第三章均相反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算

第三章均相化學(xué)反應(yīng)器第一節(jié)反應(yīng)器與反應(yīng)操作第二節(jié)間歇與半間歇反應(yīng)器第四節(jié)完全混合流反應(yīng)器第四節(jié)平推流反應(yīng)器本章主要內(nèi)容第一節(jié)反應(yīng)器與反應(yīng)操作反應(yīng)器與反應(yīng)操作一、反應(yīng)操作利用化學(xué)或生物反應(yīng)進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)或污染物處理時(shí)，需要通過(guò)反應(yīng)條件等的控制，使反應(yīng)向有利的方向進(jìn)行。為達(dá)到這種目的而采取的一系列工程措施通稱為反應(yīng)操作(operationofreaction)。二、反應(yīng)器反應(yīng)器(reactor)：進(jìn)行化學(xué)或生物反應(yīng)的容器的總稱?；瘜W(xué)反應(yīng)器(chemicalreactor)生物反應(yīng)器(bioreactor/biologicalreactor)反應(yīng)器是實(shí)現(xiàn)反應(yīng)的外部條件，同一反應(yīng)在具有不同特性的反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，也會(huì)產(chǎn)生不同的反應(yīng)結(jié)果。反應(yīng)器研究開(kāi)發(fā)的主要目的：選擇合適的反應(yīng)器型式；反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算（確定反應(yīng)器的尺寸）；確定操作方式和優(yōu)化操作條件；反應(yīng)器性能的評(píng)價(jià)。反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)物的流動(dòng)狀態(tài)、混合狀態(tài)、濃度與溫度分布、質(zhì)量和能量傳遞性能等反應(yīng)器的特性及其決定因素反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)型式、操作方式、操作條件等反應(yīng)器與反應(yīng)操作三、反應(yīng)器的操作方式間歇操作（分批操作）(batchoperation)充/排式操作(fillanddrawoperation)連續(xù)操作(continuousoperation)半間歇操作(semi-batchoperation)半連續(xù)操作(semi-continuousoperation)反應(yīng)器與反應(yīng)操作（一）間歇操作（分批操作）將反應(yīng)原料一次加入反應(yīng)器，反應(yīng)一段時(shí)間或達(dá)到一定的反應(yīng)程度后一次取出全部的反應(yīng)物料，然后進(jìn)入下一輪操作。濃度cA物質(zhì)的量nA體積V反應(yīng)器與反應(yīng)操作操作特點(diǎn)：反應(yīng)過(guò)程中既沒(méi)有物料的輸入，也沒(méi)有物料的輸出，不存在物料的進(jìn)與出?；咎卣鳎洪g歇反應(yīng)過(guò)程是一個(gè)非穩(wěn)態(tài)的過(guò)程，反應(yīng)器內(nèi)組成隨時(shí)間變化而變化。反應(yīng)時(shí)間濃度完全混合流反應(yīng)器反應(yīng)物反應(yīng)產(chǎn)物主要優(yōu)點(diǎn)：操作靈活，設(shè)備費(fèi)低，適用于小批量生產(chǎn)或小規(guī)模廢水的處理。主要缺點(diǎn)：設(shè)備利用率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，每批的操作條件不易相同，不便自動(dòng)控制。間歇操作的主要特點(diǎn)

