第五章 反应动力学和反应器 5.1 反应动力学 反应的分类 按化学反应特性分类

Presentation on theme: "第五章 反应动力学和反应器 5.1 反应动力学 反应的分类 按化学反应特性分类"— Presentation transcript:

1 第五章 反应动力学和反应器 5.1 反应动力学 5.1.1 反应的分类 5.1.1.1按化学反应特性分类
(1)按反应机理的繁简程度与彼此间的关系分类：简单反应和复杂反应。 复杂反应又可按基元步骤间的关系不同，再分为平行反应、连续反应、同时反应和集总反应等。 (2)按化学反应的可逆性分类：可逆反应和不可逆反应。 (3)按反应物的性质分类：可分为无机反应、有机反应和生化反应等。 (4)按反应的动力学特性分类：可分为零级反应、一级反应、二级反应和多级反应等。另外，还可以把反应分成单分子反应、双分子反应和三分子反应。 (5)按化学反应的热效应分类：放热反应和吸热反应。

2 第五章 反应动力学和反应器 5.1.1.2 按反应过程条件进行的分类 5.1.1.3 按化学反应各元素反应特征进行的分类
(1)从反应物质所处状态不同进行分类：气相反应、液相反应、固相反应和多相反应等。 (2)按温度条件分类：等温反应、绝热反应、非绝热变温反应。 (3)按压力条件分类：常压、加压和减压反应等。 (4)按反应流动条件分类：理想流动模型（平推流、全混流）、非理想流动模型。 (5)按化学反应操作方法进行分类：间歇反应、连续反应、半间歇反应。 按化学反应各元素反应特征进行的分类 (1)按反应中电子得失进行可以分为氧化反应、还原反应。 (2)按反应中化学粒子特征可以分为分子反应、离子反应、原子反应。

3 第五章 反应动力学和反应器 5.1.2 反应速率及方程 影响反应速率的主要因素有：反应物、产物、催化剂等的浓度；系统的温度、压力以及反应环境（包括溶剂性质、离子强度等）。 化学动力学主要考虑浓度与温度这两个因素影响反应速率的规律。

4 第五章 反应动力学和反应器 反应速率 化学动力学所研究的是反应的速率和反应的历程。

5 第五章 反应动力学和反应器 反应速率 化学动力学所研究的是反应的速率和反应的历程。

6 第五章 反应动力学和反应器 反应速率

7 第五章 反应动力学和反应器 反应级数

8 第五章 反应动力学和反应器 反应级数

9 第五章 反应动力学和反应器 反应级数

10 第五章 反应动力学和反应器 反应级数

11 第五章 化学反应工程学 基元反应 反应的级数与化学计量方程中的系数不相等的原因:一般的反应都是从原始的反应物经过一序列简单的反应步骤后，才出现最终产物的，而化学计量方程则仅仅给出原始的反应物与最终产物间的关系，完全不考虑中间的反应步骤。 基元反应 ：能一步完成的化学反应 。即反应物的分子、原子、离子或自由基等通过一次碰撞(或化学行为)直接转化为产物的化学反应。 绝大多数的基元反应，其反应级数与化学计量系数完全相等 。 构成一个化学计量方程的反应序列称为原来反应的机理 。

