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{教育管理}化学反应工程三理想间歇反应器3.1 理想反应器类型3.2 反应器设计基本方程3.3 理想间歇反应器3.4 动力学方程的实验测定3.1 理想反应器类型3.2 反应器设计基本方程3.2.1 基本内容选择合适的反应器型式反应动力学特性+反应器的流动特征+传递特性确定最佳的工艺条件最大反应效果+反应器的操作稳定性进口物料的配比、流量、反应温度、压力和最终转化率计算所需反应器体积规定任务+反应器结构和尺寸的优化3.2.2 基本方程物料衡算方程某组分流入量=某组分流出量+某组分反应消耗量+某组分累积量反应消耗累积流入流出反应单元反应器反应单元流入量流出量反应量累积量间歇式整个反应器00√√平推流(稳态)微元长度√√√0全混釜(稳态)整个反应器√√√0非稳态√√√√热量衡算方程带入的热焓=带出的热焓+反应热+热量的累积+传给环境的热量反应器反应单元带入量带出量反应热累积量间歇式整个反应器00√√平推流(稳态)微元长度√√√0全混釜(稳态)整个反应器√√√0非稳态√√√√反应热累积带入带出反应单元传给环境动量衡算方程气相流动反应器的压降大时，需要考虑压降对反应的影响，需进行动量衡算。
但有时为了简化计算，常采用估算法。
3.3 理想间歇反应器3.3.1 特征和数学描述特点:1 由于剧烈搅拌，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，因而排除了物质传递对反应的影响；2 具有足够强的传热条件，温度始终相等，无需考虑器内的热量传递问题；3 物料同时加入并同时停止反应，所有物料具有相同的反应时间。
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，产品质量不稳定对整个反应器进行物料衡算：00流入量= 流出量+ 反应量+ 累积量实际操作时间（t T )=反应时间(t) + 辅助时间(t C )反应体积V 是指反应物料在反应器中所占的体积1/r A —x At/C A01/r A —C tTt V ⋅=0νsm /30物料量，单位生产时间所处理的--νt 的计算（直接计算和图解法）3.3.2 简单反应简单一级反应简单二级反应简单零级反应简单n级反应反应速率r A=kC A r A=kC A2AACCkt0ln=⎰=Af xAAA rdxCtAxkt-=11ln11AACCkt-=AAA xxktC-=1⎰-=AACCAArdCt反应后期的速度很小；反应机理的变化末期动力学反应后期转化程度（从弱到强）二级>一级>零级采用非关键组分过量，可提高转化程度。
知识点7. 反应器设计概述一、主要讲解内容本讲主要介绍三种理想反应器——理想的间歇式反应器、全混流反应器及平推流反应器的含义及基本设计思路。
二、学习要求掌握三种理想反应器的内涵，理解各种反应器理想型的联系与区别。
三、视频（已录制完成）四、讲义本章主要给大家介绍的是如何进行反应器的设计，何种反应器又是最优的反应器？反应器按照其操作方式可分为间歇式反应器、连续流动式反应器及半连续（或半间歇式）反应器，而从反应器理想性的角度分，可将反应器分为理想反应器及实际反应器，本讲要介绍的就是三种理想反应器的概念，包括理想的间歇式反应器（BR）、平推流反应器（PFR）及全混流反应器（MFR）。
1. 理想的间歇式反应器理想的间歇式反应器如图1所示，物料一次性投入反应器中，其特点为在任何时刻反应器中均具有均一的温度和均一的浓度，但是温度和浓度可能会随时间而变，属于一种非稳态操作。
图1 理想的间歇式反应器2. 全混流反应器全混流反应器是一种连续流动式反应器，物料连续流入流出，反应器中具有均一的温度和均一的浓度，且不随时间而变，反应器中温度和浓度与出口一致。
图2 全混流反应器提到全混流反应器需要介绍一个新的概念——返混，指的是不同停留时间物料之间的混合。
对于全混流反应器，其返混是一种极端的情况，刚刚进入反应器的物料和停留时间无限长的物料之间存在混合，且反应器中物料的状态和出口完全一致，其返混记为∞。
全混流具有温度浓度恒定的特性，所以其中反应速率是一个常数。
3. 平推流反应器平推流反应器是一种管式反应器，物料连续流动，流体在管内作平推流流动具有如下两特征：（1）在与流动方向呈垂直的截面上没有流速分布，在同一轴向位置具有均一的温度和浓度。
浓度和温度等会随轴向位置而变，因此反应速率是轴向位置的函数。
（2）在流体流动的方向不存在流体质点间的混合，即无返混现象，或者返混为0。
因此，各质点具有相同的停留时间()t，等于反应时间t。
图3平推流反应器对于各类反应器，进行反应器的设计需要反应器的设计方程，设计方程主要来源于两个方面，物料衡算方程和热量衡算方程。
第一章绪论1. 化学反应工程是一门研究______________的科学。
(化学反应的工程问题)2。
化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的科学,既以_______作为研究对象,又以_______为研究对象的学科体系。
(化学反应、工程问题）3。
_______是化学反应工程的基础。
（三传一反）4。
化学反应过程按操作方法分为_______、_______、_______操作.(分批式操作、连续式操作、半分批式）5。
化学反应工程中的“三传一反"中的三传是指_______、_______、_______。
