第13章均相化学反应器

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1、第十三章均相化学反应器第十三章均相化学反应器第一节间歇与半间歇反应器第二节完全混合流反应器第三节平推流反应器本章主要内容一、间歇反应器二、半间歇反应器第一节间歇与半间歇反应器本节的主要内容1.间歇反应器的操作方法将反应物料按一定比例一次加到反应器内，然后开始搅拌，使反应器内物料的浓度和温度保持均匀。反应一定时间，反应率达到所定的目标之后，将混合物料排出反应器。之后再加入物料，进行下一轮操作，如此反复。一、间歇反应器2.间歇反应器的设计计算设计计算的目的(1)确定达到一定的反应率时需要的反应时间(2)根据反应时间确定转化率或反应后的各组分浓度第一

2、节间歇与半间歇反应器间歇反应器设计的基本方程及设计方法(12.2.4)（恒容反应）(12.2.6)（恒容反应）(12.2.1)(12.2.2)(12.2.3)第一节间歇与半间歇反应器【例题13.1.1】间歇反应器中发生一级反应A→B(恒容反应)，反应速率常数k为0.35h-1，要使A的去除率达到90％，则A在反应器中需反应多少小时？解：设xA为转化率，则cA的值为cA=cA0(1-xA)=cA0(1-0.90)=0.10cA0根据设计方程：cA/cA0=e-kt有0.10cA0/cA0=e-0.35t解得t=6.58h第一节间歇与半间歇反应器间

3、歇反应器的图解设计法(12.2.4)(12.2.6)第一节间歇与半间歇反应器－1/rA－1/rA(1)将两种或两种以上的反应物、或其中的一些组分一次性放入反应器中，然后将某一种反应物连续加入反应器。特点：可控制加入成分在反应器中的浓度，便于控制反应速率。(2)将反应物料一次性加入反应器，在反应过程中将某个产物连续取出。特点：可以使反应产物维持在低浓度水平（利于可逆反应向生成产物的正方向进行；防止分泌产物对微生物生长的抑制作用）。二、半间歇反应器（一）半间歇反应器的操作方法第一节间歇与半间歇反应器半间歇操作的特点(1)与间歇操作一样，是一个非稳态

4、过程(2)与间歇操作不同之处：反应混合液的体积随时间而变化。第一节间歇与半间歇反应器反应量-rAVA的流入量nA＝(nA0＋qnA0t)(1－xA)（二）半间歇反应器的设计计算1.转化率的定义第一节间歇与半间歇反应器2.半间歇反应器的设计方程单位时间内A的加入量：qnA0＝qVcA0单位时间内A的排出量：0反应量：(－rA)V积累量：dnA/dt＝d(cAV)/dt＝cA(dV/dt)+V(dcA/dt)物料衡算式：qVcA0=(－rA)V+cA(dV/dt)+V(dcA/dt)(13.1.2)qVcA0=(－rA)V+cAqV+V(dcA/d

5、t)(13.1.3)V＝V0＋qVt第一节间歇与半间歇反应器反应量-rAVA的流入量【例题13.1.2】对于由反应(a)和(b)构成的反应系统，试定性说明在下述半间歇操作时的反应系统中各组分的浓度变化。(1)先向反应器中加入A，之后连续加入B。(2)先向反应器中加入B，之后连续加入A。A+B→P，r1＝k1cAcB(a)A+P→Q，r2＝k2cAcP(b)第一节间歇与半间歇反应器(a)先加入A，连续加入B时的变化(b)先加入B，连续加入A时的变化tctcA+B→P，r1＝k1cAcB(a)A+P→Q，r2＝k2cAcP(b)第一节间歇与半间歇反

6、应器(1)对于一个实际规模的均相连续反应器，影响反应物转化率的主要因素有哪些？(2)间歇反应器的一般操作方式是什么？你能举出哪些间歇反应器的例子？(3)半间歇反应器有哪几种操作方式？(4)半间歇反应器与间歇反应器相比有哪些异同点？(5)对于半间歇反应器，转化率是如何定义的？本节思考题第一节间歇与半间歇反应器一、单级反应器二、多级串联反应器第二节全混流反应器本节的主要内容一、单级反应器（一）操作方法与特点操作方法：连续恒定地向反应器内加入反应物，同时连续不断地把反应液排出反应器，并采取搅拌等手段使反应器内物料浓度和温度保持均匀。全混流反应器是一种

7、理想化的反应器。应用：污水的pH中和槽、混凝沉淀槽以及好氧活性污泥的生物反应器（常称曝气池）第二节全混流反应器（二）设计方法τ＝(cA0xA)/－rA(12.3.5)恒容反应τ＝(cA0－cA)/－rA(12.3.7)第二节全混流反应器【例题13.2.1】完全混合流反应器中发生一级反应A→B，反应速率常数k为0.35h-1，要使A的去除率达到90％，则A需在反应器中停留多少小时？解：设xA为转化率，则cA的值为cA=cA0(1-xA)=cA0(1-0.90)=0.10cA0根据反应平衡方程：τ=(cA0-cA)/kcA有τ=(cA0-0.10c

8、A0)/(0.35×0.10cA0)=25.7h第二节全混流反应器第二节全混流反应器全混流反应器的图解设计法τ＝(cA0xA)/-rAτ＝(cA0－c