反應(yīng)器與反應(yīng)操作連續(xù)地將原料輸入反應(yīng)器，反應(yīng)產(chǎn)物也連續(xù)地流出反應(yīng)器（二）連續(xù)操作處理水污水曝氣池二沉池回流污泥剩余污泥初沉池連續(xù)操作的應(yīng)用（污水的活性污泥處理系統(tǒng)）反應(yīng)器與反應(yīng)操作反應(yīng)量-rAV濃度cA體積VA的流入量A的流出量操作特點(diǎn)∶物料連續(xù)輸入，產(chǎn)物連續(xù)輸出，時(shí)刻伴隨著物料的流動(dòng)?；咎卣鳌眠B續(xù)反應(yīng)過(guò)程是一個(gè)穩(wěn)態(tài)過(guò)程，反應(yīng)器內(nèi)各處的組成不隨時(shí)間變化。（反應(yīng)組分、濃度可能隨位置變化而變化。）主要優(yōu)點(diǎn)∶便于自動(dòng)化，勞動(dòng)生產(chǎn)率高，反應(yīng)程度與產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定。規(guī)模大或要求嚴(yán)格控制反應(yīng)條件的場(chǎng)合，多采用連續(xù)操作。主要缺點(diǎn)∶靈活性小，設(shè)備投資高。連續(xù)操作的主要特點(diǎn)反應(yīng)器與反應(yīng)操作操作：原料與產(chǎn)物中的一種或一種以上為連續(xù)輸入或輸出，而其它成分分批加入或取出的操作稱為半間歇操作或半連續(xù)操作。（三）半間歇操作/半連續(xù)操作主要特點(diǎn)：半間歇操作具有間歇操作和連續(xù)操作的某些特點(diǎn)。反應(yīng)器內(nèi)的組成隨時(shí)間變化而變化。反應(yīng)量-rAV濃度cA，cB體積VA的流入量應(yīng)用：生物反應(yīng)器的分批補(bǔ)料操作(fed–batchoperation)，又稱“補(bǔ)料分批操作”，俗稱“流加操作”反應(yīng)器與反應(yīng)操作四、反應(yīng)器的類(lèi)型（一）按反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)分類(lèi)：釜（槽）式(tank)反應(yīng)器、管式(tubular)反應(yīng)器、塔式(column/tower)反應(yīng)器、固定床(fixedbedreactor)、膨脹床(expandedbedreactor)、流化床(fluidizedbedreactor)等。（二）按反應(yīng)物的聚集狀態(tài)分類(lèi)：均相反應(yīng)器、非均相反應(yīng)器（如氣-液反應(yīng)器等）（三）按反應(yīng)操作分類(lèi)：間歇反應(yīng)器（分批反應(yīng)器）、連續(xù)反應(yīng)器和半連續(xù)反應(yīng)器以及恒溫反應(yīng)器、非恒溫反應(yīng)器等。（四）按流態(tài)分類(lèi)：理想流反應(yīng)器和非理想流反應(yīng)器。完全混合流（全混流）反應(yīng)器和推流反應(yīng)器。反應(yīng)器與反應(yīng)操作五、反應(yīng)器的設(shè)計(jì)選擇合適的反應(yīng)器型式；確定最佳的操作條件；計(jì)算達(dá)到規(guī)定的目標(biāo)所需要的反應(yīng)體積，確定反應(yīng)器的主要尺寸。反應(yīng)器設(shè)計(jì)用到的基本方程：

