1、第三章 釜 式 反 應(yīng) 器,反應(yīng)器的分析與設(shè)計(jì)是反應(yīng)工程的重要組成部分和主要任務(wù)。反應(yīng)器設(shè)計(jì)的任務(wù)就是確定進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的最佳操作條件和完成規(guī)定的生產(chǎn)任務(wù)所需的反應(yīng)器體積和主要寸。 對于反應(yīng)器的分析計(jì)算需要建立適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型，本章將針對兩類理想的反應(yīng)器模型（間歇釜式反應(yīng)器模型和全混流反應(yīng)器模型）進(jìn)行討論和分析，考察反應(yīng)器性能與各種因素的關(guān)系，反應(yīng)器性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題等。具體內(nèi)容包括：,研究內(nèi)容 3.1 等溫間歇釜式反應(yīng)器的計(jì)算（單一反應(yīng)） 3.2 等溫間歇釜式反應(yīng)器的計(jì)算（復(fù)合反應(yīng)） 3.3 全混流反應(yīng)器的設(shè)計(jì) 3.4 全混流反應(yīng)器的串聯(lián)與并聯(lián) 3.5 釜式反應(yīng)器中復(fù)合反應(yīng)的收率與選擇性 3.6

2、 變溫間歇釜式反應(yīng)器的計(jì)算 3.7 全混流反應(yīng)器的定態(tài)操作與分析,重點(diǎn)掌握,等溫間歇釜式反應(yīng)器的計(jì)算（單一反應(yīng)、平行與連串反應(yīng)）。 連續(xù)釜式反應(yīng)器的計(jì)算 。 空時和空速的概念及其在反應(yīng)器設(shè)計(jì)計(jì)算中的應(yīng)用。 連續(xù)釜式反應(yīng)器的串聯(lián)和并聯(lián)。 釜式反應(yīng)器中平行與連串反應(yīng)選擇性的分析，連接和加料方式的選擇。 連續(xù)釜式反應(yīng)器的熱量衡算式的建立與應(yīng)用。,深入理解,變溫間歇釜式反應(yīng)器的計(jì)算。 廣泛了解 串聯(lián)釜式反應(yīng)器最佳體積的求取方法。 連續(xù)釜式反應(yīng)器的多定態(tài)分析與計(jì)算。 產(chǎn)生多定態(tài)點(diǎn)的原因，著火點(diǎn)與熄火點(diǎn)的概念,3.1 概述,反應(yīng)的特點(diǎn)及其對反應(yīng)器的要求 化學(xué)反應(yīng)復(fù)雜 反應(yīng)物料的相態(tài)多樣性：如固相反應(yīng)就難于

3、在攪拌反應(yīng)器中進(jìn)行連續(xù)操作；非均相反應(yīng)要求傳質(zhì)效果要好。 許多反應(yīng)過程的熱效應(yīng)大 工藝條件變化范圍寬 反應(yīng)介質(zhì)的腐蝕性,3.1 概述,反應(yīng)器開發(fā)的三個任務(wù) 根據(jù)反應(yīng)動力學(xué)特性，選擇合適的反應(yīng)器形式 結(jié)合動力學(xué)和反應(yīng)器特性，確定操作方式和優(yōu)化操作條件 根據(jù)產(chǎn)量，設(shè)計(jì)反應(yīng)裝置，確定反應(yīng)器的幾何尺寸，并進(jìn)行評價。,反應(yīng)器的特性： 是指器內(nèi)反應(yīng)流體的流動狀態(tài)、混合狀態(tài)以及器內(nèi)的傳熱性能等，它們又將隨反應(yīng)器的幾何結(jié)構(gòu)和幾何尺寸而異。 均相反應(yīng)的特點(diǎn)： 反應(yīng)過程中不存在相間傳遞過程，影響反應(yīng)速率物理因素只有物料的混合和流動狀態(tài)兩個方面。,3.1 概述, 均相反應(yīng)器按物料的混合狀態(tài)分類,反應(yīng)器,完全混合型

