應(yīng)器計算的基本公式所以：積分：上式是平推流反應(yīng)器85對于等容過程，反應(yīng)器進口與出口流量均為V0,故：對比間歇反應(yīng)器：可知，二者具有一定的等效性。對于等容過程，反應(yīng)器進口與出口流量均為V0,故：對比間歇反應(yīng)86三、等溫平推流反應(yīng)器的計算

等溫平推流反應(yīng)器是指反應(yīng)物料溫度相同，不隨流動方向變化。

將代入平推流反應(yīng)器體積計算公式若為等容過程則等溫等容過程平推流反應(yīng)器計算式見表3－2三、等溫平推流反應(yīng)器的計算

等溫平推流反應(yīng)器是指反應(yīng)物料溫度87反應(yīng)級數(shù)反應(yīng)速率反應(yīng)器體積轉(zhuǎn)化率式n=0n=1n=2n級n≠1表3－2等溫等容平推流反應(yīng)器計算式反應(yīng)級數(shù)反應(yīng)速率反應(yīng)器體積轉(zhuǎn)化率式n=0n=1n=2n級表388四、變溫平推流反應(yīng)器

變溫平推流反應(yīng)器，其溫度、反應(yīng)物系濃度、反應(yīng)速率均沿流動方向變化，需要聯(lián)立物料衡算式和熱量衡算方程式，再結(jié)合動力學(xué)方程求解。在穩(wěn)定狀態(tài)時，有物料衡算：熱量衡算：對象為dVR[物料帶入熱量]－[物料帶走熱量]－[傳向環(huán)境熱量]－[反應(yīng)熱]＝0式中分別為i組分的摩爾流量、i組分的等壓摩爾熱容、微元體積中物料溫度、環(huán)境溫度、反應(yīng)熱（放熱為負，吸熱為正）四、變溫平推流反應(yīng)器

變溫平推流反應(yīng)器，其溫度、反應(yīng)物系濃度89由物料衡算和熱量衡算及動力學(xué)方程三者聯(lián)立，采用差分法或Runge-Kutta法求解。當(dāng)過程為等溫或絕熱過程時，可以簡化。1.等溫過程

熱量衡算式簡化為由則有積分式中A為換熱面積由物料衡算和熱量衡算及動力學(xué)方程三者聯(lián)立，采用差分法或Run902.絕熱過程熱量衡算式簡化為由則有令稱為絕熱溫升，即為在絕熱條件下組分A完全反應(yīng)時物料的溫升。則積分之，得當(dāng)xA0=0,有2.絕熱過程由則有令稱為絕熱溫升，即為在絕熱條件下組分A完全913－5全混流反應(yīng)器

全混流反應(yīng)器是指物料流動狀況符合全混流模型，該反應(yīng)器稱為全混流反應(yīng)器（CSTR）.在實際反應(yīng)器中，連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器由于強烈攪拌，物料混合均勻，其流動狀況接近全混流。一、全混流反應(yīng)器的特點反應(yīng)器內(nèi)物料參數(shù)（濃度、溫度等）處處相等，且等于物料出口處的物料參數(shù)。物料參數(shù)不隨時間而變化；反應(yīng)速率均勻，且等于出口處的速率，不隨時間變化。返混＝∞3－5全混流反應(yīng)器

全混流反應(yīng)器是指物料流動狀況符合全混流92二、全混流反應(yīng)器計算的基本公式反應(yīng)器體積VR衡算對象：關(guān)鍵組分A衡算基準：整個反應(yīng)器（V）穩(wěn)定狀態(tài)：[A流入量]－[A流出量]－[A反應(yīng)量]＝0式中指按出口濃度計算的反應(yīng)速率。二、全混流反應(yīng)器計算的基本公式式中指按出口濃度計算的反應(yīng)速率93若則物料衡算方程為[A流入量]－[A流出量]－[A反應(yīng)量]＝0所以上述公式均為普遍式，全混流反應(yīng)器一般為等溫反應(yīng)器，公式可用于等容過程和非等容過程。若則物料衡算方程為所以上述公式均為普遍式，全混流反應(yīng)器一般為94表3－3列出了平推流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器的反應(yīng)結(jié)果比較，其中2.物料平均停留時間τ