反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程、物料/能量/動(dòng)量衡算式反應(yīng)器與反應(yīng)操作一、間歇反應(yīng)器二、半間歇反應(yīng)器第二節(jié)間歇與半間歇反應(yīng)器本節(jié)的主要內(nèi)容非穩(wěn)態(tài)物料衡算：貯槽內(nèi)裝滿濃度為10％的某溶液2000kg，把濃度為0.2%的同種物質(zhì)溶液以100kg/h的速度送進(jìn)槽內(nèi)，混合均勻后以同樣的速度排出，求濃度降為1%所用的時(shí)間。micimocoM、c解：對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，雖然流入和流出的流量相同，但流入與流出流體的組分濃度不同，因此，這道題是非穩(wěn)態(tài)的物料衡算問(wèn)題。對(duì)于無(wú)化學(xué)反應(yīng)的非穩(wěn)態(tài)問(wèn)題，物料衡算有：流入的量＝流出的量＋累積量微元時(shí)間內(nèi)流入的溶質(zhì)量：微元時(shí)間內(nèi)流出的溶質(zhì)量：微元時(shí)間內(nèi)累積溶質(zhì)量：總質(zhì)量：總質(zhì)量：總質(zhì)量：對(duì)總質(zhì)量列等式有：M不隨時(shí)間發(fā)生變化對(duì)溶質(zhì)列等式有：又有：溶液在槽內(nèi)混合均勻又：分部積分，有：1.間歇反應(yīng)器的操作方法將反應(yīng)物料按一定比例一次加到反應(yīng)器內(nèi)，然后開(kāi)始攪拌，使反應(yīng)器內(nèi)物料的濃度和溫度保持均勻。反應(yīng)一定時(shí)間，反應(yīng)率達(dá)到所定的目標(biāo)之后，將混合物料排出反應(yīng)器。之后再加入物料，進(jìn)行下一輪操作，如此反復(fù)。一、間歇反應(yīng)器2.間歇反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算的目的(1)確定達(dá)到一定的反應(yīng)率時(shí)需要的反應(yīng)時(shí)間(2)根據(jù)反應(yīng)時(shí)間確定轉(zhuǎn)化率或反應(yīng)后的各組分濃度第二節(jié)間歇與半間歇反應(yīng)器間歇反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基本方程及設(shè)計(jì)方法（恒容反應(yīng)）（恒容反應(yīng)）第二節(jié)間歇與半間歇反應(yīng)器【例題1】間歇反應(yīng)器中發(fā)生一級(jí)反應(yīng)A→B(恒容反應(yīng))，反應(yīng)速率常數(shù)k為0.35h-1，要使A的去除率達(dá)到90％，則A在反應(yīng)器中需反應(yīng)多少小時(shí)？解：設(shè)xA為轉(zhuǎn)化率，則cA的值為

cA=cA0(1-xA)=cA0(1-0.90)=0.10cA0

根據(jù)設(shè)計(jì)方程：cA/cA0=e-kt

有0.10cA0/cA0=e-0.35t

解得t=6.58h第二節(jié)間歇與半間歇反應(yīng)器間歇反應(yīng)器的圖解設(shè)計(jì)法(12.2.4)(12.2.6)－1/rA－1/rA第二節(jié)間歇與半間歇反應(yīng)器(1)將兩種或兩種以上的反應(yīng)物、或其中的一些組分一次性放入反應(yīng)器中，然后將某一種反應(yīng)物連續(xù)加入反應(yīng)器。

特點(diǎn)：可控制加入成分在反應(yīng)器中的濃度，便于控制反應(yīng)速率。

(2)將反應(yīng)物料一次性加入反應(yīng)器，在反應(yīng)過(guò)程中將某個(gè)產(chǎn)物連續(xù)取出。

特點(diǎn)：可以使反應(yīng)產(chǎn)物維持在低濃度水平（利于可逆反應(yīng)向生成產(chǎn)物的正方向進(jìn)行；防止分泌產(chǎn)物對(duì)微生物生長(zhǎng)的抑制作用）。二、半間歇反應(yīng)器（一）半間歇反應(yīng)器的操作方法第二節(jié)間歇與半間歇反應(yīng)器半間歇操作的特點(diǎn)(1)與間歇操作一樣，是一個(gè)非穩(wěn)態(tài)過(guò)程(2)與間歇操作不同之處：反應(yīng)混合液的體積隨時(shí)間而變化。反應(yīng)量-rAVA的流入量第二節(jié)間歇與半間歇反應(yīng)器nA＝(nA0＋qnA0t)(1－xA)（二）半間歇反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算1.轉(zhuǎn)化率的定義第二節(jié)間歇與半間歇反應(yīng)器2.半間歇反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方程單位時(shí)間內(nèi)A的加入量：qnA0＝qVcA0單位時(shí)間內(nèi)A的排出量：0反應(yīng)量：(－rA)V積累量：dnA/dt＝d(cAV)/dt＝cA(dV/dt)+V(dcA/dt)物料衡算式：qVcA0=(－rA)V+cA(dV/dt)+V(dcA/dt)(13.1.2)qVcA0=(－rA)V+cAqV+V(dcA/dt) (13.1.3)V＝V0＋qVt反應(yīng)量-rAVA的流入量第二節(jié)間歇與半間歇反應(yīng)器【例題2】對(duì)于由反應(yīng)(a)和(b)構(gòu)成的反應(yīng)系統(tǒng)，試定性說(shuō)明在下述半間歇操作時(shí)的反應(yīng)系統(tǒng)中各組分的濃度變化。(1)先向反應(yīng)器中加入A，之后連續(xù)加入B。(2)先向反應(yīng)器中加入B，之后連續(xù)加入A。A+B→P，r1＝k1cAcB