12 第五章 反应动力学和反应器 基元反应

13 第五章 反应动力学和反应器 基元反应

14 5.1.3 均相反应动力学 单一组分反应 1．零级反应

15 5.1.3 均相反应动力学 单一组分反应 1．零级反应

16 5.1.3 均相反应动力学 单一组分反应 2.一级反应

17 5.1.3 均相反应动力学 单一组分反应 2.一级反应

18 5.1.3 均相反应动力学 单一组分反应 2.一级反应

19 5.1.3 均相反应动力学 单一组分反应 2.一级反应

20 5.1.4 生化反应动力学 酶催化反应动力学

21 5.1.4 生化反应动力学 酶催化反应动力学

22 5.1.4 生化反应动力学 酶催化反应动力学

23 5.1.4 生化反应动力学 酶催化反应动力学

24 5.1.4 生化反应动力学 酶催化反应动力学

25

26 5.1.4 生化反应动力学 酶催化反应动力学

27 5.1.4 生化反应动力学 酶催化反应动力学

28 5.1.4 生化反应动力学 酶催化反应动力学

29 5.1.4 生化反应动力学 酶催化反应动力学

30 5.1.4 生化反应动力学 酶催化反应动力学

31 5.1.4 生化反应动力学 酶催化反应动力学

32 5.1.4 生化反应动力学 酶催化反应动力学

33 5.1.4 生化反应动力学 酶催化反应动力学

34 5.1.4 生化反应动力学 酶催化反应动力学

35 5.1.4 生化反应动力学 酶催化反应动力学

36 5.1.4 生化反应动力学 微生物群体生长规律

37 5.1.4 生化反应动力学 微生物反应动力学

38 5.1.4 生化反应动力学 微生物反应动力学

39 5.1.4 生化反应动力学 微生物反应动力学

40 5.1.4 生化反应动力学 微生物反应动力学

41 5.1.4 生化反应动力学 微生物反应动力学

42 5.1.4 生化反应动力学 微生物反应动力学

43 5.1.4 生化反应动力学 微生物反应动力学

44 5.1.4 生化反应动力学 微生物反应动力学

45

46

47 5.2 反应器 1. 反应器：反应器是进行生物或化学反应的容器。通过一系列工程措施，在容器中提供一定的反应条件，使反应更快、更高效地向所希望的方向进行。 如活性污泥法处理城市污水，就是通过在曝气池中充空气（氧气）、搅拌、回流等一系列工程措施，使微生物分解污水中有机污染物为CO2和H2O的生化反应，相比其模拟的河流自然生化过程，更快、更高效的进行。

48 5.2 反应器 2. 反应工程学: 反应工程学是把生物或化学反应与工程中的问题统一起来考虑，研究反应器的设计放大和过程最优化。它包括生物/化学反应宏观动力学，即生物/化学反应速率与各参数之间的定量关系；连续流动反应器物料的返混作用与停留时间的分布；反应器的特性及反应过程的最优化等。 反应工程学就是研究大规模生物/化学反应的过程、设备特性的基本规律和各种参数间的相互关系。

49 5.2 反应器 反应工程学的具体任务： （1） 反应器的正确选型与合理设计。
（1） 反应器的正确选型与合理设计。 （2） 利用实验室的研究数据进行有效放大，解决在实际工程应用中可能出现的问题。 （3） 实现反应过程的设计和控制最优化。 （4） 改进和强化现有的技术与设备，降低能耗，提高经济效益。 通过小试或中试，不仅要找到合适的工艺条件，更重要的是要建立该生物/化学反应的动力学模型；另外，还要对反应器的传递过程进行研究，建立物料在反应器内的流动模型，获得有关传递过程的参数。这样，就能大幅度缩短反应器放大时间，也能在较宽广的范围内找出最佳工艺条件和操作条件。

50 5.2 反应器 5.2.1反应器内物料的流动模型 基本概念 物料质点：物料质点是指代表物料特性的微元或微团。物料由无数个质点组成。 停留时间：连续操作过程中，物料质点从反应器入口到出口经历的时间。 在实际的反应器中，各物料质点的停留时间不尽相同，存在一个分布，即停留时间分布。 平均停留时间：各质点的停留时间的平均称平均停留时间。

51 5.2 反应器 5.2.1.2 流动模型 流动模型：理想流动模型和非理想流动模型 理想流动模型：平推流模型和全混流模型
流动模型 流动模型：理想流动模型和非理想流动模型 理想流动模型：平推流模型和全混流模型 1. 平推流模型（活塞流模型、理想置换模型、理想排挤模型）：物料进入反应器后沿着流动方向象气缸里的活塞一样向前移动，彼此不相混合。

52 5.2 反应器 (1) 模型特点 a. 物料参数（温度、浓度、压力等）沿流动方向连续变化；
b. 垂直于流动方向的任一截面上的物料参数相同（没有边界层）； c. 沿流动方向的截面间不相混合； d. 任一截面上的物料质点的停留时间相同； e. 返混＝0,不同停留时间的物料质点不相混合。 (2) 适用范围 管式反应器：L/D（高径比或长径比）较大。

