制药工程原理和设备ppt课件

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1、:yaors163 yaorisheng-jfhfut.eduPhone:2901771(o)Workroom:room 709,Shenghua Building制药工程原理与设备制药工程原理与设备Principle and Equipment of Pharmaceutical Engineering:yaors163 yaorisheng-jfhfut.eduPhone:2901771(o)Workroom:room 709,Shenghua Building第三章第三章 制药反应工程基础与设备制药反应工程基础与设备第一节第一节 药物化学合成反应工程基础药物化学合成反应工程基础1第二节第

2、二节 反应器的选择、设计与放大反应器的选择、设计与放大2第三节第三节 生物反应工程基础生物反应工程基础3第四节第四节 生物反应器的选择、设计与放大生物反应器的选择、设计与放大4Do you know?v药物的原药是通过化学反应合成、生物转化合成或药物的原药是通过化学反应合成、生物转化合成或从动植物组织器官中提取分离过程获得的。从动植物组织器官中提取分离过程获得的。v原料药的工业化生产需要借助化学与生物合成反应以及原料药的工业化生产需要借助化学与生物合成反应以及实现合成反应的设备反应器和与之配套的设备和保实现合成反应的设备反应器和与之配套的设备和保证反应向目标合成物及技术经济指标接近所需控制操作

3、证反应向目标合成物及技术经济指标接近所需控制操作该设备的参数和方法。该设备的参数和方法。v一台搅拌釜，所用搅拌尺寸、功率都已给定，你会通过一台搅拌釜，所用搅拌尺寸、功率都已给定，你会通过计算说明或书本知识知道为什么？如何进行工程技术放计算说明或书本知识知道为什么？如何进行工程技术放大和车间工程工艺设计。大和车间工程工艺设计。v 最重要的是进行反应及提取设备的放大设计与选型。最重要的是进行反应及提取设备的放大设计与选型。Can you tell me?v对非均相反应合成过程所用设备，对非均相反应合成过程所用设备，v（1你认为应该是什么样的？你认为应该是什么样的？v（2你想知道是什么样的吗？你想知

4、道是什么样的吗？v（3你知道为什么是这样的吗？你知道为什么是这样的吗？v 凭经验和掌握的知识判断；凭经验和掌握的知识判断；v 学习、进行测试；学习、进行测试；v 设计方案、实验、对比，分析研究。设计方案、实验、对比，分析研究。2.1 药物化学合成反应工程基础药物化学合成反应工程基础2.1.1 药物化学合成工业的特点药物化学合成工业的特点（1药物品种多，更新速度快；药物品种多，更新速度快；（2生产技术复杂，工艺流程长，生产成本高；生产技术复杂，工艺流程长，生产成本高；（3原辅材料多；原辅材料多；（4质量要求严格；质量要求严格；（5产量不断扩大，质量标准不断提高。产量不断扩大，质量标准不断提高。药

5、物化学合成反应工程的研究内容：药物化学合成反应工程的研究内容：反应动力学反应动力学反应器结构、设计、放大反应器结构、设计、放大反应器优化反应器优化结构功能与结构功能与GMP要求一致要求一致Review of Basic knowledge一、基本概念1.化学计量方程 或 02211ssAaAaAa01siiiAa2-12-2的计量数表示iiAa2.1.2 均相化学反应动力学均相化学反应动力学2 化学反应速率化学反应速率v 对于均相反应，常用单位时间、单位反应容积内物质量的对于均相反应，常用单位时间、单位反应容积内物质量的变化来定义该物质的反应速率变化来定义该物质的反应速率RaSaBaAaRSB