(a)A+P→Q，r2＝k2cAcP

(b)第二節(jié)間歇與半間歇反應(yīng)器(a)先加入A，連續(xù)加入B時(shí)的變化(b)先加入B，連續(xù)加入A時(shí)的變化tctcA+B→P，r1＝k1cAcB

(a)A+P→Q，r2＝k2cAcP

(b)第二節(jié)間歇與半間歇反應(yīng)器(1)對(duì)于一個(gè)實(shí)際規(guī)模的均相連續(xù)反應(yīng)器，影響反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的主要因素有哪些？(2)間歇反應(yīng)器的一般操作方式是什么？你能舉出哪些間歇反應(yīng)器的例子？(3)半間歇反應(yīng)器有哪幾種操作方式？(4)半間歇反應(yīng)器與間歇反應(yīng)器相比有哪些異同點(diǎn)？(5)對(duì)于半間歇反應(yīng)器，轉(zhuǎn)化率是如何定義的？本節(jié)思考題第二節(jié)間歇與半間歇反應(yīng)器一、單級(jí)反應(yīng)器二、多級(jí)串聯(lián)反應(yīng)器第三節(jié)全混流反應(yīng)器本節(jié)的主要內(nèi)容一、單級(jí)反應(yīng)器（一）操作方法與特點(diǎn)操作方法：連續(xù)恒定地向反應(yīng)器內(nèi)加入反應(yīng)物，同時(shí)連續(xù)不斷地把反應(yīng)液排出反應(yīng)器，并采取攪拌等手段使反應(yīng)器內(nèi)物料濃度和溫度保持均勻。全混流反應(yīng)器是一種理想化的反應(yīng)器。應(yīng)用：污水的pH中和槽、混凝沉淀槽以及好氧活性污泥的生物反應(yīng)器（常稱曝氣池）第三節(jié)全混流反應(yīng)器第三節(jié)全混流反應(yīng)器（二）設(shè)計(jì)方法全混流槽式連續(xù)反應(yīng)器(continuousStirredTankReactor，CSTR)反應(yīng)量-rAV濃度cA體積VA的流入量A的流出量qnA0＝qnA＋(－rA)V＋dnA/dt在穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下，組成不變，反應(yīng)速率恒定，即dnA/dt=0－rAV＝qnA0－

qnA－rAV＝qV0cA0－

qVcA【例題3】完全混合流反應(yīng)器中發(fā)生一級(jí)反應(yīng)A→B，反應(yīng)速率常數(shù)k為0.35h-1，要使A的去除率達(dá)到90％，則A需在反應(yīng)器中停留多少小時(shí)？解：設(shè)xA為轉(zhuǎn)化率，則cA的值為

cA=cA0(1-xA)=cA0(1-0.90)=0.10cA0

根據(jù)反應(yīng)平衡方程：τ=(cA0-cA)/kcA

有τ=(cA0-0.10cA0)/(0.35×0.10cA0)=25.7h第三節(jié)全混流反應(yīng)器第三節(jié)全混流反應(yīng)器全混流反應(yīng)器的圖解設(shè)計(jì)法τ＝(cA0xA)/-rAτ＝(cA0－cA)/－rA

