第3章均相反应器
3.1间歇槽式反应器
操作条件：灵活，投资小，适用于多品种小批量的化学品生产。 缺点：产量低、产品质量不稳定、不便于自动控制及劳动强度较大。
1、间歇槽式反应器的物料衡算。
一是反应时间t，装料完毕后从开始反应算起至达到要求所需要的转化率所经历的时间；二是辅助时间t’包括生产时间，装卸料，清洗时间。
利用物料守恒反应时间计算：
𝑡=𝑛𝐴0∫
𝑋𝐴𝑓
0
𝑑𝑋𝐴
𝑉𝑅𝑟𝐴
间歇过程为恒容过程，达到一定的转化率所需要的反应时间至于反应物初始浓度和反应速率有关，与反应器大小无关。
𝑡=𝑐𝐴0∫
反应体积的计算
每处理一批物料都需要有出料、清洗和加料等非生产时间t’，故处理一定量物料所需要的有小体积不但与反应时间时间有关，还与反应时间有关。
每天处理量V，平均每小时处理量为Q=V/24,每天生产24/(t+t’)
𝑋𝐴𝑓
𝑐𝐴𝑓
𝑑𝑋𝐴𝑑𝑐𝐴
=−∫ 𝑟𝐴𝐴𝑐𝐴0𝑟0
实际体积：𝑉𝑅=𝑉𝑅；ψ为装备系数，一般为0.4~0.85，对不起
𝜑
’𝛿
泡沸腾物料取0.4~0.6，δ为后备系数，一般为1~1.5。 最优反应时间
1） 平均生产强度最大时的反应时间 2） 达到最低生产费用时的反应时间 2、间歇槽式反应器的热量衡算
物料带入热=物料带出热+反应热+与外界换热+累积热 间歇热量衡算式：
𝑑𝑇𝑑𝑋𝐴
𝑉𝑅𝜌𝑐̅𝑝=ℎ𝐴(𝑇𝐶−𝑇)+(−△𝐻𝑟)𝑛𝐴0
𝑑𝑡𝑑𝑡Cp为反应混合物的平均定压热容。，kJ/（kg·K）
(−△𝐻𝑟)𝑐𝐴0
=Λ
𝜌𝐶𝑝T−T0=ΛX𝐴
Λ为绝热温升，指在绝热条件下，反应物系中组分A全部转化时，物系温度升高或下降的数值。转化率XA与温度T的关系。直线斜率为1/Λ，吸热反应，Λ＜0，反应温度随转化率的增加而下降；Λ=0是等温反应。放热反应，Λ＞0反应温度随转化率的增加而增大。
3.2半间歇槽式反应器
1、物料衡算
流入量𝑄0𝑐𝐴0=流出量𝑄𝑐𝐴+消耗量𝑟𝐴𝑉+累积量𝑑(𝑉𝑐𝐴)/𝑑𝑡 1） 非恒速加料
𝑄0不为常数，须知其与t函数关系才能求解。 2） 恒速加料 A+B→L方程。
不存在化学反应，由于A的连续加入，随时间增加，A的浓度应增加。
存在化学反应，反应初期，A的浓度低，反应速率慢，反应消耗掉的A量小于加入的A的量，随时间增加，浓度仍增加；反应后期，A的浓度增加，反应速率加快，此时反应消耗掉的A量超过了加入的A量，随时间的增加A的浓度下降。 2、半间歇槽式反应器的热量衡算。
物料带入热=物料带出热+反应热+与外界换热+累积热
𝑑𝑇𝑑(𝑉𝑐𝐴)𝑉𝜌𝑐̅𝑝=𝑄0𝜌𝑐̅𝑝𝑇0+ℎ𝐴(𝑇𝐶−𝑇)+(−△𝐻𝑟)[−𝑄0𝑐𝐴0]
𝑑𝑡𝑑𝑡3.3连续槽式反应器（CSTR）
1、物料衡算：流入量=流出量+反应量+累积量
𝐹𝐴0𝑋𝐴𝑓=𝑟𝐴𝑓𝑉𝑅
2、热量衡算：
𝑄0𝜌𝑐̅𝑝(𝑇−𝑇0)+ℎ𝐴(𝑇−𝑇𝐶)=(−△𝐻𝑟)𝑟𝐴𝑉𝑅
3、连续槽式反应器的热稳定性
设计的反应器能否实现稳定操作和控制的问题。 定态稳定操作点两个条件：
𝑞𝑟=𝑞𝑞 𝑑𝑞𝑟𝑑𝑞𝑞
＞ 𝑑𝑇𝑑𝑇3）怎样使得不稳定的定态操作点变为稳定的定态操作点？ 增大单位反应器容积所具有的换热能力hA/Q0；提高冷却介质的温度，减小传热温差，使得传热温差小于某一定值。 变温非绝热反应器温差（反应温度与非移反应温度之差） 等温反应器温差（反应温度与冷却介质温度之差） 绝热反应器（反应器进出物料的温差）
串联连续槽式反应器结论语句：一级不可逆等温恒容反应，采用多级连续槽式反应器串联时，要保证总的反应体积最小，必要条件是各槽的反应体积相等。
3.5管式反应器（PFR）
1、物料衡算所得到的任何情况能使用的反应时间𝜏𝑝（与间歇反应器（BR）等温恒容下结果相同）
𝜏𝑝=−∫
2、热量衡算
非绝热变温管式反应器
−1
𝐺𝑐̅𝑝𝑑𝑇=(−△𝐻𝑟)𝑟𝐴𝑑𝑙+4ℎ𝐷𝑡𝑑𝑙(𝑇−𝑇𝑐)
𝑐𝐴𝑓
𝑐𝐴0
𝑑𝑐𝐴
𝑟𝐴
G为单位横截面积质量流量 绝热变温管式反应器
与间歇槽式反应器在绝热操作情况下完全相同。
3.6循环管式反应器
物料衡算：
𝑄0𝑐𝐴0+𝛽𝑄0𝑐𝐴0(1−𝑋𝐴2)=(1+𝛽)𝑄0𝑐𝐴0(1−𝑋𝐴2)
当循环比β=0，显然是管式反应器。循环比β越大，循还返回的量越多，进口浓度下降就越厉害。当β→∞时，循环管式反应器相当于全混流反应器。
3.7反应器型式与操作方式的筛选
管式反应器体积必然小于间歇反应器的反应体积，两者体积之差为𝑄0𝑡′。 管式反应器的反应体积与槽式反应器的反应体积之比为容积效率𝜂。
𝜏𝑝𝜂= 𝜏𝑚