《北学反应工程》款橐 苇3章理想反应罾 3.3连续操作的完全混合流反应器 ②当n=0时(即反应物浓度不影响反应速率时,亦即浓度效应为零的 零级反应),返混也将不影响反应速率,所以η=0,且不随X而变; ③当n>0时(即反应对于浓度效应为负的反应时),返混将导致反应 速率的增大,因而使全混流反应的容积效率η>10,且随κA的增大而增大。 [举例] 例3-3-1应用连续操作的全混流反应器在50℃进行下一计量方程所示 的一级不可逆液相反应:A=2R-r4= kCa kme/m3h 74484 其中:k=952×10T 已知:MHr=51047J/mol,A(吸热反应);C=2.09J/g反应物料 C80=0,R的分子量Ma=60,CA0=230kml/m3。 要求反应终了转化率x4=0.7。装置的生产能力为5000Kg产物R天 所提供的加热蒸汽可在110℃至180℃之间调节,根据该生产规模估算得用 于非生产性的时间to=0.75h。试求此连续操作的全混流反应器的有效容积 和它的容积效率η 解 讲解] (1)进料速度v的计算: CR=2C 50000 VOCR=2CA0VoxA X 以CA0=230km0/m3,x4=0.7,MR=60代入上式可得 10.78m3/h (2)反应器有效容积V的计算: V C 27.34m x4)092×(1-0.70) 或r=2734/10.78=254h 3)n的计算:在分批式操作中t=1.3h 7=-=131/2.54=0.516 讲解] 由此例可看出,由于“返混”所造成的稀释效应使全混流反应器的容积效 率只有0.516。换言之,全混流反应器的有效容积将是分批式反应器的 1/0.516=1.94倍。但是,实际上不可能大得这么多。因为分批式操作的非生 产性操作时间to是不可忽略的,所以分批式反应器的有效容积要比按考虑 反应时间t所算得的结果大得多,如果以η表示用全混流反应器容积V与分 批式反应器的实际有效容积来定义的容积效率,则有 分批式反应器的实际有效容积t+t0 (3-3-11) 全混流反应器的有效容积 应用上式来计算例3-3-1的n有: t+t01.31+0.75 n 0.81 2.54 作者:傅杨武重庆三峡学院化学工程系 第9页共18页《化学反应工程》教案 第 3 章 理想反应器 3.3 连续操作的完全混合流反应器 ［举 例］ ［讲 解］ ［讲 解］ ② 当 时（即反应物浓度不影响反应速率时，亦即浓度效应为零的 零级反应），返混也将不影响反应速率，所以 n = 0 η = 0 ，且不随 χA而变； ③ 当 时（即反应对于浓度效应为负的反应时），返混将导致反应 速率的增大，因而使全混流反应的容积效率 n > 0 η > 1.0 ，且随 χA的增大而增大。 例 3-3-1 应用连续操作的全混流反应器在 50℃进行下一计量方程所示 的一级不可逆液相反应： A=2R − rA = kCA kmol m ⋅ h 3 其中： ( ) 9 4 1 7448. 9.52 10 exp −       = × − h T k 已知： H J mol ∆ r = 51047 ，A(吸热反应)； V J g Cο C = 2.09 反应物料⋅ ， CR0 = 0 ，R 的分子量 M R = 60 ， 3 CA0 = 2.30 kmol m 。 要求反应终了转化率 x A = 0.7 75h 。装置的生产能力为 , 所提供的加热蒸汽可在 110℃至 180℃之间调节，根据该生产规模估算得用 于非生产性的时间 50000Kg产物R/天 t 0. 0 = 。试求此连续操作的全混流反应器的有效容积 和它的容积效率 η。 解： (1) 进料速度v0 的计算： ∵ CR A A C x = 2 0 ∴ R R A A M v C C v x × = = 24 50000 2 0 0 0 以 3 CA0 = 2.30 kmol m ， x A = 0.7 ， M R = 60 代入上式可得： v m h 3 0 = 10.78 。 (2) 反应器有效容积 V 的计算： ∵ ( ) A A A A A k x x kC C x v V − = = = 1 0 0 τ ∴ ( ) ( ) 0 3 27.34 0.92 1 0.70 10.78 0.70 1 m k x v x A A = × − × = − V = 或 τ = 27.34 /10.78 = 2.54h (3) η 的计算：在分批式操作中 t=1.31h = = 1.31/ 2.54 = 0.516 τ η t 由此例可看出，由于“返混”所造成的稀释效应使全混流反应器的容积效 率只有 0.516。换言之，全混流反应器的有效容积将是分批式反应器的 1/0.516=1.94 倍。但是，实际上不可能大得这么多。因为分批式操作的非生 产性操作时间t 是不可忽略的，所以分批式反应器的有效容积要比按考虑 反应时间 t 所算得的结果大得多，如果以 η'表示用全混流反应器容积Ｖ与分 批式反应器的实际有效容积来定义的容积效率，则有 0 τ η 0 ' t + t = = 全混流反应器的有效容积 分批式反应器的实际有效容积 (3-3-11) 应用上式来计算例 3-3-1 的 η'有： 0.81 2.54 1.31 0.75 ' 0 = + = + = τ η t t 作者：傅杨武 重庆三峡学院化学工程系 第 9 页 共 18 页