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1、生物反应器的研究方法研究方法：理想化和模型化。研究方法：理想化和模型化。n n理想化：对于实际生物反应器，通过理想化处理，抽象出理想化：对于实际生物反应器，通过理想化处理，抽象出某几种具有代表性的典型反应器，当然它们是理想反应器。某几种具有代表性的典型反应器，当然它们是理想反应器。有了理想反应器，我们就可以比较容易地对它们进行研究，有了理想反应器，我们就可以比较容易地对它们进行研究，摸清生物反应在这些理想反应器中的反应情况，这就排除摸清生物反应在这些理想反应器中的反应情况，这就排除了不同形式反应器和操作条件对生物反应的影响。了不同形式反应器和操作条件对生物反应的影响。理想反应器理想反应器理想反
2、应器和实际反应器的主要区别在于流体在反应器中的流动状况不同。对于流体，返混是指不同停留时间的流体物料之间的混合。上面讨论的两种理想反应器，从返混的角度来讲，实际上是流体在反应器中流动的两种极端情况。PFR不存在返混，CSTR则返混程度达到最大。而实际的反应器，其流动状况明显偏离这两种理想流动，其物料在反应器中存在一定的停留时间分布。理想反应器理想反应器反应器选型、反应器选型、反应器选型、反应器选型、设计和优化设计和优化设计和优化设计和优化反应器中的反应器中的流动状况影流动状况影响反应结果响反应结果数学数学模型模型流动流动模型模型生物反应器生物反应器 对实际过程对实际过程的简化的简化理想理想模型
3、模型非理想非理想模型模型 理想流动反应器理想流动反应器建立模型的建立模型的基本方法基本方法理想气体状态方程理想反应器理想反应器间歇反应器间歇反应器平推流反应器全混流反应器连续流动反应器连续流动反应器完全没有返混完全没有返混返混极大返混极大(a)(b)(c)完全没有返混完全没有返混理想反应器理想反应器间歇搅拌反应器间歇搅拌反应器 Batch Stirred Tank Reactor Batch Stirred Tank Reactor (BSTR)(BSTR)n n特点：特点：特点：特点：反应物料间歇加入与取出，反应物料的反应物料间歇加入与取出，反应物料的温度和浓度等操作参数随时间而变，不随空间
4、位温度和浓度等操作参数随时间而变，不随空间位置而变，所有物料质点在反应器内经历相同的反置而变，所有物料质点在反应器内经历相同的反应时间应时间理想反应器理想反应器 间歇反应器间歇反应器 1 1 1 1 由于剧烈搅拌，反应器内物料浓度达到分子尺度由于剧烈搅拌，反应器内物料浓度达到分子尺度由于剧烈搅拌，反应器内物料浓度达到分子尺度由于剧烈搅拌，反应器内物料浓度达到分子尺度上的均匀，且反应器内浓度处处相等，因而排除上的均匀，且反应器内浓度处处相等，因而排除上的均匀，且反应器内浓度处处相等，因而排除上的均匀，且反应器内浓度处处相等，因而排除了物质传递对反应的影响；了物质传递对反应的影响；了物质传递对反应
5、的影响；了物质传递对反应的影响； 2 2 2 2 具有足够强的传热条件，温度始终相等，无需考具有足够强的传热条件，温度始终相等，无需考具有足够强的传热条件，温度始终相等，无需考具有足够强的传热条件，温度始终相等，无需考虑器内的热量传递问题；虑器内的热量传递问题；虑器内的热量传递问题；虑器内的热量传递问题； 3 3 3 3 物料同时加入并同时停止反应，所有物料具有相物料同时加入并同时停止反应，所有物料具有相物料同时加入并同时停止反应，所有物料具有相物料同时加入并同时停止反应，所有物料具有相同的反应时间。同的反应时间。同的反应时间。同的反应时间。优点：优点： 操作灵活，适用于小批量、多品种、反应时