4、反應(yīng)器,間歇反應(yīng)器BR,全混流反應(yīng)器 CSTR,活塞流反應(yīng)器 PFR,完全混合反應(yīng)器的定義 是指器內(nèi)反應(yīng)流體處于完全混合狀態(tài)，在反應(yīng)器內(nèi)的混合是瞬間完成的，以致在整個反應(yīng)器內(nèi)各處物料的濃度和溫度完全相同。且等于反應(yīng)器出口處物料濃度和溫度，返混達(dá)最大限度。,平推流反應(yīng)器的定義; 指器內(nèi)反應(yīng)物料以相同的流速和一致的方向進(jìn)行移動，完全不存在不同停留時間的物料的混合。不存在返混。,3.2 反應(yīng)器操作中的幾個術(shù)語,1.反應(yīng)時間：是指反應(yīng)物料進(jìn)入反應(yīng)器后，從實(shí)際發(fā)生反應(yīng)的時刻起，到反應(yīng)達(dá)某個轉(zhuǎn)化率時所需的時間。(主要用于間歇反應(yīng)器)P57 2.停留時間：是指反應(yīng)物料從進(jìn)入反應(yīng)器的時刻算起到它們離開反應(yīng)器的

5、時刻為止，所用的時間。(主要用于連續(xù)流動反應(yīng)器)。-P127,.空間時間-P66,.平均停留時間 -P134,流體微元平均經(jīng)歷的時間稱為平均停留時間 。,是反應(yīng)器的有效體積VR與進(jìn)料的體積流量V0之比。物理意義是處理一個反應(yīng)器體積的物料所需要的時間。反映反應(yīng)器的生產(chǎn)強(qiáng)度。,3.3 等溫條件下，分批式操作的完全混合反應(yīng)器（BR）理想反應(yīng)器的設(shè)計(jì)分析,3.3.1 概述 分批式（又稱間歇）操作： 是指反應(yīng)物料一次投入反應(yīng)器內(nèi)，而在反應(yīng)過程中不再向反應(yīng)器投料，也不向外排出反應(yīng)物，待反應(yīng)達(dá)到要求的轉(zhuǎn)化率后再全部放出反應(yīng)產(chǎn)物。 充分（完全）混合： 指反應(yīng)器內(nèi)的物料在攪拌的作用下，其參數(shù)（如溫度，濃度等）各

6、處均一。,間歇反應(yīng)器特點(diǎn),反應(yīng)物料一次加入，產(chǎn)物一次取出。 物料充分混合，無返混；同一瞬時，反應(yīng)器內(nèi)各點(diǎn)溫度相同、濃度相同；而且出料與反應(yīng)器內(nèi)物料的最終組成相同；所有物料在反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)時間（停留時間）相同。 非穩(wěn)態(tài)操作，反應(yīng)器內(nèi)濃度、溫度隨反應(yīng)時間連續(xù)變化。 具有周期性 具有靈活性,3.3.2 間歇反應(yīng)器體積計(jì)算,（1）反應(yīng)時間的計(jì)算,即：,0 0,若反應(yīng)： 以反應(yīng)物A為關(guān)鍵組分，A的反應(yīng)速率記作（ - rA ），根據(jù)間歇反應(yīng)器的特點(diǎn)，在單位時間內(nèi)對整個反應(yīng)器VR作物料衡算：,上式寫成轉(zhuǎn)化率的形式：,t為使A反應(yīng)達(dá)到所要求轉(zhuǎn)化率xA所需時間，而不是一批產(chǎn)品生產(chǎn)所需時間。,積分得,（VR恒定）

