变温平推流反应器
工业实际中，没有一个反应器是绝对等温的
热量衡算式 联立求解
浓度分布
温度分布
物料衡算式
RAAA dVrdxCV ?0
RARapii dVrHdATTKdTcN ?????? )(
变温平推流反应器
物料温度变化 传给环境 反应热
等温情况下
)()()( RARa dVrHdATTK ????
绝热情况下
)()( RARpii dVrHdTcN ????
联立
求解
变温平推流反应器 ------ 绝热温升
)()( RARpii dVrHdTcN ????
绝热下
由于
AAARA dxNdNdVr 0)( ???
AARpii dxNHdTcN 0)( ????
令
00 ?Ax
式 (3-19 )
化为
，则
pii
AR
A cN
NH
dx
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?
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(3-19)
(3-20)
(3-21)
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代入（ 3-20）
若
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??
Adx
dT
绝热温升
重要的工程概念
多级平推流反应器的串联
0V
1 2 i n
2RV RiV RnV
0Ax
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0AC 1Ax 2Ax
1,?iAx iAx,1,?NAx ANx
……
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V,
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C,
0
0
与单一平推流
反应器相同
思考题
ED ?? ?
请考虑要使并列的两路得到相同的转化率，
则两路的流量比是多少？
E
R
D
R
V
V
V
V )()(
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由于
多级全混流反应器的串联
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iA
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CC
r
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V
V
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稳态，定容
多级全混流反应器串联的计算
一级反应，
m级反应器串联
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iAiA
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CC
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C
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多级全混流反应器串联的计算
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各级反应器体积相同时：
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反应总体积
多级全混流反应器串联 --- 图示
各级反应体积不同
多级全混流反应器串联的优化
优化 总反应体积最小
一级不可逆反应
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理想流动反应器的组合与反应体积比较
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理想流动反应器的组合与反应体积比较
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(f)
理想流动反应器的组合与反应体积比较
理想流动反应器的组合
工业生产中的应用
某个真实反应器的模型
相同的反应，
相同进料流量和浓度
相同温度和最终反应率
一个全混流反应器与一个平推流反应器的比较
]/[]
)(
[
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A
A
A
fA
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RM
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r
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V
V
多个全混流反应器串联与一个平推流反应器的比较
一级不可逆反应 二级不可逆反应
]1 1/ [ ln]1)1( 1[ /1
Af
m
AfRP
RM
xxmV
V
????
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率
一,平行反应 --- 一个反应物
1,温度效应
nRTE
A ACekr
/
0
??
A
L(主反应 )
M(副反应 )
1
2
提高温度对活化能高的反应有利
降低温度对活化能低的反应有利
若 E1>E2,则在较高温度下进行
若 E1<E2,则在较低温度下进行
若 E1=E2,温度变化对选择性无影响
21
12 )(
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EE
MA
LA
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21
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2,浓度效应
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率 平行反应
若 n1>n2,较高反应物浓度
对主反应有利
若 n1<n2,较低反应物浓度
对主反应有利
若 n1=n2,反应物浓度对
选择性无影响
平推流反应器，低的单程转化率
全混流反应器，加入稀释剂；
反应后物料循环
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率
平行反应 两个反应物
A+B
L(主反应 )
M(副反应 )
1
2
111 mBnAL CCkr ?
222 mBnAM CCkr ?
间歇操作
n1>n2,m1>m2
CA,CB 都高
n1>n2,m1<m2
CA高,CB低
n1<n2,m1<m2
CA,CB 都低
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率
平行反应 两个反应物
A+B
L(主反应 )
M(副反应 )
1
2
111 mBnAL CCkr ?
222 mBnAM CCkr ?
连续流动操作
n1>n2,m1>m2
CA,CB 都高
n1<n2,m1<m2
CA,CB 都低
n1>n2,m1<m2
CA高,CB低
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率
二, 连串反应 MLA
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A
A
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3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率 一级连串反应
组分 A,单调下降 ；
产物 L,先升后降，有极大值 ；
产物 M,单调上升
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率
流动类型对反应结果的影响
(a) 对反应液整体均匀照射 (b) 对小部分反应液照射
辐射能量相同
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率 L为主产物时
1,温度效应
2,浓度效应
若 E1>E2,则在较高温度下进行
若 E1<E2,则在较低温度下进行
若 E1=E2,温度变化对选择性无影响
若 n1>n2,增加初浓度 CA0
若 n1<n2,降低初浓度 CA0
若 n1=n2,初浓度的变化对选择性无影响
3,转化率 CL/CA随 xA的增大而增大
L的瞬时选择性下降
转化率过高，选择性降低工业上分离再循环
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率
3,流动类型的影响 对于不可逆的连串反应且以反应的中
间物为目的产物时，返混总是对选择
性不利
左
左
右
左
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率
连串反应的最佳反应时间与最大收率
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12
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??
间歇反应器或平推流反应器
12
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(*)
一级不可逆连串反应，不论采用哪一种反应器，主产物
最大收率与反应物初浓度无关，只与 k2/k1的比值有关。
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mm
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kCC
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全混流反应器
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kko p tm
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最佳反应时间
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kk
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3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率
(a) 平推流
(b) 全混流
1,xA,k2/k1相同时,BSTR和 PFR比 CSTR好
2,k2/k1<<1,低转化率下操作
3,k2/k1>>1,高转化率下操作
变温平推流反应器中浓度、温度分布的计算
多级全混流反应器中进行简单反应时的体积计
算及其优化
理想流动反应器简单组合的基本概念和计算
理想流动反应器中进行连串反应和平行反应时
的适宜操作方式的判断，简单的计算
A+( )=(A)
(A)=(B)+S
(B)=B+( )
1为控制步骤时：
****
1 1
11
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内扩散有效因子的定义式
速度及内表面积计算的反应按反应组分外表面浓度
梯度计算的扩散速率按反应组分外表面浓度??