6、间较长的操作灵活，适用于小批量、多品种、反应时间较长的操作灵活，适用于小批量、多品种、反应时间较长的操作灵活，适用于小批量、多品种、反应时间较长的产品生产产品生产产品生产产品生产 精细化工产品的生产精细化工产品的生产精细化工产品的生产精细化工产品的生产缺点缺点缺点缺点：装料、卸料等辅助操作时间长，产品质量不稳定装料、卸料等辅助操作时间长，产品质量不稳定装料、卸料等辅助操作时间长，产品质量不稳定装料、卸料等辅助操作时间长，产品质量不稳定理想反应器理想反应器平推流反应器平推流反应器 Piston Flow Reactor (PFR) Piston Flow Reactor (PFR)假设：反应物料
7、以稳定流量流入反应器，反应物料以稳定流量流入反应器， 在反应器中平行地像气缸活塞一样向前移动在反应器中平行地像气缸活塞一样向前移动特点：沿着物料的流动方向，物料的温度、浓度沿着物料的流动方向，物料的温度、浓度不断变化，而垂直于物料流动方向的任一不断变化，而垂直于物料流动方向的任一截面上物料的所有参数，如温度、浓度、截面上物料的所有参数，如温度、浓度、压力、流速都相同，因此，所有物料质点压力、流速都相同，因此，所有物料质点在反应器中具有相同的停留时间，反应器在反应器中具有相同的停留时间，反应器中不存在返混。中不存在返混。理想反应器理想反应器n n平推流反应器平推流反应器 Piston Pisto
8、n Flow Reactor (PFR)Flow Reactor (PFR)理想反应器理想反应器n n全混流反应器 Continued Stirred Tank Reactor Continued Stirred Tank Reactor (CSTR)(CSTR)理想反应器理想反应器假设：反应物料以稳定流量流入反应器，在反反应物料以稳定流量流入反应器，在反应器中，刚进入的新鲜物料与存留在反应应器中，刚进入的新鲜物料与存留在反应器中的物料瞬间达到完全混合。器中的物料瞬间达到完全混合。特点：反应器中所有空间位置的物料参数都是均匀的，而且等于反应器出口处的物料性质，物料质点在反应器中的停留时间参差不
9、齐，有的很长，有的很短，形成一个停留时间分布。理想反应器理想反应器n n年龄年龄年龄年龄反应物料质点从进入反应器算起已经停留的时间；是对仍反应物料质点从进入反应器算起已经停留的时间；是对仍反应物料质点从进入反应器算起已经停留的时间；是对仍反应物料质点从进入反应器算起已经停留的时间；是对仍留在反应器中的物料质点而言的。留在反应器中的物料质点而言的。留在反应器中的物料质点而言的。留在反应器中的物料质点而言的。n n寿命寿命寿命寿命反应物料质点从进入反应器到离开反应器的时间；是对已反应物料质点从进入反应器到离开反应器的时间；是对已反应物料质点从进入反应器到离开反应器的时间；是对已反应物料质点从进入反
10、应器到离开反应器的时间；是对已经离开反应器的物料质点而言的经离开反应器的物料质点而言的经离开反应器的物料质点而言的经离开反应器的物料质点而言的。 流动模型概述流动模型概述流动模型概述流动模型概述 概念概念概念概念返混返混：又称逆向返混，又称逆向返混，不同年龄不同年龄的质点之间的混合。的质点之间的混合。是时间概念上的混合是时间概念上的混合理想反应器理想反应器 间歇反应器间歇反应器 平推流反应器平推流反应器 全混流反应器全混流反应器 1 1投料投料 一次加料一次加料( (起始起始) ) 连续加料连续加料( (入口入口) ) 连续加料连续加料( (入口入口) )2 2年龄年龄 年龄相同年龄相同( (
11、某时某时) ) 年龄相同年龄相同( (某处某处) ) 年龄不同年龄不同3 3寿命寿命 寿命相同寿命相同( (中止中止) ) 寿命相同寿命相同( (出口出口) ) 寿命不同寿命不同( (出口出口) )4 4返混返混 全无返混全无返混 全无返混全无返混 返混极大返混极大反应器特性分析反应器特性分析 流动模型概述流动模型概述理想反应器理想反应器非理想流动模型 实际反应器内的返混程度是难以直接测定的，而实际反应器内的返混程度是难以直接测定的，而总是用停留时间分布加以描述。但是，停留时间总是用停留时间分布加以描述。但是，停留时间分布和反应器内的返混程度没有一定的相互对应分布和反应器内的返混程度没有一定的