（恒容反應(yīng)）第三節(jié)全混流反應(yīng)器-1/rA-1/rA二、多級(jí)串聯(lián)反應(yīng)器（一）多級(jí)串聯(lián)全混流反應(yīng)器的基本方程c0c1c2τ＝τ1＋τ2＋···＋τncn－1/rA第三節(jié)全混流反應(yīng)器在恒容條件下，第i個(gè)反應(yīng)器的基本設(shè)計(jì)方程為：第三節(jié)全混流反應(yīng)器（二）多級(jí)串聯(lián)反應(yīng)器的逐步計(jì)算法一級(jí)恒容反應(yīng)：－rAi＝kcAi第三節(jié)全混流反應(yīng)器（二）多級(jí)串聯(lián)反應(yīng)器的逐步計(jì)算法二級(jí)恒容反應(yīng)：－rAi＝kcAi2第三節(jié)全混流反應(yīng)器【例題4】乙酸的水解反應(yīng)，可以近似地看作一級(jí)反應(yīng)，該反應(yīng)在300K時(shí)的速率方程為：－rA=2.77×10-3cAmol/(m3s)。將乙酸濃度為600mol/m3的液體以0.050m3/min的速度送入一完全混合流反應(yīng)器。試求以下幾種情況時(shí)的乙酸的轉(zhuǎn)化率。(1)反應(yīng)器的體積為0.80m3時(shí)；(2)0.40m3的反應(yīng)器，二個(gè)串聯(lián)使用時(shí)；(3)0.20m3的反應(yīng)器，四個(gè)串聯(lián)使用時(shí)。第三節(jié)全混流反應(yīng)器(1)反應(yīng)器的體積為0.80m3時(shí)平均空間時(shí)間第三節(jié)全混流反應(yīng)器(2)0.40m3的反應(yīng)器，二個(gè)串聯(lián)使用時(shí)每個(gè)槽的平均空間時(shí)間第三節(jié)全混流反應(yīng)器(3)0.20m3的反應(yīng)器，四個(gè)串聯(lián)使用時(shí)每個(gè)槽的平均空間時(shí)間第三節(jié)全混流反應(yīng)器（三）圖解計(jì)算法操作方程速率方程反應(yīng)曲線－rA第三節(jié)全混流反應(yīng)器反應(yīng)曲線圖解計(jì)算法的步驟－rA第三節(jié)全混流反應(yīng)器【例題5】已知一級(jí)反應(yīng)A→B在10個(gè)串聯(lián)的完全混合流反應(yīng)器(CSTR)中進(jìn)行，假設(shè)反應(yīng)速率常數(shù)k為0.35h-1，反應(yīng)物A的初始濃度為150mg/L，10個(gè)CSTR完全相同，A在每個(gè)CSTR中的停留時(shí)間是1/1.5h，分別采用公式法和圖解法求A的轉(zhuǎn)化率。第三節(jié)全混流反應(yīng)器公式法：當(dāng)n=10時(shí),有所以10個(gè)串聯(lián)的CSTR反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率為：xA=(150-18.0)/150×100%=88.0%。對(duì)于完全混合流反應(yīng)器，基本方程為第三節(jié)全混流反應(yīng)器圖解法：如圖所示，以－rA對(duì)cA作圖得反應(yīng)曲線，以－1/τ的斜率構(gòu)造三角曲線圖得10個(gè)CSTR反應(yīng)器的反應(yīng)曲線，從圖中讀出第10個(gè)CSTR的出口濃度cA為18mg/L。所以10個(gè)串聯(lián)的CSTR反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率為：xA=(150-18.0)/150×100%=88.0%。一級(jí)反應(yīng)速率方程為－rA/(mg·L－1·h－1)cA/(mg·L－1)第三節(jié)全混流反應(yīng)器(1)全混流連續(xù)反應(yīng)器的一般操作方式是什么？你能舉出哪些間歇反應(yīng)器的例子？(2)與間歇反應(yīng)器相比，對(duì)于同一反應(yīng)，在同樣的反應(yīng)條件下，達(dá)到同樣的轉(zhuǎn)化率，所需全混流連續(xù)反應(yīng)器的體積有何不同？為什么？本節(jié)思考題第三節(jié)全混流反應(yīng)器(3)對(duì)于一簡(jiǎn)單不可逆反應(yīng)，在反應(yīng)器總有效體積和反應(yīng)條件不變的條件下，隨著全混流反應(yīng)器的級(jí)數(shù)的增加，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率如何變化？為什么？轉(zhuǎn)化率的極限值是什么？(4)簡(jiǎn)述多級(jí)全混流反應(yīng)器的解析計(jì)算法。(5)簡(jiǎn)述多級(jí)全混流反應(yīng)器的圖解計(jì)算法。本節(jié)思考題第三節(jié)全混流反應(yīng)器一、簡(jiǎn)單的平推流反應(yīng)器二、具有循環(huán)操作的平推流反應(yīng)器第四節(jié)平推流反應(yīng)器

