第三章 理想反应器1.pdf

《化学反应工程》教案第© 分批式操作的完全混合反应器
第三章理想反应器
分批式操作的完全混合反应器


教学目标
1. 了解返混等基本概念,全混流反应器和平推流反应器的特点;
2. 撑握分批式操作的完全混合流反应器的设计方程和操作方程以及分批式操作的优
化;
3. 掌握等温间歇反应器反应时间、反应体积的计算方法。
教学重点
1. 分批式操作的完全混合流反应器的设计方程和操作方程以及分批式操作的优化;
2. 等温间歇反应器反应时间、反应体积的计算方法。
教学难点
1. 等温间歇反应器反应时间、反应体积的计算方法。
教学方法
讲练结合法
学时分配
2 学时
授课时间
200 年月日
教学过程












作者:傅杨武重庆三峡学院化学工程系
《化学反应工程》教案第© 分批式操作的完全混合反应器
[引入新课] 一、反应器开发的三大任务

反应器的开发大致有下述三个任务:(1)根据化学反应的动力学特性来

选择合适的反应器型式;(2)结合动力学和反应器两方面特性来确定操作方

式和优化的操作设计;(3)根据给定的产量对反应装置进行设计计算,确定

反应器的几何尺寸并进行某些经济评价。

二、反应器的特性

所谓反应器的特性主要是指器内反应流体的流动状态、混合状态以及

器内的传热性能等,它们又将随反应器的几何结构(包括内部构件)和几何

尺寸而异。

正因为反应流体在反应器内的流动和混合状态十分复杂,在反应器内
不仅存在浓度和温度分布,而且还存在着流速分布。这不仅会使器内流体
处于不同的温度和浓度下进行反应,而且会造成反应流体的微团具有不同
的停留时间及不同停留时间的微团之间的混合(这种混合通常称之为返
混)。为合理地对反应器进行设计就必须掌握这些特性,确立能定量地描述
它们的模型。但为了便于讨论,本章将仅就两种极端流动状况的理想反应
器的性能、设计方法及操作分析等方面进行讨论,而那些处于这两个极端
状况之间的种种非理想流动反应器的分析和计算将留待第四章讨论。
[讲解] 三、理想反应器的类型及特点
[副板书] 通常所指的理想反应器有两类:
理想混合反应器(又称完全混合反应器)
平推流反应器(又称活塞流或挤出流反应器)

1. 完全混合反应器及其特点

所谓完全混合反应器是指器内的反应流体处于完全混合状态,并意味
着反应流体在器内混合是的瞬间完成,反应流体之间进行混合所需的时间
是可忽略的。所以器内的物料具有完全相同的温度和浓度且等于反应器出
口物料的温度和浓度。换言之,理想混合反应器内的返混为无限大。

2. 平推流反应器及其特点

[讲解分析] 所谓平推流反应器是指器内反应物料以相同的流速和一致的方向进行
移动,完全不存在不同停留时间的物料的混合(即返混为零),所以所有的
物料在器内具有相同的停留时间。实际中,具有良好搅拌装置的釜式反应
器均可近似地按理想混合反应器处理;面对于管径较小,管子较长和流速
较大的管式反应器均可近似地按平推流来处理。

[板书] -1 分批式操作的全混流反应器的物料衡算式
一、分批式(又称间歇)操作


[讲解] 所谓分批式(又称间歇)操作,是指反应物料一次投入反应器内,而在
反应过程中不再向反应器投料,也不向外排出反应物,待反应达到要求的
作者:傅杨武重庆三峡学院化学工程系
《化学反应工程》教案第© 分批式操作的完全混合反应器
转化率后再全部放出反应产物。
[板书] 2. 应用
[讲解] 图 3-1-1 所示的是常见的带有搅拌器的釜式反应器,通常都设置有夹套
或盘管以便加热或冷却釜内的反应物料,控制反应温度。这种釜式反应器
广泛用于液相反应,在液—固相反应和气液相反应中亦可采用。
[板书] 3. 优缺点
[讲解] 而釜式反应器的分批式操作也具有一般分批式操作所固有的缺点:用
于非生产性的操作时间长(即每次投料、排料、清釜和物料加热的时间),产
物的损失较大且控制费用较大等,所以适用于经济价值高、批量小的产物
如药品和精细化工产品等的生产。
[板书] 二、物料衡算式
( dV ≠ 0 )

[讲解] 根据完全混合和分批式操作的特点可以就整个反应器在单位时间内对
组份 A 作物料衡算:
[板书]
单位时间单位时间单位时间