12、相互对应关系，即一定的返混必然造成一定的停留时间分关系，即一定的返混必然造成一定的停留时间分布，但是，同样的停留时间分布，可能是不同的布，但是，同样的停留时间分布，可能是不同的返混所引起。因此，不能直接把测定所得的停留返混所引起。因此，不能直接把测定所得的停留时间分布用于描述返混程度，而必需借助于一定时间分布用于描述返混程度，而必需借助于一定的数学模型。的数学模型。n n常用的数学模型有：常用的数学模型有： 多釜串联模型；多釜串联模型； 轴向扩散模型。轴向扩散模型。理想反应器理想反应器非理想流动模型非理想流动模型 流动模型概述流动模型概述n n偏离全混流的情况偏离全混流的情况死角死角短路短路搅
13、拌造成搅拌造成的再循环的再循环理想反应器理想反应器n n偏离平推流的情况偏离平推流的情况 非理想流动模型非理想流动模型 流动模型概述流动模型概述流动模型概述流动模型概述漩涡运动：涡流、漩涡运动：涡流、湍动、碰撞填料湍动、碰撞填料截面上流截面上流速不均匀速不均匀沟流、短路：填料或沟流、短路：填料或催化剂装填不均匀催化剂装填不均匀理想反应器理想反应器浓度分布浓度分布 - - 推动力推动力反应推动力随反应时间逐渐降低反应推动力随反应器轴向长度逐渐降低反应推动力不变，等于出口处反应推动力理想反应器理想反应器n n流动状况对化学反应的影响流动状况对化学反应的影响 - - 由物料停留时间不同所造成由物料停
14、留时间不同所造成由物料停留时间不同所造成由物料停留时间不同所造成非理想流动力学模型非理想流动力学模型非理想流动力学模型非理想流动力学模型 流动模型概述流动模型概述流动模型概述流动模型概述短路、沟流短路、沟流停留时间减少停留时间减少转化率降低转化率降低死区、死区、再循环再循环停留时停留时间过长间过长A+BP：有效反应体积减少：有效反应体积减少A+BPS 产物产物P减少减少 停留时间的不均停留时间的不均理想反应器理想反应器多釜串联模型多釜串联模型n n首先来分析一下多个理想首先来分析一下多个理想CSTRCSTR反应器串联的停留时间分反应器串联的停留时间分布。设有布。设有N N个个CSTRCSTR串
15、联，每个反应器的体积皆为串联，每个反应器的体积皆为VRVR，忽，忽略流体流过釜间连接线所需的时间。略流体流过釜间连接线所需的时间。QQ为流体的体积流量，为流体的体积流量，C C表示示踪剂的浓度。各釜的反应温度相同。表示示踪剂的浓度。各釜的反应温度相同。n n表示在多釜串联模型中反应器内返混程度大小只与串联的表示在多釜串联模型中反应器内返混程度大小只与串联的CSTRCSTR的数量的数量N N有关。当有关。当N N1 1时，其无因次方差为时，其无因次方差为1 1，即为，即为一个一个CSTRCSTR；当；当N N无穷大无穷大 时，即为时，即为PFRPFR。而对于一般的。而对于一般的N N个个串联的串
16、联的CSTRCSTR，介于两者之间。因此，对于，介于两者之间。因此，对于N N的不同取值，的不同取值，可以模拟不同的停留时间分布。可以模拟不同的停留时间分布。n nN N为模型参数。多釜串联模型为单参数模型。为模型参数。多釜串联模型为单参数模型。理想反应器理想反应器轴向扩散模型轴向扩散模型n n由于分子扩散，涡流扩散以及流速分布不均匀等原因，使由于分子扩散，涡流扩散以及流速分布不均匀等原因，使得流体的流型偏离理想流动。此时，可以用轴向扩散模型得流体的流型偏离理想流动。此时，可以用轴向扩散模型来加以模拟。来加以模拟。n n该模型假定：该模型假定： 流体以恒定的流速流体以恒定的流速u u通过系统；