7、,上述積分式可用解析法、數(shù)值法、圖解法（恒容時，如下圖）進(jìn)行求解。,t,1/rA CA,t/CA0,1/rA xA,若反應(yīng)速率方程：,當(dāng) 時，,思考：從上式可得出什么結(jié)論？-P58,（2）反應(yīng)器有效體積VR的計(jì)算,一批操作若非生產(chǎn)時間為t0,每批操作所需時間為t+t0。生產(chǎn)一批產(chǎn)品所需反應(yīng)器的有效體積： VR=V0 (tt0) 式中： t0是輔助生產(chǎn)時間，包括加料、排料、清洗反應(yīng)器和物料的升溫、冷卻。 V0 是平均每小時反應(yīng)物料的體積處理量。,（3）反應(yīng)器實(shí)際體積V的計(jì)算,反應(yīng)器的實(shí)際體積是考慮了裝料系數(shù)后的實(shí)際體積（不包括換熱器、攪拌器的體積）。,式中：是裝料系數(shù)，一般為0.40.85，不起

8、泡、不沸騰物料取0.70.85，起泡、沸騰物料取0.40.6,例題3.1-祥見P58，自學(xué)。,3.3.3 最優(yōu)反應(yīng)時間 反應(yīng)器的最佳反應(yīng)條件總是圍繞一定的優(yōu)化目標(biāo)來選擇的，如使產(chǎn)品的成本最低或使單位時間內(nèi)產(chǎn)量最大。對于間歇反應(yīng)器而言，隨著反應(yīng)時間的延長，產(chǎn)量逐漸增加，但生產(chǎn)效率下降。 以單位操作時間內(nèi)的產(chǎn)量為優(yōu)化目標(biāo)說明此問題。,當(dāng)反應(yīng)器體積一定時，輔助時間一定，產(chǎn)物濃度一定，則單位操作時間內(nèi)的產(chǎn)量FR為：,利用數(shù)學(xué)知識可得：,上式對t求導(dǎo)得：,最佳反應(yīng)時間的求解，可利用積分，也可利用圖解方法求解。,圖中曲線MN為產(chǎn)物濃度CR隨反應(yīng)時間t的變化關(guān)系。 通過點(diǎn)A（-t0,0）對曲線MN作切線AM

9、，其斜率：,3.3.4 平行反應(yīng),在等溫間歇反應(yīng)器中，設(shè)進(jìn)行的反應(yīng)為一平行反應(yīng)： AP rP=k1CA P為目的產(chǎn)物 AQ rQ=k2CA,對于均相、恒容過程，對反應(yīng)A組分進(jìn)行物料衡算。,設(shè)初值條件為：t=0時，CA=CAO，CP=0，CQ=0，則方程的解為,即：,同理：,同理可得：,同理可得：,反應(yīng)物系的組成隨時間的變化關(guān)系如圖3.3所示。 由圖可見，t ，CA，而CP、CQ。,圖3-3 平行反應(yīng)組成隨時間的變化關(guān)系,由圖可見，t ，CA，而CP、CQ，而且 。,由于兩個反應(yīng)均是一級，而且反應(yīng)方程形式完全相同，否則不成立，如例題3.2，由于產(chǎn)物P是目的產(chǎn)物，希望k1k2。 例題3.2P626

10、3，自學(xué)。,3.3.5 連串反應(yīng),設(shè)在等溫間歇反應(yīng)器中進(jìn)行如下的一級不可逆連串反應(yīng)（恒容）：,各組分的動力學(xué)方程：,設(shè)初值條件為：當(dāng)t=0時，,則有：,反應(yīng)物系組成隨時間的變化關(guān)系如圖3-4所示， 如果P是目的產(chǎn)物，其值有最優(yōu)解。通過CP對 時間求導(dǎo)數(shù)，可以得到：,令,當(dāng) 時，則,3.4 連續(xù)釜式反應(yīng)器的反應(yīng)體積,3.4.1 連續(xù)釜式反應(yīng)器的特點(diǎn)： 連續(xù)釜式反應(yīng)器，基本在定態(tài)下操作（穩(wěn)定操作），有進(jìn)有出 。 操作特點(diǎn) 反映物料整體始終均一，即無濃度和溫度梯度。 瞬間實(shí)現(xiàn)均一，即物料進(jìn)入反應(yīng)器后瞬間實(shí)現(xiàn)均勻混合。 多用于液相反應(yīng)，恒容操作。,3.4.1 連續(xù)釜式反應(yīng)器的特點(diǎn)：,連續(xù)釜式反應(yīng)器的重

