1.3化学反应器设计基础
一、本次课主要内容
化学反应器的分类、化学反应器设计的基础方程、等温条件下各理想反应器的动力学反应特征。
二、教学目的与要求
掌握化学反应速率的工程表示，化学计量学的表达。
三、教学重点难点
1、反应速率的工程表示，意义。
四、教学方法和手段
课堂讲授、提问、讨论；使用多媒体教学方式。
五、作业与习题布置
书后习题第9、11、13题
1.3化学反应器设计基础
一、化学反应器的设计、分析和开发一般包括下列内容：
F 根据反应过程的化学基础和生产工艺的基本要求，进行反应器的选型设计；
F 根据宏观反应动力学和反应器，确定操作方式，优化操作；
F 反应器的机械设计。充分考虑到机械设计、设备制造及运输、安装方面的要求和有关制约。
二、意义：
F 在机械设计可行的前提下，进行改变结构尺寸和操作温度、流体流动条件对反应器的稳定操作和适应一定幅度的催化剂失活和产量、产品质量和选择率、收率等方面的工艺要求的工程分析，然后确定反应器的设计。
F 反应器投产后，还要综合生产实践反馈来的效果改进今后同一类型化学反应器的设计；
F 开发新型反应器，如由固定床改为三相悬浮床，往往会提高反应效果，但在液相载体选择、结构尺寸设计等方面需要经过一定规模的工业试验，才能投入大规模生产。
三、反应器设计的基本方程
1、反应动力学方程
2、物料衡算方程
体积元：物料衡算所针对的具体体系。确定的边界。物料温度、浓度必须是均匀的。对关键组分A进行物料衡算。
用符号表示： 
对于体积元内的任何物料，进入、排出、反应、积累量的代数和为0。
不同的反应器和操作方式，某些项可能为0。
3、热量衡算方程
四、几个时间概念
(1)反应持续时间tr
用于间歇反应器。
定义：指反应物料进行反应达到所要求的反应程度或转化率所需时间。
(2)停留时间t和平均停留时间 
又称接触时间，用于连续流动反应器
定义：指流体微元从反应器入口到出口经历的时间。
(3)空间时间τ
定义：反应器有效容积VR与流体特征体积流率V0之比值。即
人为规定的参量，它表示处理在进口条件下一个反应器体积的流体所需要的时间。
空间时间不是停留时间
(4)空间速度SV
有空速和标准空速之分。
定义：单位时间内投入单位有效反应器容积内的物料体积。即：
标准空速定义为：
五、理想反应器
在工业上化学反应必然要在某种设备内进行，这种设备就是反应器。
根据各种化学反应的不同特性，反应器的形式和操作方式有很大差异。从本质上讲，反应器的形式并不会影响化学反应动力学特性。但是物料在不同类型的反应器中流动情况是不同的。
简单混合：相互混合的物料是在相同的时间进入反应器的，具有相同的反应程度，混合后的物料必然与混合前的物料完全相同。
返混：发生混合前的物料在反应器内停留时间不同，反应程度就不同，组成也不会相同。混合之后的物料组成与混合前必然不同，反应速率也会随之发生变化。 
1、 间歇反应器（BR）
间歇操作的充分搅拌槽式反应器（简称间歇反应器）。
特点：在反应器中物料被充分混合，但由于所有物料均为同一时间进入的，物料之间的混合过程属于简单混合，不存在返混。
2、平推流反应器（PFR）
3、理想置换反应器（又称平推流反应器或活塞流反应器）。
特点：在连续流动的反应器内物料允许作径向混合（属于简单混合）但不存在轴向混合（即无返混）。
物料在管内流速较快的管式反应器。
4全混流反应器（CSTR/MFR）
连续操作的充分搅拌槽型反应器（简称全混流反应器）。
特点：在这类反应器中物料返混达最大值。
强烈搅拌的连续釜式反应器
5非理想流反应器
特点：物料在这类反应器中存在一定的返混，即物料返混程度介于平推流反应器及全混流反应器之间。
偏离程度可通过测定停留时间分布来确定。
教学后记：