53 5.2 反应器 2. 全混流模型（理想混合模型、连续搅拌槽式反应器模型）：物料进入反应器后，在一瞬间，进入反应器的物料和反应器内的物料达到完全混合。 (1)模型特点： a. 反应器内物料质点完全混合，物料参数处处相同，且等于出口处的参数； b. 同一时刻进入反应器的物料在瞬间分散混合； c. 反应器内物料质点的停留时间不同。同一时刻离开反应器的物料中，质点的停留时间也不相同。 d. 返混＝∞ (2) 适用范围：连续流完全混合式反应器。

54 5.2 反应器 3 轴向返混模型 物料在流动体系中流动情况偏离平推流的程度可以通过在平推流的主体上叠加一个轴向扩散或叫做轴向返混来描述，轴向返混的方向与主体流动方向相反。如图5-19所示。

55 5.2 反应器

56

57 5.2 反应器 5.2.2 反应器及运行方式 按流态分类 根据反应物的流动与混合状态，可分为理想流反应器和非理想流反应器。理想流反应器又可分完全混合流（全混流）反应器和推流反应器。 按反应混合物的相态 可分为均相反应器和多相反应器。均相反应器的特点是，反应只在一个相内进行，通常在一种气体或液体内进行。当反应器内必须有两相以上才能进行反应时，则称为多相反应器。

58 5.2 反应器 5.2.2 反应器及运行方式 按操作状况 根据反应物料加入反应器的方式：间歇反应器、连续反应器、半间歇或半连续反应器和序批式反应器等。 1. 间歇反应器：按反应物“一罐一罐地”进行反应操作的，反应物料一次加入，经过一定时间达到反应要求后，反应产物一次卸出，过程为间歇地分批进行。

59 5.2 反应器 间歇反应器的主要特征： (1) 操作特点：反应过程中没有物料的输入，也没有物料的输出，不存在物料的进与出。一般用于均质的液相反应，特别是用于吞吐量不大的情况。 (2) 基本特征：反应过程中反应体系的各种参数（如浓度、温度等）随着反应时间变化而变化，但不随反应器内空间位置而变化；物料经历的反应时间都相同。 (3) 主要优点：操作灵活，设备费低，适用于小批量生产或小规模水处理。 (4) 主要缺点：设备利用率低，劳动强度大，每批的操作条件不易相同，不便自动控制。

60 5.2 反应器 2.连续反应器：进料和出料都是连续不断地进行，反应器内的参数不随时间发生变化，但可随位置而变。连续反应器有两种不同的类型，分别称为推流式反应器（plug flow reactor）及连续流完全混合式反应器（CFSTR constant flow stirred tank reactor）。 3.半连续反应器/半间歇反应器：一种或几种反应物先一次加入反应器，而另外一种反应物或催化剂则连续注入反应器，这是一种介于连续和间歇之间的操作方式，反应器内物料参数随时间发生变化。

61 5.2 反应器 4. 序批式反应器（Sequencing Batch Reactor, SBR） 5.连续流序批式反应器
是一个时间上不断循环的间歇式反应器，在水处理中广泛应用且反应器体积和处理的水量可以非常大，自动化程度也高。如活性污泥法中的序批式反应器，不断重复如下5个步骤：（1）充水；（2）反应（曝气）；（3）沉降（沉淀）；（4）排水；（5）闲置。 5.连续流序批式反应器 在时间上和空间上都不断循环的，具有连续进料和出料的反应器，如三槽式氧化沟，UNITANK的反应器等。如三槽式氧化沟的边槽不断重复如下4个步骤：（1）充水，（2）反应（曝气），（3）沉降（沉淀），（4）排水；而中间槽不断重复复如下2个步骤：（1）直接充水、反应（曝气），（2）从边槽冲水、反应（曝气）。从流态上分，它是一个介于推流式反应器和连续流完全混合式反应器之间的一种更接近于后者的反应器。

62 5.2 反应器 5.2.2.4 按反应器的结构形式 根据反应器结构形式可归纳为管式、槽（釜）式和塔式、固定床、膨胀床和流化床等反应器。
管式反应器是长（高）径比很大，物料混合作用很小，一般用于连续操作过程。 槽（釜）式反应器的高径比较小，一般接近于1。通常槽（釜）内装搅拌器，器内混合比较均匀。此类反应器既可用于连续操作，也可用于间歇操作。 塔式反应器高径比在以上两者之间（一般地讲，高径比还是较大的），采用连续操作方式。