11、要特性 （1）反應(yīng)器內(nèi)物料的參數(shù)不隨時間變化； （2）不存在時間自變量，也沒有空間自變量； （2）出口處的C, T與反應(yīng)器內(nèi)的C, T相等，所以反應(yīng)恒速進(jìn)行。,3.4.2 全混流反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方程,由于該反應(yīng)操作具有如上特性， 因此可以對整個反應(yīng)器進(jìn)行物料衡算。,若反應(yīng)前后體積流量不變，均為Q0,，以A組分為衡算對象，則：,進(jìn)口處A組分的摩爾流率（,）為,，出口處A 組分的摩爾流率為,，在定常態(tài)下，由于關(guān)鍵組分的累積速率（,）為,0。,這就是連續(xù)反應(yīng) 器的設(shè)計(jì)方程,全混流反應(yīng)器的圖解,恒容時,3.5 連續(xù)釜式反應(yīng)器的串聯(lián)與并聯(lián),3.5.1 概述 轉(zhuǎn)化速率與轉(zhuǎn)化率之間的關(guān)系 （1）轉(zhuǎn)化速率隨著轉(zhuǎn)化

12、率的增大而降低-正常動力學(xué)，見下圖的A或P68圖3.5A。從該圖可知，在相同條件下，完成相同的任務(wù)，兩釜串聯(lián)的總反應(yīng)體積小于單釜的反應(yīng)體積。即對于正常動力學(xué)反應(yīng)，使用多釜串聯(lián)總是有利的。,圖3-5連續(xù)釜式反應(yīng)器體積的幾何圖示,3.5.1 概述,（2）轉(zhuǎn)化速率隨著轉(zhuǎn)化率的增大而增大-反常動力學(xué)。見上圖的B或P68圖3.5B。從該圖可知，在相同條件下，完成相同的任務(wù)，兩釜串聯(lián)的總反應(yīng)體積大于單釜的反應(yīng)體積。即對于反常動力學(xué)反應(yīng)，使用多釜串聯(lián)是不利的。 對于反常動力學(xué)，當(dāng)生產(chǎn)任務(wù)較大時，不宜采用多釜串聯(lián)，則只宜采取多釜并聯(lián)方式，這就涉及如何分配各釜的進(jìn)料量問題亦即各釜的處理量的大小問題。,圖3-6

13、并聯(lián)的釜式反應(yīng)器,進(jìn)料量的分配原則： 保證各釜的空時相同， 即各釜的出口轉(zhuǎn)化率 相同，這時整個反應(yīng) 系統(tǒng)最優(yōu)。即要,3.5.2 串聯(lián)釜式反應(yīng)器的計(jì)算,如果采用幾個串聯(lián)的全混流反應(yīng)器來進(jìn)行原來由一個全混流反應(yīng)器所進(jìn)行的反應(yīng)，則除了最后個反應(yīng)器外的所有反應(yīng)器都在比原來單個反應(yīng)器中高的反應(yīng)物濃度下進(jìn)行反應(yīng)。這樣勢必減少了混合作用所產(chǎn)生稀釋效應(yīng)。 假設(shè)N個串聯(lián)的釜式反應(yīng)器如圖3.7 所示。 通過對每個釜進(jìn)行物料衡算，可以得到系統(tǒng)的計(jì)算方程。,圖3-7 多釜串聯(lián)的全混流反應(yīng)器,現(xiàn)在針對1級不可逆反應(yīng)進(jìn)行解析計(jì)算（針對其他級數(shù)反應(yīng)的計(jì)算方法相同），動力學(xué)方程為：,假定每個釜的體積相同，即Vr1=Vr2=，

