09. 平推流反应器及其设计计算.doc

第1页：平推流反应器设计概述

本知识点主要介绍平推流反应器的设计方程及其图解表示。

主要讲解内容

平推流反应器的设计方程及其图解表示。

学习要求

掌握平推流反应器的设计方程、其推导过程及其图解表示方法，掌握平推流反应器和间歇式反应器设计方程的区别与联系。

平推流反应器和全混流反应器属于连续流动式反应器。对于连续流动体系，可对微元作物料衡算：流入量 = 流出量 + 因反应而消失的量 + 累积量。

第2页：设计方程的推导

考虑稳态流动的情况，则累积速率为 0。对微元 dV 作物料衡算：

F_A = F_A + dF_A + (−r_A) dV

即 dF_A = −(−r_A) dV。又因为 F_A = F_A0(1 − X_A)，故 dF_A = −F_A0 dX_A，得：

F_A0 dX_A = (−r_A) dV

分离变量，从反应器入口到出口积分：

V = F_A0 ∫₀^X_Af dX_A/(−r_A)

这就是平推流反应器的设计方程，其空时 τ = V/v₀ = C_A0 ∫₀^X_Af dX_A/(−r_A)。在图上表示为 1/(−r_A) ~ X_A 曲线下 0 ~ X_Af 之间的面积乘以 F_A0。

第3页：与间歇式反应器的对比

对于恒容反应，C_A = C_A0(1 − X_A)，则 dC_A = −C_A0 dX_A，带入设计方程中得：

τ = C_A0 ∫₀^X_Af dX_A/(−r_A) = −∫_CA0^C_Af dC_A/(−r_A)

回顾恒容的间歇式反应器的设计方程：

t = −N_A0 ∫ dC_A/[(−r_A)·V·C_A0] = −C_A0 ∫ dC_A/[(−r_A)·C_A0]

可以发现：对于恒容反应，达到一定转化率时，平推流反应器所需的空时与间歇式反应器所需的反应时间相同，两者的设计方程形式一致。

源文件本页公式排列错位，上式按标准教材写法整理，物理量含义与源文件一致。

第4页：自测题：空时与转化率

自测题：

1. 某液相反应 A→R 于 50 ℃ 下在间歇反应器中进行，反应物 A 转化 80％ 需要 8 min；如果于相同条件下在平推流反应器中进行，则达到同样转化率需要的空时为 8 min。
2. 纯气体 A（浓度 2 mol/L，摩尔流率 100 mol/min）在平推流反应器里分解生成一系列产物，其动力学为 A→2.5 products（源文件本页内容至此截断，后续数据请以原课件图片为准）。