63 5.2 反应器 各种结构形式的反应器的示意图 主要反应器结构形式，适用的相态和生产上的应用举例 1）釜式：连续流完全混合式
2）管式：推流，传统活性污泥法 3）塔式：塔滤 4）固定床：普通生物滤池 5）流化床：厌氧流化床 各种结构形式的反应器的示意图 主要反应器结构形式，适用的相态和生产上的应用举例

64

65

66

67 5.2.3 理想均相反应器的计算 1） 原则：物质不灭定律，能量守恒定律 2） 对某一体系
单位时间内物料的输入量＝单位时间内物料的输出量＋单位时间内物料的积累量＋单位时间内由于反应而消失的物料量 3）代入相应的反应速率方程 4）根据反应器的特点确定边界条件 5）获得达到一定浓度或转化率所需的时间 6）根据处理量，即可获得相应的反应器体积

68 5.2 反应器 5.2.3 理想均相反应器的计算 5.2.3.1 间歇釜式反应器
在间歇操作的搅拌釜中，物料一次加入反应器进行反应，待反应达到要求的转化率，物料一次放出。 特点 1）分批操作，反应物料一次加入，反应后一次排出，所有物料的反应时间相同。 2）在恒温和恒压条件下，反应物和生成物的浓度均随时间变化，故反应速率也随时间变化。 间歇式反应器及其性能示意图

69

70

71

72

73

74

75

76

77 3）反应器的有效容积VR 4）反应器的总体积VT：VR = VT 5）反应器个数的确定
式中： v ——平均每小时处理的物理量，m3/h; ‘ ——每批操作中加料、出料和清洗等辅助时间，h。 4）反应器的总体积VT：VR = VT 为装料系数： （1）不发生泡沫，不沸腾的液体，  ＝0.7～0.8 （2）其它物料： ＝0.4～0.6 污水处理：超高 5）反应器个数的确定

78

79

80 5.2.2 几种典型的基本反应器 2. 连续（流动）操作的管式反应器（推流式，continuous plug-flow)
几种典型的基本反应器 2. 连续（流动）操作的管式反应器（推流式，continuous plug-flow) 其示意图见 p.280: 图6.3。反应物料连续不断地加入反应器内，反应后的物料连续不断地排出反应器。 特点 1）操作为连续进料和连续出料； 2）在恒定温度、压力和流量时，反应器内任一截面上的物料浓度不随时间变化，但不同截面上的物料浓度不同； 3）当处理量大时，管内物料通常处于高度湍流状态，各物料微团在反应器内的停留时间大致相同。

81

82

83

84 几种典型的基本反应器 3. 连续操作的搅拌釜 其示意图见 p.280: 图6.4。连续操作的搅拌釜和间歇操作的搅拌釜相类似，只是原料和产物同时连续不断地进入和排出反应器。 特点 1）操作为连续进料和连续出料； 2）在恒定温度、压力和流量时，反应器内物料浓度不随时间变化，处于常态； 3）新进入的物料在釜内很快分散并与原有物料混合，致使物料微团在反应器内的停留时间不一致。故停留时间常以平均停留时间来表示，而最终反应转化率亦应为平均转化率。

85

86 CA)

87

88

89

90 5.2.3 反应器及运行方式 5.2.3 .3 连续操作的搅拌釜 4. 几种反应器所需有效时间的比较
1) 间歇式反应器与连续操作的管式反应器 2) 连续操作的管式反应器和连续操作的搅拌釜 （1）对于零级反应 （2）对于一级反应 （3）产生这种差别的原因

91 5.2.3 反应器及运行方式 练习： 请推导当化学反应速率级数分别为零级反应、 一级反应、二级反应，且反应为均相定容不可逆时，在间歇式反应器、连续操作的管式反应器、连续操作的搅拌釜中达到一定转化率和一定浓度所需的时间。

92 5.2.2 几种典型的基本反应器 4. 串联的连续操作的搅拌釜
几种典型的基本反应器 4. 串联的连续操作的搅拌釜 其示意图见 p.286: 图5.20。串联的连续操作搅拌釜是由若干连续操作搅拌釜串联而成的，物料在每一釜内充分混合，而釜与釜之间互不混合。 特点 1）操作为连续进料和连续出料； 2）每一级内有确定不变的物料浓度，但各级内的反应物浓度不同，便于分段操作控制； 3）物料通过串联的多釜之后，其停留时间可相对集中，串联的釜数越多，停留时间越趋于一致。