14、 假定進(jìn)入各釜的體積流率相同，則每一個釜的空時相同1=2=， 如果反應(yīng)器中的溫度T相同即各釜的k一樣。,對第p個釜進(jìn)行物料衡算，有：,即,式中p=1，2， N,即,第N個反應(yīng)釜的出口轉(zhuǎn)化率及組成,將每一個釜的衡算方程相乘，得到：,當(dāng)XA0=0，,整個系統(tǒng)的空時為：,整個系統(tǒng)總的反應(yīng)體積為：,對于非一級反應(yīng)，沒有解析解，需要進(jìn)行逐釜計(jì)算。根據(jù)已知條件，可以將逐釜計(jì)算過程分成如下兩種。,（1） 每一個單釜的體積Vri已知 此時每個釜的空時已知，逐一的計(jì)算XAp或CAp， 直至求出到達(dá)XAN所需的釜數(shù)N。,（2）釜數(shù)N已知 -試差方法,需要先假設(shè)空時，按（1）的方法逐釜計(jì)算，求出第N個釜出口的轉(zhuǎn)化率

15、，并與要求的轉(zhuǎn)化率XAN對比，如果不一致需要重新假設(shè)空時，重復(fù)進(jìn)行計(jì)算，直到兩者吻合為止。,作圖方法,首先要在二維坐標(biāo)中繪出轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)速率的關(guān)系曲線，然后利用下面的公式逐釜作折線。,-該方程為第p釜的操作線方程,作圖方法,若各釜反應(yīng)體積相同，操作溫度相同，反應(yīng)釜的體積已知，即物料衡算線的斜率已確定，則可求出達(dá)到最終轉(zhuǎn)化率所需的釜數(shù)。 具體步驟-P71,3.5.2 串聯(lián)釜式反應(yīng)器各釜的最佳反應(yīng)體積,在生產(chǎn)任務(wù)（CA0，CAf，Q0）和段數(shù)N給定的情況下，總是希望反應(yīng)體積越小越好，這就涉及各段反應(yīng)體積的最優(yōu)分配問題，即各釜的反應(yīng)體積存在一最佳的比例。這實(shí)質(zhì)上也是各釜的出口轉(zhuǎn)化率（最后一釜除外）維

16、持在什么數(shù)值下最好的問題?，F(xiàn)設(shè)所進(jìn)行的為單一反應(yīng)，則總反應(yīng)體積為：,將上式分別對XAP（P=1，2，N-1）求導(dǎo)得，,令,=0，即反應(yīng)總體積最小，有：,若進(jìn)行一級不可逆反應(yīng)時，,（P=1，2，N-1）,這便是保證反應(yīng)體積最小所必須遵循的條件。,若各釜溫度相同，代入上式并化簡，可得：,當(dāng)在多段全混流反應(yīng)器中進(jìn)行一級不可逆反應(yīng)時，各段的反應(yīng)體積相等，總反應(yīng)體積最小。,P=1，2，N-1,即,即， P=1，2，N-1,對于非一級反應(yīng)。不能直接解析求得各釜反應(yīng)體積間的最佳比例關(guān)系。由于多數(shù)反應(yīng)速率方程形式復(fù)雜，涉及偏微分，一般很難用解析法求解。因此，用圖解法是一種行之有效的方法。具體步驟見李紹芬：“反

17、應(yīng)工程”P74，或王安杰等編著：“化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)”P40-41。,結(jié)論,對于 級反應(yīng)，,3.6 釜式反應(yīng)器中復(fù)合反應(yīng)的收率和選擇性,收率和選擇性與反應(yīng)器的型式、操作方式和操作條件密切相關(guān)。 3.6.1 總收率與總選擇性,瞬時選擇性,YPf是總收率， 針對整個反應(yīng)器而言的。,YPf是總收率， 針對整個反應(yīng)而言的。,討論： (1) XA時，S的情形（如下圖A）,對于間歇釜式反應(yīng)器,對于間歇釜式反應(yīng)器，總選擇性=整個曲邊 梯形的積分面積 對于連續(xù)釜式反應(yīng)器，總選擇性=矩形的面積 從圖中可以看出，多釜串聯(lián)系統(tǒng)介于間 歇釜式反應(yīng)器和連續(xù)釜式反應(yīng)器之間。,圖 3.10 釜式反應(yīng)器的最終收率,討論：,(2)

