《化學反應工程》階段輔導連續(xù)流動釜式反應器(CSTR)

1、化學反應工程階段輔導連續(xù)流動釜式反應器(CSTR)連續(xù)流動釜式反應器的特點，可歸結為：反應器中物料濃度和溫度處處相等，并且等于反應器出口物料的濃度和溫度。 物料質點在反應器內停留時間有長有短，存在不同停留時間物料的混合，即返混程度最大。(3)反應器內物料所有參數(shù)，如濃度、溫度等都不隨時間變化，從而不存在時間這個自變量。CSTR 特點連續(xù)流動釜式反應器(CSTR)CSTR的基本運算基本方程（等溫等容）進入 = 流出 + 反應掉 + 積累空時PFR中集中參數(shù)代數(shù)式分布參數(shù)取微元積分需記憶積分結果由基本方程導出圖解法比較xA越大，相差越大n=1n=2n越大，相差越大管式循環(huán)反應器特征： 循環(huán)反應器形

2、式上是一個管式反應器，只是把反應器出口流中一部分循環(huán)返回到反應器的進口。表征循環(huán)反應器特性的一個重要參數(shù)是循環(huán)比R，它是表示循環(huán)物料的流量與離開反應系統(tǒng)的流量之比： 循環(huán)比循環(huán)反應器計算對小系統(tǒng)，是PFR：對大系統(tǒng)：所以：返混的分析討論返混是連續(xù)化過程的伴生結果Batch ReactorCSTR 返混重要的工程因素返混與反應器型式無關，與操作方式有關。間歇反應釜連續(xù)CSTR管式PFR循環(huán)管式反應器理想，無返混存在返混返混的起因 a. 空間上的反向流動（狹義）如攪拌造成的主體流動、對流、分子擴散、渦流擴散等； b. 不均勻的速度分布（廣義） 如管內層流流動時的拋物線速度分布（湍流流動速度分布比層

3、流均勻，但仍有不均勻性）、反應器中的死區(qū)、溝流、短路都會造成嚴重的速度分布不均勻。 狹義返混專指前者，廣義返混則包括后者。兩者的共同點是都會造成停留時間不同的物料之間的混合。 返混的結果a.反應物濃度降低，產(chǎn)物濃度升高濃度均勻化b.造成反應器內停留時間分布（下一章）若 n=1， xA=0.99， r/r0=1/100 n=2， xA=0.99， r/r0=1/10000低濃度，低反應速率存在分布返混反應物濃度普遍下降產(chǎn)物濃度普遍上升反應速率反應選擇性返混對反應結果的影響返混改變了理想反應器中的濃度分布集中參數(shù)工程因素動力學因素反應工程理論思維方法混合與返混間歇同樣經(jīng)歷（相同性質、相同濃度）的物

4、料之間的混合連續(xù)不同經(jīng)歷（不同性質、不同濃度）的物料之間的混合是不同時刻進入反應器的物料之間的混合，稱為返混返混反應物濃度CA產(chǎn)物濃度 CP反應結果簡單 -rA 不利可逆 -rA 不利 低xA -rA 有利自催化 中xA -rA 相當 高xA -rA 不利 n1n2 不利平行 n11, 上凹 ， 混合不利n=1, 線性， 無影響n1, 下凹， 混合有利C1C2停留時間分布的應用判斷返混程度的大小固相、凝聚態(tài)計算對平推流反應器，對全混流反應器，對于一般流型反應器，當 接近于零時，可作平推流處理；接近于1時，可作全混流處理流型判斷存在死區(qū)拖尾A.死區(qū)反應器中流體流動極慢以至于幾乎不流動的區(qū)域，也稱

5、滯留區(qū)。多峰響應循環(huán)流B.管式反應器等的外循環(huán)和釜式反應器、流化床等的內循環(huán)雙峰現(xiàn)象溝流與短路C.在固定床反應器、填料塔和滴流床反應器中，由于催化劑裝填不均勻，D.不均勻的速度分布 層流反應器內的速度分布呈現(xiàn)拋物線分布，其停留時間分布密度函數(shù)為：層流反應器確定反應器的模型參數(shù)理想流動反應器模型：PFR模型CSTR模型非理想流動反應器模型：軸向擴散模型多釜串連模型例等體積PFR與CSTR串連，畫出反應器組合系統(tǒng)的RTD曲線t如果t簡單反應過程反應器型式的比較三種反應器基本類型間歇反應器（BSTR）平推流反應器（PFR）連續(xù)攪拌釜式反應器（CSTR）優(yōu)化目標：反應速率(a) (b)(c)(d) (

6、e)(f)(g)編號連接方式總轉化率A兩個CSTR并聯(lián)0.667B兩個CSTR串聯(lián)0.75CPFR串聯(lián)CSTR0.816DCSTR串聯(lián)PFR0.816E兩個PFR并聯(lián)0.865F兩個PFR串聯(lián)0.865G CSTR與PFR并聯(lián)0.766CSTR比PFR優(yōu)轉化率較低時0自催化反應過程的優(yōu)化 PFR 與CSTR相當 PFR 比CSTR優(yōu)轉化率較高時0轉化率中等時0自催化反應的操作優(yōu)化：可逆反應過程的濃度效應特征：平衡一級可逆反應分析 一級 可逆反應速率表達式熱力學動力學濃度效應：T不變，K不變，表明：可逆反應速率的濃度效應和簡單反應相同，隨反應物的濃度增加，反應速率單調增加。因此，在設計和操作中，

7、任何使反應器中反應物濃度降低的工程因素都是不利的，應予避免。為提高反應速率，可通過改變可逆反應的平衡狀態(tài)得到，即從反應混合物中不斷移去產(chǎn)物，有利于反應向生成產(chǎn)物方向進行。如果產(chǎn)物是易揮發(fā)的，則可以從反應器中將產(chǎn)物蒸出，有利于反應的完全進行。對雙組分可逆反應：如果A是比B更貴重的物料，鑒于可逆反應速率和反應轉化率受平衡限制，為提高物料A的利用率和加快反應速率，可以采用物料B過量的措施是極為有效的。若該反應的平衡常數(shù)為1，在A和B的初濃度均為1mol/l時，反應的平衡轉化率為0.5，而同樣反應條件下，僅把B的初濃度提高為2mol/l，此時物料A的平衡轉化率提高為0.67。平行反應的優(yōu)化平行反應的濃度效應濃度升高有利于級數(shù)高的反應優(yōu)化目標：CPf 或Ca f CA 0 CACAf CA0CAf CA0CSTR比PFR優(yōu)PFR比CSTR優(yōu)平行反應的加料方式間歇操作:連續(xù)操作設各