對于等容過程，物料平均停留時間為，這是對等容過程而言。表3－3列出了平推流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器的反應(yīng)結(jié)果比較，其中95平推流反應(yīng)器與全混流反應(yīng)器的比較平推流反應(yīng)器與全混流反應(yīng)器的比較963－6多級全混流反應(yīng)器的串聯(lián)及優(yōu)化設(shè)有一反應(yīng)，A的初始濃度為CA0，反應(yīng)結(jié)束后最終濃度為CAf,反應(yīng)的平衡濃度為CA*，考察平推流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器的濃度推動力。由圖示，顯然有，ΔCA平>ΔCA全平推流流反應(yīng)器中的濃度推動力大于全混流反應(yīng)器中的濃度推動力。結(jié)果，平推流反應(yīng)器體積小于全混流反應(yīng)器體積。3－6多級全混流反應(yīng)器的串聯(lián)及優(yōu)化設(shè)有一反應(yīng)，A的初始濃度97濃度分布------推動力反應(yīng)推動力隨反應(yīng)時間逐漸降低反應(yīng)推動力隨反應(yīng)器軸向長度逐漸降低反應(yīng)推動力不變，等于出口處反應(yīng)推動力濃度分布------推動力反應(yīng)推動力隨反應(yīng)時間逐漸降低反98平推流反應(yīng)器的物料參數(shù)如濃度等沿流動方向變化。對于等溫反應(yīng)，很難控制整個反應(yīng)器內(nèi)物料溫度均勻。對于全混流反應(yīng)器，物料參數(shù)得均勻的，對于物料溫度的控制比較容易。在有機反應(yīng)中，特別是多重反應(yīng)，要求反應(yīng)過程中物料濃度溫度等參數(shù)保持，否則極易發(fā)生副反應(yīng)，所以一般選擇全混流反應(yīng)器。為了滿足工藝要求，又要提高反應(yīng)推動力，人們把一個大的反應(yīng)器分割成m個小的全混流反應(yīng)器，然后串聯(lián)起來，稱為“多級串聯(lián)全混流反應(yīng)器”。平推流反應(yīng)器的物料參數(shù)如濃度等沿流動方向變化。對于等溫反應(yīng)，99設(shè)有4級串聯(lián)全混流反應(yīng)器，其濃度推動力ΔCA多=(CA1－CA*)1+(CA2－CA*)2+(CA3－CA*)3+(CA4－CA*)4顯然ΔCA平>ΔCA多>ΔCA全當(dāng)級數(shù)為∞，則ΔCA平＝ΔCA多一、多級全混流反應(yīng)器的濃度特征設(shè)有4級串聯(lián)全混流反應(yīng)器，其濃度推動力一、多級全混流反應(yīng)器的100VR1CA1CAmCAiCAi-1CA2VRmVR2VRiVRi-1CA0CAmV0V0V0V0V0V0CAiCAi-1CA2CA1VR1CA1CAmCAiCAi-1CA2VRmVR2VRiV101二、多級全混流反應(yīng)器的計算解析計算多級全混流反應(yīng)器串聯(lián)操作如圖所示。假設(shè)：穩(wěn)定狀態(tài)，等溫，等容。對第i級作A的物料衡算，則有則或多級全混流反應(yīng)器的級數(shù)一般為2－3級，所以可以按上式從第1級開始逐級計算，根據(jù)不同的已知條件來計算反應(yīng)器體積，級數(shù)或者最終轉(zhuǎn)化率。二、多級全混流反應(yīng)器的計算則或多級全混流反應(yīng)器的級數(shù)一般為21022.一級不可逆反應(yīng)對于一級不可逆反應(yīng)，可以直接建立級數(shù)m和最終轉(zhuǎn)化率之間的關(guān)系，不必逐級計算。

公式可化為2.一級不可逆反應(yīng)公式可化為103即將上述諸式相乘得：即將上述諸式相乘得：104對于等容過程故：

當(dāng)每級體積相等時，則公式可進一步簡化為：或總體積：對于等容過程故： 則公式可進一步簡化為：或總體積：1053.圖解計算對于非一級反應(yīng)，采用解析法計算比較麻煩，一般采用圖解法計算。1）等溫等容過程，且各級體積相同。（1）圖解法基本原理

由知可以分別作出和線，兩線交點的橫坐標即為CAi3.圖解計算知可以分別作出和線，兩線交點的橫坐標即為CAi106（2）作圖步驟a.在圖上標出動力學(xué)曲線OM的直線與OM線交于A1點，其橫坐標即為CA1c.由于各級溫度相同，所以各級的動力學(xué)線均為OM線；又為等容過程，各級體積相等過作的平行線，與OM曲線交于A2,其橫坐標即為CA2,如此下去，當(dāng)最終濃度等于或小于規(guī)定出口濃度時，所作平行線的根數(shù)就是反應(yīng)器