18、 XA時，S的情形（如上圖B） 此情況與上述剛好相反。請自學(xué)。 3.6.2 平行反應(yīng) 設(shè)在釜式反應(yīng)器中進(jìn)行平行反應(yīng)：,瞬時選擇性為,僅討論當(dāng)溫度一定時，反應(yīng)器種類及操作方式的影響,討論,要獲得高的選擇性，則要求 CA 、CB，選何種反應(yīng)器？,宜選擇（a）間歇釜；（b）多釜串聯(lián)（如果體積不等，從小到大排列）。,要獲得高的選擇性，則要求 CA ，CB；選何種反應(yīng)器？,宜選擇單釜連續(xù)操作（f），如果串聯(lián)最好從大小排列。,要獲得高的選擇性，則要求CB，CA， 選何種反應(yīng)器？選擇（d）B先加且一次 性加入，A為連續(xù)性加入，一般先快后慢。,加料方式,加料方式的選擇（a）,加料方式,加料方式的選擇（b）,3

19、.6.3 連串反應(yīng),假設(shè)如下的連串反應(yīng)均為一級，P為目的產(chǎn)物 。,反應(yīng)在連續(xù)釜式反應(yīng)器中恒容進(jìn)行，有,對A組分，,對P組分，,P組分的收率：,有：,令：,P組分的最大收率：,小結(jié),間歇釜 連續(xù)釜,目的產(chǎn)物與組成的關(guān)系,對于間歇釜式反應(yīng)器，則有,對于連續(xù)釜式反應(yīng)器，則有,間歇及連續(xù)釜式反應(yīng)器進(jìn)行連串反應(yīng)時的反應(yīng)率和收率,可以通過改變操作溫度的辦法來改變k2/k1 的相對大小，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高的收率。但無論E2和E1相對大小如何，一般采用較高的反應(yīng)溫度，以提高反應(yīng)器的生產(chǎn)程度； 可以使用催化劑來改變k2/k1,應(yīng)該注意：,3.7 半間歇釜式反應(yīng)器,半間歇式反應(yīng)器，其主要目的： （1）提高選擇率；（2）降

20、低反應(yīng)溫度，提高反應(yīng)安全性；（3）提高反應(yīng)速率。 半間歇式反應(yīng)器的特點(diǎn)：反應(yīng)物系的組成均隨時間而變，因此必須以時間作為自變量。 下面探討反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)組分與反應(yīng)時間的關(guān)系：,假設(shè)：反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行下列液相反應(yīng),對A組分進(jìn)行物料衡算，有通式,式中：V為反應(yīng)器中反應(yīng)混合物的體積，其值隨時間而變。,假定操作開始時先向反應(yīng)器中注入體積 為V0的B，然后連續(xù)地加入A，流量為Q， 濃度為CA0，且不連續(xù)導(dǎo)出物料，即Q=0， 則,若為恒速加料，則Q0為常數(shù)，則V=V0+Q0t,任意時間下反應(yīng)混合物的體積為：,（1）假設(shè)物料B大量過剩。,（2）若將VCA看成變量，并假設(shè)初始條件： t=0,VCA=0。Q0為常數(shù)。,

21、同理,A、R組分在半間歇式反應(yīng)釜中的濃度 隨時間的關(guān)系可見P82圖3.13。,3.8 間歇反應(yīng)器的變溫操作計(jì)算,在變溫操作操作中，通過設(shè)置在反應(yīng)器內(nèi)的盤管或夾套向反應(yīng)器提供(或從反應(yīng)器內(nèi)移出)熱量，控制反應(yīng)在所需的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。如果向反應(yīng)器供熱，采用夾套以蒸汽進(jìn)行加熱較為有利，因?yàn)樗休^大的傳熱面積外還能方便地排放冷凝水；如果從反應(yīng)器移熱則應(yīng)用冷卻盤管更為有利，此時可以用提高冷卻介質(zhì)流速來增大傳熱系數(shù)。,圖3.1-2帶有換熱器的釜式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖,3.8.1.間歇反應(yīng)器熱平衡,式中：K為總括傳熱系；A為傳熱面積；CV和分別表示反應(yīng)流體的恒容比熱和密度；HA為反應(yīng)的焓變；Tm為換熱介質(zhì)溫度。,