93 5.2.3 反应器及运行方式 5.2.3 .4 多釜串联反应器 1.多釜串联反应器的二个基本方程 2. 四个需计算求解的参数：
每个反应器的有效容积VRi, 反应器釜数N, 最终转化率xAN和最终浓度cAN 1）代数法：已知动力学模型 2）图解法：无动力学模型，但有一组动力学数据

94

95

96

97

98 5.2.4 理想均相反应器的优化选择 5.2.4.1 以生产强度为优化目标选择反应器
理想均相反应器的优化选择 以生产强度为优化目标选择反应器 1.反应器的生产强度：反应器的生产强度是指反应器的单位体积所具有的生产能力。 2. 容积效率（或有效利用系数）：对同一反应，在同温度、同产量和同转化率条件下，平推流反应器的有效容积（反应体积）与全混流反应器的有效容积之比称为容积效率（或有效利用系数） 1）零级反应: (5-89） 2）一级反应: (5-90) 3）二级反应: (5-91)

99

100

101

102 5.2.4 理想均相反应器的优化选择 5.2.4.1 以生产强度为优化目标选择反应器
理想均相反应器的优化选择 以生产强度为优化目标选择反应器 3. 容积效率与转化率xA和反应级数的关系: 图5.29 4. 多釜串联反应器釜数对反应器有效容积的影响 一级反应: （5-92）和图5.30

103

104

105 5.2.4 理想均相反应器的优化选择 5.2.4.2 以产率和选择性为优化目标选择反应器 1. 转化率(x) 2. 收率()
理想均相反应器的优化选择 以产率和选择性为优化目标选择反应器 1. 转化率(x) 转化率(x)=转化为目的产物和副产物的反应物量/进入反应器的反应物量＝反应物被消耗的量/反应物起始量 2. 收率() 收率()=转化为目的产物的反应物量/进入反应器的反应物量 3. 选择性() 选择性()=转化为目的产物的反应物量/转化为目的产物和副产物的反应物量

106 5.2.4 理想均相反应器的优化选择 5.2.4.2 以产率和选择性为优化目标选择反应器 4.三者关系：
理想均相反应器的优化选择 以产率和选择性为优化目标选择反应器 4.三者关系： 原料不循环返回反应器：收率()＝选择性()×转化率(x) 一般在工业上常用收率表示原料的有效利用程度，而在理论探讨时，往往用选择性来表示。 5. 提高收率的方法 1）平行反应 2）串联反应

107

108 5. 提高收率的方法 1）平行反应 [1]:当1> 2: 选用平推流反应器或间歇式反应器 采用较小的单程转化率 用浓度高的进料
对气相反应，增加系统的压强 [2]:当1< 2: 选用全混流反应器 采用较大的单程转化率 用部分反应后的物料循环，以降低进料中的反应物浓度 加入惰性稀释剂 对气相反应，减压操作 [3]:当1＝ 2 改变温度，采用催化剂来增大k1,减小k2

109

110

111

112

113 5.3 微生物反应器 环境工程中微生物反应器的分类 1.反应器的操作方式：间歇反应器、连续反应器、半间歇或半连续反应器和序批式反应器
5.3 微生物反应器 环境工程中微生物反应器的分类 1.反应器的操作方式：间歇反应器、连续反应器、半间歇或半连续反应器和序批式反应器 2.反应物的流动与混合状态：理想流反应器和非理想流反应器 理想流反应器：理想流反应器又可分完全混合流（全混流）反应器和推流反应器 3.反应混合物的相态：均相反应器和多相反应器 活性污泥中的曝气池：微生物（主要是细菌）是固相，污染物为液相，为好氧微生物提供的空气（氧气）为气相，这个过程实际是一个多相反应，且微生物细胞本身也是一个复杂的多相反应器，但我们将其简化为在液相中进行的理想均相反应

114 5.3 微生物反应器 环境工程中微生物反应器有效体积的计算 基本方程式：物质不变定律和能量守恒定律为基础的物料衡算式
5.3 微生物反应器 环境工程中微生物反应器有效体积的计算 基本方程式：物质不变定律和能量守恒定律为基础的物料衡算式 代入物料衡算式的相应的反应速率方程通常是Monod公式，然后根据反应器的操作方式特点确定边界条件，即可获得达到一定污染物浓度或去除率所需的时间，然后根据处理量，即可获得相应的微生物反应器体积