本節(jié)的主要內(nèi)容一、簡(jiǎn)單的平推流反應(yīng)器平推流反應(yīng)器的特點(diǎn)：在連續(xù)穩(wěn)態(tài)操作條件下，反應(yīng)器各斷面上的參數(shù)不隨時(shí)間變化而變化。反應(yīng)器內(nèi)各組分濃度等參數(shù)隨軸向位置變化而變化，故反應(yīng)速率亦隨之變化。在反應(yīng)器的徑向端面上各處濃度均一，不存在濃度分布。（一）操作方式將物料連續(xù)流入、并連續(xù)取出，在反應(yīng)器內(nèi)使物料沿同一方向、以同樣的速度流動(dòng)[活塞流(pistonflow)]第四節(jié)平推流反應(yīng)器

第四節(jié)平推流反應(yīng)器

（一）平推流反應(yīng)器的基本方程在穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下，dnA/dt=0qnA＝qnA＋

dqnA＋(－rA)dV＋dnA/dt－

dqnA＝(－rA)dVdVV（二）設(shè)計(jì)計(jì)算方法恒溫恒容反應(yīng)的設(shè)計(jì)方程：與間歇反應(yīng)相同第四節(jié)平推流反應(yīng)器

基本方程的不同表達(dá)形式微分形式積分形式【例題6】在例題5中，假如反應(yīng)在1個(gè)平推流反應(yīng)器中進(jìn)行，且停留時(shí)間與10個(gè)串連CSTR的總停留時(shí)間相同，試計(jì)算A的轉(zhuǎn)化率，并與例題5中的結(jié)果比較。對(duì)于平推流反應(yīng)器，基本方程為于是有所以1個(gè)平推流反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率為：xA=(150-14.5)/150×100%=90.3%。解：第四節(jié)平推流反應(yīng)器

xA＝88.0%第四節(jié)平推流反應(yīng)器

【例題7】平推流反應(yīng)器中發(fā)生一級(jí)反應(yīng)A→B，反應(yīng)速率常數(shù)k為0.35h-1，要使A的去除率達(dá)到90％，則A需在反應(yīng)器中停留多少小時(shí)？設(shè)xA為轉(zhuǎn)化率，則cA的值為cA=cA0(1-xA)=cA0(1-0.90)=0.10cA0根據(jù)反應(yīng)平衡方程：cA/cA0=e-kτ有(0.10cA0)/cA0=e-0.35τ解得τ=6.58h解：第四節(jié)平推流反應(yīng)器

【例題8】乙酸的水解反應(yīng)，可以近似地看作一級(jí)反應(yīng)，該反應(yīng)在300K時(shí)的速率方程為：－rA=2.77×10-3cAmol/(m3s)

將乙酸乙酯濃度為600mol/m3的液體以0.050m3/min的速度送入一有效體積為0.80m3的平推流反應(yīng)器，求反應(yīng)器出口處的轉(zhuǎn)化率。第四節(jié)平推流反應(yīng)器

對(duì)于一級(jí)反應(yīng)，在恒容條件下：－rA=kcA=kcA0(1-xA)解：第四節(jié)平推流反應(yīng)器

根據(jù)題意，k=2.77×10-3s－1s根據(jù)題意，k=2.77×10-3s－1s第四節(jié)平推流反應(yīng)器

圖解計(jì)算法(12.3.19)－1/rA－1/rA(1)將排出反應(yīng)器的混合物的一部分不經(jīng)任何處理直接返送到入口處。二、具有循環(huán)操作的平推流反應(yīng)器（一）循環(huán)反應(yīng)器的操作方法反應(yīng)器反應(yīng)物料產(chǎn)物循環(huán)(a)反應(yīng)器反應(yīng)物料產(chǎn)物未反應(yīng)物料循環(huán)