（传质、传热、动量传递）6。
不论是设计、放大或控制，都需要对研究对象作出定量的描述,也就要用数学式来表达个参数间的关系,简称_______.(数学模型）7. 在建立数学模型时，根据基础资料建立物料、热量和动量衡算式的一般式为_______。
(累积量=输入量-输出量）8。
“三传一反”是化学反应工程的基础，其中所谓的一反是指_______.（D) A．化学反应 B。
反应工程 C。
反应热力学 D。
反应动力学9.“三传一反”是化学反应工程的基础,下列不属于三传的是_______。
（A）A. 能量传递B. 质量传递C. 热量传递D. 动量传递第二章均相反应动力学1. 均相反应是指_。
（参与反应的物质均处于同一相）2. 对于反应，则_______.（）3。
着眼反应组分K的转化率的定义式为_______。
（）4.当计量方程中计量系数的代数和等于零时，这种反应称为_______,否则称为_______。
（等分子反应、非等分子反应）5。
化学反应速率式为,用浓度表示的速率常数为，假定符合理想气体状态方程，如用压力表示的速率常数,则=_______.（）6.化学反应的总级数为n，如用浓度表示的速率常数为，用逸度表示的速率常数，则=_______.（）7. 化学反应的总级数为n，如用浓度表示的速率常数为，用气体摩尔分率表示的速率常数，则=_______。
理想反应器特点理想反应器特点是指在化学反应过程中，能够达到高效、高选择性、高稳定性等多方面要求的反应器。
下面将就理想反应器的特点进行具体解释，并符合标题中心扩展下的描述。
1. 高效性：理想反应器的一个重要特点是高效性。
高效反应器能够在相同反应时间内，实现更高的物质转化率。
为了提高反应效率，一种常见的方法是选择合适的催化剂。
催化剂能够提高反应速率，降低反应活化能，从而提高反应效率。
2. 高选择性：理想反应器还应具备高选择性。
在化学反应中，通常会产生多种副产物，而理想反应器应尽可能降低副产物的生成，提高目标产物的选择性。
实现高选择性的方法包括选择合适的催化剂、优化反应条件、控制反应速率等。
3. 高稳定性：理想反应器的另一个重要特点是高稳定性。
稳定性是指反应器在长时间运行过程中能够保持良好的性能和活性。
对于催化反应来说，催化剂的稳定性尤为重要。
稳定的催化剂能够在长时间内保持高的催化活性，从而提高反应器的稳定性。
4. 可控性：理想反应器还应具备良好的可控性。
可控性是指反应器能够根据需要调节反应条件，实现对反应过程的控制。
例如，可以通过调节反应温度、压力、催化剂的浓度等因素来控制反应速率和产物分布。
良好的可控性能够提高反应器的灵活性和适用性。
5. 高安全性：理想反应器应具备高安全性。
在化学反应过程中，可能会产生有毒、易燃、易爆等危险物质。
理想反应器应采取相应的安全措施，防止事故的发生，并确保操作人员和环境的安全。
6. 可持续性：理想反应器还应具备可持续性。
可持续性是指反应器在长期运行过程中，能够保持高效、高选择性和高稳定性。
为了实现可持续性，应考虑反应器的材料选择、能源利用方式、废物处理方法等因素。
7. 良好的传质和传热性能：理想反应器应具备良好的传质和传热性能。
传质和传热是化学反应中不可忽视的因素，对于提高反应效率和选择性非常重要。
良好的传质性能可以提供充足的反应物供应，而良好的传热性能可以有效控制反应温度，避免副反应的发生。
第一章 绪论1。
化学反应工程是一门研究______________的科学。
(化学反应的工程问题） 2. 化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的科学，既以_______作为研究对象，又以_______为研究对象的学科体系。
（化学反应、工程问题) 3。
_______是化学反应工程的基础.（ 三传一反)4。
化学反应过程按操作方法分为_______、_______、_______操作。
（分批式操作、连续式操作、半分批式）5. 化学反应工程中的“三传一反"中的三传是指_______、_______、_______.(传质、传热、动量传递）6. 不论是设计、放大或控制，都需要对研究对象作出定量的描述,也就要用数学式来表达个参数间的关系,简称_______.(数学模型)7. 在建立数学模型时，根据基础资料建立物料、热量和动量衡算式的一般式为_______。
（累积量=输入量—输出量）8。
“三传一反”是化学反应工程的基础,其中所谓的一反是指_______。
（D ）A ．化学反应B 。
反应工程 C. 反应热力学 D 。
反应动力学 9.“三传一反”是化学反应工程的基础,下列不属于三传的是_______。
（A ）A 。
能量传递 B. 质量传递 C 。
热量传递 D. 动量传递 第二章 均相反应动力学1. 均相反应是指_。
（参与反应的物质均处于同一相）2。
aA + bBpP + sS 对于反应，则=P r _______)(A r -。
（a p）3.着眼反应组分K 的转化率的定义式为_______。
（00K KK K n n n -=χ）4。
当计量方程中计量系数的代数和等于零时,这种反应称为_______，否则称为_______。
（等分子反应、非等分子反应)5。
化学反应速率式为βαB AC A C C K r =-，用浓度表示的速率常数为C K ，假定符合理想气体状态方程，如用压力表示的速率常数P K ，则C K =_______P K .（)()(βα+RT ）6。