115 5.3.1 间歇式微生物反应器

116 5.3.1 间歇式微生物反应器

117 5.3.1 间歇式微生物反应器

118 5.3.1 间歇式微生物反应器

119 5.3.1 间歇式微生物反应器

120 5.3.1 间歇式微生物反应器

121 5.3.1 间歇式微生物反应器

122 5.3.1 间歇式微生物反应器

123 5.3.1 间歇式微生物反应器

124 5.3.2.连续式微生物反应器 连续流完全混合式反应器

125 5.3.2.连续式微生物反应器 连续流完全混合式反应器

126 5.3.2.连续式微生物反应器 连续流完全混合式反应器

127 5.3.2.连续式微生物反应器 连续流完全混合式反应器

128 5.3.2.连续式微生物反应器 连续流完全混合式反应器

129 5.3.2.连续式微生物反应器 连续流完全混合式反应器

130 5.3.2.连续式微生物反应器 连续流完全混合式反应器

131 5.3.2.连续式微生物反应器 连续流完全混合式反应器

132 5.3.2.连续式微生物反应器 连续流完全混合式反应器

133 5.3 微生物反应器 习题：某废水的分析及处理试验资料如下:
流量为1000 m3/d， 进水BOD5为400 mg/l，出水要求为 BOD5为10 mg/l，温度为常温。设混合液悬浮挥发性固体浓度为 4000 mg/l。通过实验 获得动力学参数为： µmax=1.0 d-1, Ks=5 mg/l, Yx/s=0.4 (mg-VSS/mg-BOD5)。请分别计算采样连续流完全混合式活性污泥法和传统活性污泥法（推流式活性污泥法）处理此废水时的曝气池有效体积。

134 第六章 非理想流动反应器 6.1 物料停留时间分布和流动模型
第六章 非理想流动反应器 6.1 物料停留时间分布和流动模型 6.1.1 物料返混和停留时间分布 物料返混 1. 返混的概念 引起返混的原因： （1）搅拌引起的错流或导流 （2）分子扩散或涡流扩散 （3）反应器的结构引起的死角、短路和沟流。

135 6.1 物料停留时间分布和流动模型 6.1.1 物料返混和停留时间分布 6.1.1.1物料返混 2.返混对反应过程的影响
6.1 物料停留时间分布和流动模型 6.1.1 物料返混和停留时间分布 物料返混 2.返混对反应过程的影响 （1）反应器进口处反应物高浓度区的消失或减低 （2）改变了反应器内的浓度分布，使器内反应物的浓度下降，反应产物的浓度上升。 （3）是反应器产生“放大效应”（反应器的性能随反应器的放大而变差）的主要因素之一。

136 6.1 物料停留时间分布和流动模型 6.1.1 物料返混和停留时间分布 6.1.1.2停留时间分布
6.1 物料停留时间分布和流动模型 6.1.1 物料返混和停留时间分布 停留时间分布 1. 停留时间分布(RTD, residence time distribution) 当反应器存在返混时，所有物料微团在反应器中的停留时间不一致，呈现一种概率分布，称为停留时间分布。 2. 停留时间分布的表示方法 1）停留时间分布密度函数：E() 图6.1 2）停留时间分布函数： F() 3）停留时间分布密度函数[E()]与停留时间分布函数[F()]间关系的示意图：图6.23

137

138

139

140

141 6.1 物料停留时间分布和流动模型 6.1.1.2停留时间分布 3. 停留时间分布的表示方法 4）分布密度函数[E()]的性质
6.1 物料停留时间分布和流动模型 停留时间分布 3. 停留时间分布的表示方法 4）分布密度函数[E()]的性质 （1）分布密度函数[E()]曲线下方所包围的全部面积等于1：(6-1) （2）平均停留时间) （3）停留时间对平均停留时间的离散情况的方差

142 6.1.2 停留时间分布的测定方法 6.1 物料停留时间分布和流动模型 1. 脉冲法 2. 阶跃法
6.1 物料停留时间分布和流动模型 6.1.2 停留时间分布的测定方法 1. 脉冲法 2. 阶跃法 习题：用脉冲法测定一流动反应器的停留时间分布，得出口流体示踪剂的浓度c()与时间的关系列于下表中，试求该反应器内物料的平均停留时间和各时间的E()