(b)分離器(2)在反應(yīng)器出口設(shè)一分離裝置，將反應(yīng)產(chǎn)物分離取出，只把未反應(yīng)的物料返送到反應(yīng)器入口處。第四節(jié)平推流反應(yīng)器

(3)微生物培養(yǎng)中常用的一種形式。在反應(yīng)器出口設(shè)置菌體分離器，將反應(yīng)產(chǎn)生的菌體濃縮，把濃縮后的菌體的一部分或全部返送到反應(yīng)器生成物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)菌體分離器菌體濃縮液第四節(jié)平推流反應(yīng)器

（二）循環(huán)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方法MN(a)平推流循環(huán)反應(yīng)器第四節(jié)平推流反應(yīng)器

1.循環(huán)反應(yīng)器的物料衡算反應(yīng)器系統(tǒng)外圍，即虛線部分的轉(zhuǎn)化率xAe＝(qnA0－qnAe)/qnA0 即：qnAe＝qnA0(1－xAe)/qnA0 MN第四節(jié)平推流反應(yīng)器

反應(yīng)器出口點(diǎn)(2)A的物質(zhì)流量

qnA2＝(1＋γ)qnAe＝qnA0(1＋γ)(1－xAe)N點(diǎn)出的物料衡算

qnA3＝γqnAe＝qnA0γ(1－xAe) 混合點(diǎn)M處的物料衡算式為：

qnA1＝qnA0＋qnA3

可得：

qnA1＝qnA0[1＋γ(1－xAe)] MN第四節(jié)平推流反應(yīng)器

1.進(jìn)入反應(yīng)器的物質(zhì)流量不是qnA0而是qnA1

qnA1＝qnA0[1＋γ(1－xAe)] 2.進(jìn)入反應(yīng)器的物料是新鮮物料與反應(yīng)后物料的混合物。故對(duì)反應(yīng)器本身進(jìn)行物料衡算時(shí)，不能使用qnA0定義的轉(zhuǎn)化率xA。幾點(diǎn)說(shuō)明與注意點(diǎn)第四節(jié)平推流反應(yīng)器

qnA2＝(1＋γ)qnAe＝qnA0(1＋γ)(1－xAe)qnA0′qnA2＝qnA0′(1－xAe)不難理解xAe可以視為與qnA0′，即qnA0(1＋γ)為基準(zhǔn)的反應(yīng)器出口(2)處的xA2′相等。第四節(jié)平推流反應(yīng)器

2.循環(huán)反應(yīng)器的等價(jià)反應(yīng)器M(b)與(a)等價(jià)的反應(yīng)器(a)平推流循環(huán)反應(yīng)器第四節(jié)平推流反應(yīng)器

MN等價(jià)反應(yīng)器系統(tǒng)的特點(diǎn)(1)物料流的體積流量qV0′＝qV0(1＋γ)，組成與原物料流相同，所以qnA0′＝qnA0(1＋γ)。(2)原物料流與循環(huán)流在M點(diǎn)處混合所產(chǎn)生的組成變化，被假設(shè)為是在反應(yīng)器M內(nèi)所發(fā)生的。進(jìn)入反應(yīng)器M的物料流為未反應(yīng)物料qV0′，A的進(jìn)入量為qnA0′，假想是由于在該反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生反應(yīng)，A的排出量變?yōu)閝nA1。第四節(jié)平推流反應(yīng)器

M(3)反應(yīng)器M出口處的轉(zhuǎn)化率xA1′為：第四節(jié)平推流反應(yīng)器

M系統(tǒng)b的主反應(yīng)器與原系統(tǒng)有相同的反應(yīng)體積和轉(zhuǎn)化率，因此可以利用該系統(tǒng)對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。(4)以qnA0′為基準(zhǔn)的反應(yīng)器出口處的轉(zhuǎn)化率xA2′為：(5)主反應(yīng)器內(nèi)的質(zhì)量流