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工业实际中，没有一个反应器是绝对等温的
热量衡算式 联立求解
浓度分布
温度分布
物料衡算式
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变温平推流反应器
物料温度变化 传给环境 反应热
等温情况下
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绝热情况下
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联立
求解
变温平推流反应器 ------ 绝热温升
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绝热下
由于
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化为
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绝热温升
重要的工程概念
多级平推流反应器的串联
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与单一平推流
反应器相同
思考题
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则两路的流量比是多少？
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多级全混流反应器串联的计算
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反应总体积
多级全混流反应器串联 --- 图示
各级反应体积不同
多级全混流反应器串联的优化
优化 总反应体积最小
一级不可逆反应
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理想流动反应器的组合与反应体积比较
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理想流动反应器的组合与反应体积比较
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理想流动反应器的组合与反应体积比较
理想流动反应器的组合
工业生产中的应用
某个真实反应器的模型
相同的反应，
相同进料流量和浓度
相同温度和最终反应率
一个全混流反应器与一个平推流反应器的比较
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多个全混流反应器串联与一个平推流反应器的比较
一级不可逆反应 二级不可逆反应
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3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率
一,平行反应 --- 一个反应物
1,温度效应
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降低温度对活化能低的反应有利
若 E1>E2,则在较高温度下进行
若 E1<E2,则在较低温度下进行
若 E1=E2,温度变化对选择性无影响
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3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率 平行反应
若 n1>n2,较高反应物浓度
对主反应有利
若 n1<n2,较低反应物浓度
对主反应有利
若 n1=n2,反应物浓度对
选择性无影响
平推流反应器，低的单程转化率
全混流反应器，加入稀释剂；
反应后物料循环
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率
平行反应 两个反应物
A+B
L(主反应 )
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1
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间歇操作
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3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率
平行反应 两个反应物
A+B
L(主反应 )
M(副反应 )
1
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111 mBnAL CCkr ?
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连续流动操作
n1>n2,m1>m2
CA,CB 都高
n1<n2,m1<m2
CA,CB 都低
n1>n2,m1<m2
CA高,CB低
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率
二, 连串反应 MLA
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3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率 一级连串反应
组分 A,单调下降 ；
产物 L,先升后降，有极大值 ；
产物 M,单调上升
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率
流动类型对反应结果的影响
(a) 对反应液整体均匀照射 (b) 对小部分反应液照射
辐射能量相同
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率 L为主产物时
1,温度效应
2,浓度效应
若 E1>E2,则在较高温度下进行
若 E1<E2,则在较低温度下进行
若 E1=E2,温度变化对选择性无影响
若 n1>n2,增加初浓度 CA0
若 n1<n2,降低初浓度 CA0
若 n1=n2,初浓度的变化对选择性无影响
3,转化率 CL/CA随 xA的增大而增大
L的瞬时选择性下降
转化率过高，选择性降低工业上分离再循环
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率
3,流动类型的影响 对于不可逆的连串反应且以反应的中
间物为目的产物时，返混总是对选择
性不利
左
左
右
左
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率
连串反应的最佳反应时间与最大收率
)()( 210
12
1 tktk
AL eeCkk
kC ?? ?
??
间歇反应器或平推流反应器
12
12 )/ln (
kk
kkt
opt ??
最佳反应时间
0?dtdC L
最大出口浓度
最大收率
12
2
)()(
2
1
0m a x
kk
k
ALf k
kCC ??
12
2
)(
2
1
m a x
kk
k
k
kY ??
(*)
一级不可逆连串反应，不论采用哪一种反应器，主产物
最大收率与反应物初浓度无关，只与 k2/k1的比值有关。
)1)(1( 21
10
mm
mA
Lf kk
kCC
??
?
???
全混流反应器
21
1)(
kko p tm
??
最佳反应时间
0?dtdC L
最大出口浓度
最大收率
2
21
0
m a x )1()( kk
CC A
Lf ?? (*)
2
21
m a x )1(
1
kk
Y
?
? (*)
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率
(a) 平推流
(b) 全混流
1,xA,k2/k1相同时,BSTR和 PFR比 CSTR好
2,k2/k1<<1,低转化率下操作
3,k2/k1>>1,高转化率下操作
变温平推流反应器中浓度、温度分布的计算
多级全混流反应器中进行简单反应时的体积计
算及其优化
理想流动反应器简单组合的基本概念和计算
理想流动反应器中进行连串反应和平行反应时
的适宜操作方式的判断，简单的计算
A+( )=(A)
(A)=(B)+S
(B)=B+( )
1为控制步骤时：
****
1 1
11
MMLLBBAA
i
n
i PbPbPbPb ????
?? ?
?
?
****
*
1 MMLLBBAA
AA
A PbPbPbPb
Pb
??????
BB PP ?*
*SPS不被吸附，分母中没有
p
SB
p
SB
A K
PP
K
PPP ?? **
BB
p
SBA
p
SBAd
Aa
BBAA
AAdAa
AdAaA
Pb
K
PPb
K
PPbk
Pk
PbPb
PbkPk
kPkr
??
?
?
??
?
???
1
1
**
*
0
??
内扩散有效因子的定义式
速度及内表面积计算的反应按反应组分外表面浓度
梯度计算的扩散速率按反应组分外表面浓度??
iASs
S
As
SCfk
dSCfk
)(
)(
0??