143

144

145

146

147

148

149 6.1.3 理想反应器的停留时间分布 6.1 物料停留时间分布和流动模型 1. 理想平推流反应器内物料停留时间分布
6.1 物料停留时间分布和流动模型 6.1.3 理想反应器的停留时间分布 1. 理想平推流反应器内物料停留时间分布 2. 理想全混流反应器内物料停留时间分布 3. 串联多釜连续操作的理想搅拌釜的停留时间分布

150

151

152

153

154 6.1 物料停留时间分布和流动模型 6.1.4 停留时间分布在非理想流动均相反应器中的应用和计算 1.停留时间分布曲线的作用
6.1 物料停留时间分布和流动模型 停留时间分布在非理想流动均相反应器中的应用和计算 1.停留时间分布曲线的作用 1）提供理想流动反应器内停留时间分布曲线的典型图像。 2）定性判断实际反应器较接近的理想流动模型，以及偏离理想流动模型的程度和返混程度。 3）定性诊断反应器内物料的流动状况是否正常。 2. 停留时间分布在一级反应计算中的应用 3. 非一级反应情况

155

156

157

158

159 6.2 非理想流动反应器内的流动模型 ——扩散模型
6.2 非理想流动反应器内的流动模型 ——扩散模型 6.2.1 扩散模型 反应式：AR 动力学方程式：-rA=kcAn 轴向扩散流动模型： (6-1) 扩散模型：(6-47) 无因次形式扩散模型：(6-48) 一级反应解析解：(6-49) 图6.36：式(6-49)的图示 Da 0, (uL)/ Da ，理想平推流 Da , (uL)/ Da 0，理想全混流

160

161

162

163 6.2 非理想流动反应器内的流动模型 ——扩散模型
6.2 非理想流动反应器内的流动模型 ——扩散模型 6.2.1 扩散模型 将式(6-49)愈(6-12)联合起来，可得图6.37，由Da图6.37可知： 1）有轴向返混的反应器所需的容积大于理想平推流反应器的容积，即V/Vp>1; 2）轴向返混愈严重，即Da/ (uL)愈大，V/Vp也愈大，反应器性能愈差； 3）转化率愈大， V/Vp也愈大，反应器性能愈差； 4）在进行零级反应时，轴向返混对反应器性能没有影响；反应级数愈高，影响愈大。

164 6.2 非理想流动反应器内的流动模型 ——扩散模型
6.2 非理想流动反应器内的流动模型 ——扩散模型 6.2.2 扩散模型参数的确定 Peclet数(Pe)： Pe＝(uL)/ Da 1/Pe 0，理想平推流 1/Pe , 理想全混流 1/Pe与停留时间分布函数关系： (6-50) 当返混很小时：(6-51) 当返混很大时：(6-52) 如图6.38所示

165

166 6.2 非理想流动反应器内的流动模型 ——扩散模型
6.2 非理想流动反应器内的流动模型 ——扩散模型 6.2.2 扩散模型参数的确定 对固定床反应器，Pe与Re的关系： 对气体， 当Re>100(湍流区）： (Pe)轴向＝ (6-53) (Pe)径向＝ (6-54) 理想平推流反应器：对于气固相固定床反应器，当床层高度大于固体颗粒直径100倍时，可忽略返混的影响，可将反应器看成是理想推流反应器。

167

168 6.8 气固相催化反应器 气固相催化反应器：非均相反应 非均相反应过程：气液、气固、液固、气液固等；催化和非催化反应 气固相催化反应器：
6.8 气固相催化反应器 气固相催化反应器：非均相反应 非均相反应过程：气液、气固、液固、气液固等；催化和非催化反应 气固相催化反应器： 1）固定床催化反应器 2）移动床催化反应器 3）流化床催化反应器

169

170 6.8 气固相催化反应器 6.8.1 固定床催化反应器 1.结构和类型 1)绝热式反应器 （1）简单绝热反应器 （2）多段绝热反应器
6.8 气固相催化反应器 6.8.1 固定床催化反应器 1.结构和类型 1)绝热式反应器 （1）简单绝热反应器 （2）多段绝热反应器 2）非绝热外部换热列管式反应器 3）非绝热自热式列管反应器

171

172

173

174