催化反应工程（华东理工大学） 理想管式反应器

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1、理想管式反应器理想管式反应器的特点在正常情况下，它是连续定态操作，在反应器的各个径向截面上，物料浓度不随时间而变化；反应器内各处的浓度未必相等，反应速率随空间位置而变化；由于径向具有严格均匀的速度分布，也就是在径向不存在浓度变化，所以反应速率随空间位置的变化将只限于轴向。理想管式反应器的反应结果唯一地由化学反应动力学所确定。理想管式反应器基本方程式流入量＝流出量＋反应量＋累积量0为理想管式反应器的基本方程式。无论是等温、变温或反应过程中反应物料的总摩尔数是否发生变化均可适用，只要满足平推流这一假定即可。在下列两种情况下可以直接进行求解：等温理想管式反应器。反应速率常数为

2、常数。绝热理想管式反应器。反应的热效应全部用作加热或冷却反应物料，反应物料沿反应器长度温度变化可以用热量衡算与反应转化率关联。反应速率常数可转化为转化率的函数。除上述两种情况，对于非绝热非等温过程，需结合热量衡算式联立求解。对于反应器压降较大的，如管式裂解反应器，还需要再与动量衡算式联立求解。对装有固体催化剂的固定床反应器，只要满足平推流的基本假定，同样可以适用。空时、空速和停留时间空时空速停留时间对于恒容过程，系统物料的密度不随反应转化率而变，即，所以空时和停留时间两者相等。对于非恒容过程，反应器内物料的体积流率随反应转化率而变化，因此空时和停留时间两者就有差异。对于

3、等温恒容过程，只要把理想管式反应器空时代之理想间歇反应器中的反应时间t，则在理想间歇反应器中的结论完全适用于理想管式反应器。等温等容理想管式反应器中简单反应的结果反应前后分子数变化的气相反应在间歇反应器中分子数发生变化的气相反应，由于反应器的容积恒定，其结果使反应系统的总压变化，称之为恒容过程。在连续流动的理想管式反应器中进行的气相反应，反应物料从反应器进口加入，如果忽略物料在管内流动的压力降，则反应器进口和出口系统压力不变，称之为恒压过程。表征反应前后分子数变化程度的方法有膨胀率法和膨胀因子法。膨胀率法基于物系体积随转化率呈线性关系，即上式表示反应在等温等压下进行。膨

4、胀率的定义是反应组分A全部转化后系统体积变化的分率，即膨胀因子法膨胀因子的定义是原料A消耗一衡分子时，反应系统总衡分子数的变化，对反应aA＋bB→pP＋sS当理想管式反应器进口总摩尔流率为式中对等压过程因此膨胀因子和膨胀率的关系为变分子数反应过程的反应器计算对于理想管式反应器中进行变分子气相反应过程，其基本方程式仍为只是反应速率表达式应把体积变化这一因素考虑进去，当用浓度表示反应速率时对n级反应，反应速率表达式为等温、变容理想管式反应器的设计式（膨胀率法）对于A→P反应反应级数反应速率式设计式零级一级二级等温、变容理想管式反应器的设计式（膨胀因子法）当用分压表示反应速率

5、式时，对级反应，反应速率式为反应级数反应速率式设计式零级A→mp二级2A→mp二级A＋B→mp理想管式反应器中空时和平均停留时间计算式相应为只有当反应前后分子数不变时，空时和平均停留时间两者相等。