6、AVdtdnrAA/VdtdnrBB/VdtdnrRR/VdtdnrSS/SSRRBBAAarararar各物质的反应速率：各物质的反应速率：2-32-43 反应转化率和反应程度反应转化率和反应程度转化率：转化率：00KKKKKKnnnx的起始物质的量组分已反应掉的物质的量组分的物质的量为反应后的物质的量，为反应前KK0KKnnKKKiiiannann00反应程度：反应程度：2-52-64 反应速率方程反应速率方程 表示反应速率与浓度等参数之间的关系，或表示浓度等参数与时间关系的方程成为表示反应速率与浓度等参数之间的关系，或表示浓度等参数与时间关系的方程成为化学反应的速率方程化学反应的速率方程

7、rate equation）。）。bBaAAckcr RTEkkexp0)Kmol/(J3145.8RRmol/JE0为摩尔气体常数，；为反应的活化能，称为频率因子；k速率常数：速率常数：2-72-8二、单一反应二、单一反应不可逆反应：不可逆反应：SaBaAaSkBAbBaASSABBAAckcaraararbBaAAAckcdtdcr0AAccbBaAAccdckt反应速率式:对于等温恒容均相反应对于等温恒容均相反应:其积分式为：2-92-102-11可逆反应：可逆反应：CRCAkSAAAckkcdtdcrACAAckcdtdcr均相催化反应：均相催化反应：2-122-13三、复合反应三、复

8、合反应收率收率p：生成的目的产物：生成的目的产物P的摩尔数与反应掉的反应组份的的摩尔数与反应掉的反应组份的摩尔数之比摩尔数之比AApppnnnn00得率得率Xp：生成的目标产物：生成的目标产物P的摩尔数与反应物的起始摩尔数之比的摩尔数与反应物的起始摩尔数之比选择性选择性Sp：目的产物：目的产物P所生成的摩尔数与某副产物所生成的摩尔数与某副产物S生成的摩尔数之比生成的摩尔数之比 00APPPnnnX00SSPPPnnnnS2-142-152-162.2 反应器的选择、设计与放大反应器的选择、设计与放大 反应器是生产工艺过程与设计的起始中心，是化学合成、生物发酵与转化及反应分离提取的关键设备。反应

9、器不仅关系设计方案的经济性，而且影响环境。制药工业的反应器及提取分离设备均是一个复杂的系统，这就要求设备安全、可控。在大的容器中，存在多种过程，任一过程可以受这些因素中的某一或多种因素的作用。反应器的类型很多。一、反应器种类一、反应器种类按物料相态分类按物料相态分类(1)均相反应器反应物与生成物均属同一相）：均相反应器反应物与生成物均属同一相）：气相、液相气相、液相(2)非均相反应器反应体系多于一相）：气液、非均相反应器反应体系多于一相）：气液、液液、气固、液固、气液固液液、气固、液固、气液固按结构形式分类按结构形式分类釜式反应器、管式反应器、塔式反应器、流化釜式反应器、管式反应器、塔式反应器

10、、流化床式反应器、固定式反应器等床式反应器、固定式反应器等按操作方式分按操作方式分（1分批或称间歇操作反应器分批或称间歇操作反应器（2连续操作反应器连续操作反应器（3半连续操作反应器半连续操作反应器按流体流动及混合形式分按流体流动及混合形式分（1平推流活塞流、柱塞流、理想置换）平推流活塞流、柱塞流、理想置换）（2理想混合流理想混合流（3中间流型中间流型实际反应器实际反应器搅拌釜式反应器搅拌釜式反应器管式反应器管式反应器（填料塔式反应器（填料塔式反应器固定床催化反应器固定床催化反应器固定床非催化反应器固定床非催化反应器流化床催化反应器流化床催化反应器流化床催化反应器流化床催化反应器带夹套的开式搅

11、拌釜结构示意图带夹套的开式搅拌釜结构示意图 Catalytic distillation for MTBE production J.N.Armor，Applied Catalysis A:General 222(2019)9199 Schematic diagram of a reactive distillation column B.Saha et al.，Catalysis Today 60(2000)147157 填料散堆、填料散堆、规整）规整）催化剂包催化剂包裹均散、裹均散、固着在填料固着在填料表面或表面或共烧结）共烧结）固固定定床床反反应应器器的的结结构构形形式式釜式反应器的结构

