当前课程知识点：冶金反应工程 > 第五章 理想反应器 > 第四讲 5.4 全混流反应器(CPFR) > 全混流反应器(CPFR)
大家好
下面我们讲知识点四
也就是理想反应器的第三种
叫全混流反应器
全混流反应器也有很多种名称
比如说连续式搅拌槽反应器
和连续式流动搅拌槽反应器
它的缩写分别是CCMT
CSTR以及CFSTR
它的基本特性
和我们前面的类似
第一有加料排料连续进行
属于稳态操作
并且在器内的属于理想混合
也就是说出口物料参数
等于器内所有物料的参数
下面我们还是从基础设计方程
和热平衡计算
两种方法进行详细讲解
首先来看第一部分
根据我们前面所学到的
物料衡算式
我们对全混流进行解析
在全混流反应器中
我们可以看到由于反应器物料
均匀混合
我们可以对整个反应器
进行物料衡算
在定常情况下
我们可以用我们图五-六
所对应的图中所有的符号
进行得到这个恒算式
就是由我们右边这个式子
通过变换我们可以得到
我们的基础设计式
其中F还是我们前面
活塞流讲过的符号意义
它代表我们的摩尔流量
经过一系列的变换
我们可以得到
与活塞流反应器类似的表达式
也就是空时与我们转化率
之间的关系式
得到这个基础设计式之后
我们可以先看一看
它关联了我们的反应速度、
转化率、
反应器体积、
以及进料量四个参数
也就是说如果已知任意三个参数
我们就可以求解出
第四个未知量
那么对于恒容条件下设计方程式
要做一个相应的变换
它用到的关系式
就是我们转换率与浓度
之间的关系
经过变换之后
我们就可以得到
恒容条件下所对应的设计方程式
我们可以看看这个表达式
我们知道同时进入
全混流反应器中的物料
在反应器中停留时间的长短
是不相等的
通常我们采用的是平均停留时间
来表示物料停留时间
对于恒容过程
平均停留时间
显然与空时是相等的
但是对于变容过程
平均停留时间和空时
就会存在一些差异
那么我们来想一想
如何求解非恒容条件下
它的设计方程
下面我们以一级不可逆反应为例
讲解我们非恒容条件下如何求解
并且我们对恒容条件下
得到的结果
与非恒容条件下的结果
进行一个对比分析
我们可以看到
非恒容条件下它的求解过程
还是用到了我们前面所说到的
膨胀率
经过变换最后我们得到一个
以绿色为背景的这个表达式
对于恒容条件下
我们也可以得到
一个绿色背景的这个表达式
我们可以看到
非恒容条件下与恒容条件下
它们之间的区别
就在于膨胀率不同
如果我们把膨胀率设成0的话
我们可以看到这两个式子
应该是完全一致的
我们同样给出我们常用的
0级、1级、2级所对应的
全混流它的反应结果的表达式
它的推导过程
其中0级是如下推导过程
1级是这样的一个方程式
它主要用到的就是
我们表达式中所涉及到的
R反应速度与浓度之间的一个关系
其中二级反应推导过程比较麻烦
我们最终是需要记住
全混流二级反应
所对应的这个表达式的结果就可以
那么我们对0级、1级、2级
这个反应器中表达式结果
进行一个对比分析
其中我们可以看到
对于全混流来讲
和活塞流来讲
这两个表达式是不一样的
但是我们可以得出
同样的一个结论就是
对于0级反应来讲
残余浓度KT与反应器的结构
是无关的
但是与初始浓度有关
一级反应残余浓度与反应器有关
但是与初始浓度无关
二级反应是残余浓度
与反应器的结构
以及初始浓度都是相关的
同时我们后面给出了
一个等温恒容条件下
所对应的这个例题
动力学方程式中的参数
以及值都给定
并且给定了初始浓度
如果日处理量是20.4 kmol
转化率要求是80%
那么计算一下反应器
所对应的体积
我们首先根据反应时间
与转化率的关系
可以得到
当转化率等于0.8时
我们所需要的控时是2030min
那么反应的体积
去计算的时候
就应该这样计算
每小时的处理量
我们可以算出来
就是20.4÷24
得到每小时的处理量
那么相应的体积
就可以直接得到
这样的话得到每小时
需要170升
反应器的体积根据我们前面
所需要的这个空时
就可以直接计算出来
这样的话就是体积流量
乘以我们的时间t
就可以得到我们的体积
最终的结果是5.75 m3
好,我们还是继续讲解
通过热量恒算
它会有怎么样的一个变换
为了简化计算
我们假定化学反应
在进料温度T0下进行
然后保持反应混合物组成不变
加热到出口温度T
在定常条件下
热量恒算式如下
它的符号意义我们已经给列出来了
那么对于物料衡算式
如果进行求解的话
与活塞流类似
按照不同的已知条件
联立这个方程式
就可以求解我们的反应器的体积
转化率以及我们的传热速度
知识点四我们总共讲解了
三个方程式
设计方程、
动力学方程和操作方程
这个讲解过程
与我们前面的活塞流
以及间歇式反应器完全类似
大家需要记住的
掌握的就是我们的设计方程式
本讲到此结束（谢谢）
-第一讲 冶金反应工程学的创立与发展-冶金反应工程学的范畴与内容-冶金反应工程学的数学模型-冶金反应装置概述
--1 冶金反应工程学的创立与发展-冶金反应工程学的范畴与内容-冶金反应工程学的数学模型-冶金反应装置概述
-第一章 绪论--章节测验
-第一讲 序言
--序言
-第二讲 2.1 反应动力学的基本概念
-第三讲 2.2 动力学参数及化学反应速度式的确定
-第四讲 2.3 积分法处理动力学实验数据
-第五讲 2.4 微分法处理动力学实验数据
-第六讲 2.5 确定反应速度的其他方法
-第二章 反应动力学基础--章节测验
-第一讲 5.1 均相反应器的分类
--均相反应器的分类
-第二讲 5.2 间歇反应器(BCMT)
-第三讲 5.3 活塞流反应器(CCMT)
-第四讲 5.4 全混流反应器(CPFR)
-第五讲 5.5 理想反应器生产能力比较
-第五章 理想反应器--章节测验
-6.1 停留时间分布（RTD）的概念
-6.2 停留时间分布的实验测定
-6.3 根据停留时间分布分析流型
-6.4 物料的混合及对反应的影响
-6.5 流动模型-扩散模型
-- 流动模型-扩散模型
-6.6 流动模型-槽列模型和组合模型
-第六章 非理想流动--章节测验