22、由于間歇反應(yīng)器內(nèi)各點(diǎn)的物料具有相同的溫度，所以可對整個反應(yīng)器進(jìn)行熱量衡算：,即,對于恒容過程，將 代入上式,要求反應(yīng)時間要與 聯(lián)立求解。,3.8.2.間歇反應(yīng)器恒溫操作計(jì)算,若為恒溫過程 即要使反應(yīng)在等溫下進(jìn)行，反應(yīng)放出(或吸收)的熱量必須隨時等于體系與換熱介質(zhì)交換的熱量。這是辦不到的？,3.8.3 絕熱操作,與環(huán)境無任何熱交換,對于恒容過程有,當(dāng)t=0時，T=T0,xA=xA0。,積分得,式中稱為絕熱溫升，在一定工況下，近似為常數(shù)；計(jì)算時，各參數(shù)取平均操作溫度下物料的各值。,3.9 全混流反應(yīng)器的定態(tài)操作,3.9.1 全混流反應(yīng)器的熱衡算方程(常稱為操作方程式) 若忽略反應(yīng)流體的密度和定壓比

23、熱隨溫度的變化，反應(yīng)器在定常態(tài)下操作時對反應(yīng)器作熱量衡算有：,當(dāng)反應(yīng)器在絕熱條件下操作，上式右端的第二項(xiàng)為零，即：,3.9.2 全混流反應(yīng)器操作的熱穩(wěn)定性分析,連續(xù)釜式反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)物料溫度均勻一致，若為定態(tài)操作，反應(yīng)是在等溫下進(jìn)行的。如為非定態(tài)操作，屬變溫過程，即反應(yīng)溫度系隨時間而變，但不隨空間而變。無論是定態(tài)操作還是非定態(tài)操作，反應(yīng)過程的溫度均需由反應(yīng)器的熱量衡算式和物料衡算式來決定。,3.9.2全混流反應(yīng)器操作的熱穩(wěn)定性分析,對于放熱反應(yīng)，這會出現(xiàn)定態(tài)不唯一的問題，即同時存在多個定態(tài)，操作溫度都能滿足反應(yīng)器的熱量及物料衡算式。這些定態(tài)中有些定常態(tài)具有抗外界干擾的能力，即在外界干擾使其偏離了

24、原來定態(tài)，而系統(tǒng)本身具有抑制這種使其發(fā)生偏離的干擾的影響并在干擾因素消失后它又能自動回復(fù)到原來的定態(tài)操作點(diǎn)，這類定態(tài)我們稱之為穩(wěn)定的定態(tài)。那些不具有抗干擾能力的定態(tài)則稱為是不穩(wěn)定的，這就是要討論的定態(tài)穩(wěn)定性問題。,為了方便地看出反應(yīng)器內(nèi)傳熱過程的這一特點(diǎn)，將熱量衡算式改寫成如下形式： 令： 放熱速率 移熱速率,放熱速率線為一曲線，曲線的形狀和k值與溫度的關(guān)系有關(guān)。以一級不可逆反應(yīng)為例： 由上式可知：放熱曲線QG為S型曲線。移熱速率Qr線為一直線，線、Qr線的交點(diǎn)為熱平衡點(diǎn)。由于參數(shù)（冷卻介質(zhì)的進(jìn)料溫度）的不同，Qr線有不同的斜率和位置，如下圖所示。,(b),(b),圖 TQ的關(guān)系,從上圖(b)可知：QG線、Qr線的 a、b、c 三個交點(diǎn)。三個交點(diǎn)都滿足熱平衡條件QG=Qr，也都稱做