合 肥 学 院
Hefei University
《化学反应工程》过程论文
题 目： 系 别： 专 业： 学 号： 姓 名： 教师：
2017 年6月
高大明
三种理想流动反应器
姓名：温雨廷 班级:14化工2班 学号：1403022006
间歇釜式反应器、连续流动均相管式反应器和连续流动釜式反应器被认为是三种不同类型的理想流动反应器，也是最基本的反应器。强烈搅拌的间歇釜式反应器中所有物料的质点或粒子在计时器上显示的反应时间都相同。连续流动均相管式反应器，由于长径比大，反应器内流体流动的雷诺数很大，呈湍流流动，可以视为平推流反应器。强烈搅拌的连续流动釜式反应器中，刚进入反应器的新鲜物料与存留在反应器中的物料瞬间达到完全混合，可视为物料质点的停留时间分布极宽的全混流反应器。
一、间歇釜式反应器
1. 釜式反应器
间歇式反应器是一种间歇的按批量进行反应的化学反应器，液体物料在反应器内完全混合而无流量进出。例如:水处理过程中，带有搅拌设备的按批量处理不连续运行的小水量处理池。
采用间歇操作的反应器叫做间歇反应器，其特点是进行反应所需的原料一次装入反应器，然后在其中进行反应，经一定的时间后，达到所要求的反应程度便卸除全部反应物料，其中主要是反应产物以及少量未被转化的原料。 2. 釜式反应器的特征
(1)由于剧烈的搅拌，反应器内物料浓度达到分子尺度上的均匀，且反应器内浓度处处相等，因而排出了物质传递对反应的影响。
(2)由于反应器内具有足够强的传热条件，反应器内各处温度相等，因而无需考虑反应物料内的热量传递问题。
(3)反应器内物料同时开始和停止反应，所有物料具有相同的反应时间。 3. 间歇釜式反应器优缺点
优点：操作灵活、适用于小批量、多品种、反应时间较长的产品生产——精细化工产品的生产。
缺点：装料、卸料等辅助操作时间长 产品质量不稳定。 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，V R 为反应物料在整个反应器中占有的体积，间歇操作则物料的流入量及流出量均为零，此时单一反应关键反应组分A 的物料衡算式可
（r A ）写成 V V R
又因为 n A
+dn A /dt =0
=n A 0(1-x A )
=-dn A /dt =n A 0dx A /dt
（r A ）所以 v V R
n A 0
整理积分可得，t =
V R
⎰
X A f
X A f dx dx A A
=c A 0⎰ 0(r A ) V (r A ) V
5. 讨论：间歇反应器中的单反应
1）K 的影响：k 增大(温度升高） →t 减少→反应体积减小 2）反应浓度的影响零级反应：
（1）t 与初浓度CA0正比一级反应； （2）t 与初浓度CA0无关二级反应； （3）t 与初浓度CA0反比。 3）残余浓度
零级反应：残余浓度随t 直线下降 一级反应：残余浓度随t 逐渐下降
二级反应：残余浓度随t 慢慢下降反应后期的速度很小；
二、连续流动均相管式反应器
1. 平推流反应器(PFR)
沿着物料的流动方向，物料的温度、浓度不断变化，而垂直于物料流动方向的任一截面上物料的所有参数，如温度、浓度、压力、流速都相同，因此，所有物料质点在反应器中具有相同的停留时间，反应器中不存在返混。 2. 平推流反应器(PFR) 的特征
(1)任一截面浓度仅是位置的函数，不随时间而变化。 (2)任一截面（径向）所有物性参数相同
(3)物料质点具有相同的停留时间 2. 平推流均相管式反应器的数学模型
根据平推流反应器的特点，取反应器内一微元体积进行物料衡算 V 0C A 0dx A
=r A dV R dV R =V 0C A 0dx A /r A
x A f 0
两边同时积分，得 V R =V 0C A 0⎰ τ
dx A
r A
=C A 0⎰
x A f
dx A r A
三、连续流动釜式反应器
1. 全混流反应器（CSTR)
全混流反应器（CSTR) 是指物料流动状况符合全混流模型的反应器。在实际反应器中, 连续搅拌釜式反应器由于强烈搅拌, 物料混合均匀, 其流动状况接近全混流。 2. 全混流反应器（CSTR) 的特征
(1)反应器中任一处的物料质点的参数都等于出口的物料质点参数 (2)返混最大
3. 全混流反应器的数学模型
根据全混流反应器的特征，可对整个反应器作物料衡算。定态下，反应器内反应物料的累积量为零，V 0和c A 0分别为液相物料进口流量和反应组分A 的浓度，反应物料充满整个反应器，其体积为V R 。对关键反应组分A 作物料衡算， V 0C A 0 V R =
=V 0C A f +r A V R V 0(C A 0-C A f )
r A
1）反应器内物料参数 浓度、温度等（处处相等）且等于物料出口处的物料参数。 2）物料参数不随时间而变化。
3）反应速率均匀, 且等于出口处的速率, 不随时间变化。 4）返混=∞。
4. 平推流流反应器
平推流流反应器中的浓度推动力大于全混流反应器中的浓度推动力。 结果，平推流反应器体积小于全混流反应器体积。平推流反应器的物料参数如浓度等沿流动方向变化。对于等温反应 很难控制整个反应器内物料温度均匀。
参考文献：
[1] 杨志才主编. 化工生产中的间歇过程. 北京：化学工业出版社，2001. [2] 朱炳辰主编. 化学反应工程. 北京：化学工业出版社，2011. [3] 李绍芬主编. 反应工程. 第2版. 北京：化学工业出版社，2000. [4] 陈甘棠主编. 化学反应工程. 北京：化学工业出版社，1981.