17、通过系统； 在垂直于在垂直于流体流动方向的截面上，径向浓度分布均匀，即径向混合流体流动方向的截面上，径向浓度分布均匀，即径向混合达到最大；达到最大； 由于湍流混合，分子扩散以及流速分布等传递机理而产生由于湍流混合，分子扩散以及流速分布等传递机理而产生的扩散，的扩散，仅发生在流动方向，即轴向仅发生在流动方向，即轴向仅发生在流动方向，即轴向仅发生在流动方向，即轴向，并以轴向扩散系数，并以轴向扩散系数表示。这些因素的综合影响，且可以用表示。这些因素的综合影响，且可以用费克定律费克定律费克定律费克定律描述。描述。理想反应器理想反应器第第3 3节反应器设计的基本方程节反应器设计的基本方程 反应器设计的基
18、本内容反应器设计的基本内容选择合适的反应器型式选择合适的反应器型式选择合适的反应器型式选择合适的反应器型式 反应动力学特性反应动力学特性反应动力学特性反应动力学特性+ + + +反应器的流动特征反应器的流动特征反应器的流动特征反应器的流动特征+ + + +传递特性传递特性传递特性传递特性确定最佳的工艺条件确定最佳的工艺条件确定最佳的工艺条件确定最佳的工艺条件 最大反应效果最大反应效果最大反应效果最大反应效果+ + + +反应器的操作稳定性反应器的操作稳定性反应器的操作稳定性反应器的操作稳定性 进口物料的配比、流量、反应温度、压力和最终转化率进口物料的配比、流量、反应温度、压力和最终转化率进口物
19、料的配比、流量、反应温度、压力和最终转化率进口物料的配比、流量、反应温度、压力和最终转化率计算所需反应器体积计算所需反应器体积计算所需反应器体积计算所需反应器体积 规定任务规定任务规定任务规定任务+ + + +反应器结构和尺寸的优化反应器结构和尺寸的优化反应器结构和尺寸的优化反应器结构和尺寸的优化理想反应器理想反应器反应器的参数反应器的参数反应器的参数反应器的参数 一一一一 停留时间停留时间停留时间停留时间 停停停停留留留留时时时时间间间间是是是是指指指指反反反反应应应应物物物物料料料料进进进进入入入入反反反反应应应应器器器器时时时时算算算算起起起起，至至至至离离离离开开开开反反反反应应应应器
20、器器器时时时时为为为为止止止止所所所所经经经经历历历历的的的的时时时时间间间间 。 分分分分 批批批批 式式式式 搅搅搅搅 拌拌拌拌 罐罐罐罐 （ Batch Batch Batch Batch stirred stirred stirred stirred tank tank tank tank reactorreactorreactorreactor，BSTRBSTRBSTRBSTR）中中中中，所所所所有有有有物物物物料料料料的的的的停停停停留留留留时时时时间间间间是是是是相相相相同同同同的的的的，且且且且等等等等于于于于反反反反应应应应时时时时间间间间；CPFRCPFRCPFRCPFR中
21、中中中两两两两者者者者也也也也是是是是一一一一致致致致的的的的。对对对对于于于于CSTRCSTRCSTRCSTR，常常常常使使使使用用用用“平平平平均均均均停停停停留留留留时时时时间间间间”来来来来表表表表达达达达。如如如如果果果果反反反反应应应应器器器器的的的的容容容容积积积积为为为为V V V V，物物物物料料料料流流流流入入入入反反反反应应应应器器器器中中中中的的的的体体体体积流量为积流量为积流量为积流量为F F F F，平均停留时间，平均停留时间，平均停留时间，平均停留时间的定义式为：的定义式为：的定义式为：的定义式为： 又称空时（空间时间又称空时（空间时间又称空时（空间时间又称空时（
22、空间时间space timespace time），其倒），其倒），其倒），其倒数数数数1 1 称为空速称为空速称为空速称为空速svsv，表明单位时间内能处理，表明单位时间内能处理，表明单位时间内能处理，表明单位时间内能处理相当几倍反应器容量的物料。相当几倍反应器容量的物料。相当几倍反应器容量的物料。相当几倍反应器容量的物料。理想反应器理想反应器二、转化率二、转化率二、转化率二、转化率 转转转转 化化化化 率率率率 （ 也也也也 称称称称 转转转转 化化化化 分分分分 数数数数 conversion conversion conversion conversion or or or or fr
23、actional fractional fractional fractional conversionconversionconversionconversion）是是是是表表表表明明明明供供供供给给给给反反反反应应应应的的的的底底底底物物物物发发发发生生生生转转转转变变变变的的的的分分分分量量量量。分分分分批批批批式式式式操操操操作作作作中中中中，底底底底物物物物的的的的初初初初始始始始浓浓浓浓度度度度为为为为S S S S0 0 0 0，反反反反应应应应时时时时间间间间t t t t时时时时的的的的底底底底物物物物浓浓浓浓度度度度为为为为S S S St t t t，此此此此时，底物时，
24、底物时，底物时，底物S S S S的转化率为：的转化率为：的转化率为：的转化率为： 连连连连续续续续式式式式操操操操作作作作中中中中，流流流流入入入入反反反反应应应应器器器器内内内内的的的的底底底底物物物物浓浓浓浓度度度度为为为为S S S Sinininin，流出液中底物的浓度为，流出液中底物的浓度为，流出液中底物的浓度为，流出液中底物的浓度为S S S Soutoutoutout，此时转化率，此时转化率，此时转化率，此时转化率: : : : 理想反应器理想反应器生产能力生产能力生产能力生产能力P P P Pr r r r 反反反反应应应应器器器器生生生生产产产产能能能能力力力力P P P
25、Pr r r r（productivityproductivity）的的的的定定定定义义义义是是是是单单单单位位位位时时时时间间间间、单位反应器体积内生产的产物量。单位反应器体积内生产的产物量。单位反应器体积内生产的产物量。单位反应器体积内生产的产物量。 分批式操作中，分批式操作中，分批式操作中，分批式操作中， 式中式中式中式中P P P Pt t t t为时间为时间为时间为时间t t t t时单位反应液体积中产物的生成量。时单位反应液体积中产物的生成量。时单位反应液体积中产物的生成量。时单位反应液体积中产物的生成量。 连续式操作中，连续式操作中，连续式操作中，连续式操作中， 式中式中式中式中
26、P P P Poutoutoutout为单位体积流出液中的产物量。为单位体积流出液中的产物量。为单位体积流出液中的产物量。为单位体积流出液中的产物量。 理想反应器理想反应器选择性选择性选择性选择性S Sp p 选选选选择择择择性性性性S S S Sp p p p（selectivityselectivityselectivityselectivity）是是是是在在在在有有有有副副副副反反反反应应应应发发发发生生生生的的的的复复复复合合合合反反反反应应应应中中中中，能能能能够够够够转转转转变变变变为为为为目目目目的的的的产产产产物物物物的的的的底底底底物物物物变变变变化化化化总总总总量量量量中中
27、中中，实实实实际际际际上上上上转转转转变变变变为为为为目的产物的比率。由底物目的产物的比率。由底物目的产物的比率。由底物目的产物的比率。由底物S S S S生成目的产物生成目的产物生成目的产物生成目的产物P P P P的选择性的选择性的选择性的选择性S S S Sp p p p为：为：为：为： 式式式式中中中中a a a aspspspsp是是是是指指指指从从从从1mol1mol1mol1mol底底底底物物物物S S S S中中中中所所所所得得得得到到到到产产产产物物物物P P P P的的的的摩摩摩摩尔尔尔尔数数数数，是是是是由由由由反反反反应应应应的的的的量量量量论论论论关关关关系系系系而而
28、而而决决决决定定定定。由由由由于于于于在在在在反反反反应应应应的的的的各各各各阶阶阶阶段段段段或或或或反反反反应应应应器器器器内内内内不不不不同同同同位位位位置置置置的选择性并非一致，因此，瞬时（或局部）选择性为：的选择性并非一致，因此，瞬时（或局部）选择性为：的选择性并非一致，因此，瞬时（或局部）选择性为：的选择性并非一致，因此，瞬时（或局部）选择性为： 式中式中式中式中r r r rp p p p为主反应速率；为主反应速率；为主反应速率；为主反应速率；r r r rs s s s为副反应速率。为副反应速率。为副反应速率。为副反应速率。 理想反应器理想反应器 物料衡算方程物料衡算方程某组分流
29、入量某组分流入量= =某组分流出量某组分流出量+ +某组分反应消耗量某组分反应消耗量+ +某组分累积量某组分累积量反应消耗累积流入流入流出流出反应单元反应单元反应器反应器反应单元反应单元流入量流入量流出量流出量反应量反应量累积量累积量间歇式间歇式间歇式间歇式整个反应器整个反应器整个反应器整个反应器0 00 0平推流平推流平推流平推流( (稳态稳态稳态稳态) )微元长度微元长度微元长度微元长度0 0全混釜全混釜全混釜全混釜( (稳态稳态稳态稳态) ) 整个反应器整个反应器整个反应器整个反应器0 0非稳态非稳态非稳态非稳态理想反应器的计算理想反应器的计算理想反应器的计算理想反应器的计算理想反应器理
30、想反应器n n一、一、一、一、PFRPFRPFRPFR型反应器型反应器型反应器型反应器 也称为活塞流式反应器或平推流式反应器。也称为活塞流式反应器或平推流式反应器。也称为活塞流式反应器或平推流式反应器。也称为活塞流式反应器或平推流式反应器。 PFR PFR PFR PFR具备以下特点：在正常的连续稳态操作具备以下特点：在正常的连续稳态操作具备以下特点：在正常的连续稳态操作具备以下特点：在正常的连续稳态操作情况下，情况下，情况下，情况下，在反应器的各个截面上，物料浓度不随在反应器的各个截面上，物料浓度不随在反应器的各个截面上，物料浓度不随在反应器的各个截面上，物料浓度不随时间而变化；反应器内轴向
31、各处的浓度彼此不相时间而变化；反应器内轴向各处的浓度彼此不相时间而变化；反应器内轴向各处的浓度彼此不相时间而变化；反应器内轴向各处的浓度彼此不相等，反应速率随空间位置而变化；等，反应速率随空间位置而变化；等，反应速率随空间位置而变化；等，反应速率随空间位置而变化；由于径向有严由于径向有严由于径向有严由于径向有严格均匀的速度分布，即径向不存在浓度分布，故格均匀的速度分布，即径向不存在浓度分布，故格均匀的速度分布，即径向不存在浓度分布，故格均匀的速度分布，即径向不存在浓度分布，故反应速率随空间位置的变化只限于轴向。反应速率随空间位置的变化只限于轴向。反应速率随空间位置的变化只限于轴向。反应速率随空
32、间位置的变化只限于轴向。 理想反应器理想反应器对对PFRPFR进行物料衡算进行物料衡算 活塞流式反应器物料恒算示意图活塞流式反应器物料恒算示意图 理想反应器理想反应器 沿反应器轴向任意切出长度为沿反应器轴向任意切出长度为沿反应器轴向任意切出长度为沿反应器轴向任意切出长度为dldldldl的一个微元的一个微元的一个微元的一个微元管段作为反应器微元，该微元的体积记为管段作为反应器微元，该微元的体积记为管段作为反应器微元，该微元的体积记为管段作为反应器微元，该微元的体积记为dV=AdldV=AdldV=AdldV=Adl，如图所示，在该微元内的反应速率不，如图所示，在该微元内的反应速率不，如图所示，
33、在该微元内的反应速率不，如图所示，在该微元内的反应速率不随时间而变。稳定状态下，以一级反应为例，取随时间而变。稳定状态下，以一级反应为例，取随时间而变。稳定状态下，以一级反应为例，取随时间而变。稳定状态下，以一级反应为例，取底物底物底物底物S S S S作为着眼组分进行物料衡算得（单位时间内）作为着眼组分进行物料衡算得（单位时间内）作为着眼组分进行物料衡算得（单位时间内）作为着眼组分进行物料衡算得（单位时间内） 流入量流入量流入量流入量 - - - - 流出量流出量流出量流出量 = = = = 反应量反应量反应量反应量 积累量积累量积累量积累量 FS F(S+dS) r dV 0 FS F(S
34、+dS) r dV 0 FS F(S+dS) r dV 0 FS F(S+dS) r dV 0理想反应器理想反应器 以边界条件进行积分，得以边界条件进行积分，得以边界条件进行积分，得以边界条件进行积分，得 式中：式中：式中：式中：S S S S为底物浓度为底物浓度为底物浓度为底物浓度molmolmolmolm m m m3 3 3 3； F F F F为以体积计的物料进料流率为以体积计的物料进料流率为以体积计的物料进料流率为以体积计的物料进料流率m m m m3 3 3 3s s s s； A A A A为反应器横截面积为反应器横截面积为反应器横截面积为反应器横截面积m m m m2 2 2
35、2； L L L L为反应器长度为反应器长度为反应器长度为反应器长度m m m m； 为停留时间为停留时间为停留时间为停留时间s s s s； k k k k为反应速率常数。为反应速率常数。为反应速率常数。为反应速率常数。流入量流入量流入量流入量 - - 流出量流出量流出量流出量 = = 反应量反应量反应量反应量 积累量积累量积累量积累量 FS F(S+dS) r dV 0 FS F(S+dS) r dV 0理想反应器理想反应器 所以，反应器的停留时间为所以，反应器的停留时间为所以，反应器的停留时间为所以，反应器的停留时间为 对于该反应可得到一般的关系式，对于该反应可得到一般的关系式，对于该反
36、应可得到一般的关系式，对于该反应可得到一般的关系式， 理想反应器理想反应器 二二) ) 间歇反应器的计算间歇反应器的计算间歇反应器的计算间歇反应器的计算进入量 - 排出量 = 反应量 + 累计量 0 0对液体反应 VR =常数理想反应器理想反应器三）三）CSTRCSTR型反应器型反应器 理想反应器理想反应器 稳稳稳稳定定定定状状状状态态态态下下下下，CSTRCSTRCSTRCSTR型型型型反反反反应应应应器器器器内内内内各各各各处处处处的的的的浓浓浓浓度度度度和和和和温温温温度度度度均均均均不不不不随随随随空空空空间间间间位位位位置置置置和和和和时时时时间间间间而而而而变变变变化化化化，因因因
37、因而而而而反反反反应应应应器器器器内内内内各各各各处处处处的的的的反反反反应应应应速速速速率率率率相相相相等等等等。所所所所以以以以可可可可对对对对整整整整个个个个反反反反应应应应器器器器作作作作物物物物料料料料衡衡衡衡算算算算，一一一一级级级级反反反反应应应应条条条条件件件件下下下下，对组分对组分对组分对组分S S S S（单位时间内）有（单位时间内）有（单位时间内）有（单位时间内）有: : : : 流入量流入量流入量流入量 - - - - 流出量流出量流出量流出量 = = = = 反反反反 应应应应 量量量量 积累量积累量积累量积累量 上式变为一般化的关系式为：上式变为一般化的关系式为：上式变为一般化的关系式为：上式变为一般化的关系式为： 即即即即 S S为底物浓度为底物浓度为底物浓度为底物浓度 mol molm3m3； F F为以体积计的物料进料流率为以体积计的物料进料流率为以体积计的物料进料流率为以体积计的物料进料流率 m3 m3s s； r r为反应速度为反应速度为反应速度为反应速度理想反应器理想反应器