12、、特点及应用釜式反应器的结构、特点及应用釜体一般是由钢板卷焊而成的圆筒体，再焊上钢制标准釜釜体一般是由钢板卷焊而成的圆筒体，再焊上钢制标准釜底，配上封头、搅拌器等零部件而制成。标准釜底一般为椭底，配上封头、搅拌器等零部件而制成。标准釜底一般为椭圆形，可用平底、半球底或锥形底等圆形，可用平底、半球底或锥形底等按釜盖与釜体连接方式的不同，搅拌釜式反应器可分为开按釜盖与釜体连接方式的不同，搅拌釜式反应器可分为开式法兰连接和闭式焊接两大类式法兰连接和闭式焊接两大类罐体的内壁可内衬耐腐蚀材料，外壁常设有传热夹套，或罐体的内壁可内衬耐腐蚀材料，外壁常设有传热夹套，或内部安装传热蛇管内部安装传热蛇管在搅拌良

13、好的下，可视为理想混合反应器，操作灵活，适在搅拌良好的下，可视为理想混合反应器，操作灵活，适应性强，便于控制和改变反应条件，尤其适用于制药工业的应性强，便于控制和改变反应条件，尤其适用于制药工业的小批量、多品种生产特点。小批量、多品种生产特点。间歇搅拌釜式反应器间歇搅拌釜式反应器间歇搅拌釜式反应器内任间歇搅拌釜式反应器内任一点的浓度或温度随反应一点的浓度或温度随反应时间而变，所以是不稳定时间而变，所以是不稳定操作的反应器操作的反应器Batch Tank Reactor BTR）v搅拌装置搅拌装置v轴封轴封v罐体罐体v附件附件理想反应器特点：理想反应器特点：1、空间完全混合，各点浓度、温度均一。

14、、空间完全混合，各点浓度、温度均一。2、各组分浓度随时间而变，反应速率也随之而、各组分浓度随时间而变，反应速率也随之而变。变。3、所有流体质点在反应器内的停留时间相等。、所有流体质点在反应器内的停留时间相等。（具有相同的历程）（具有相同的历程）二、二、Flow&Mixture of fluid in Reactor反应器内流体的混合状态反应器内流体的混合状态从混合的对象来看有两种混合状态从混合的对象来看有两种混合状态具有相同年龄的流体微元间的混合。具有相同年龄的流体微元间的混合。如间歇式反应器流体微元的混合，其流体微元在釜内的如间歇式反应器流体微元的混合，其流体微元在釜内的停留时间是相同的。停

15、留时间是相同的。不同年龄的流体微元的混合，称之为返混，或称为逆向混不同年龄的流体微元的混合，称之为返混，或称为逆向混合。合。这里指的逆向主要是指的时间这里指的逆向主要是指的时间(time)概念上的逆向，而概念上的逆向，而不是指空间不是指空间space)上的逆向。上的逆向。反应器中的混合：反应器中的混合：就连续搅拌式反应器而言，其混合可视为三个不同部分就连续搅拌式反应器而言，其混合可视为三个不同部分所组成：所组成：因搅拌器的旋转面造成液体的流通或循环，使得整个反应因搅拌器的旋转面造成液体的流通或循环，使得整个反应器中的物料引起湍动面混合，并称之为主流；器中的物料引起湍动面混合，并称之为主流；在较

16、小的范围中因搅拌器的剪切或进料的喷射面引起的湍在较小的范围中因搅拌器的剪切或进料的喷射面引起的湍动，使物料分散成微团动，使物料分散成微团(或小滴或小滴)；分子扩散，均匀化的最后步骤。分子扩散，均匀化的最后步骤。产生混合的主要因素：产生混合的主要因素：由于液体中分子扩散的速度很慢，故在很大程度上混合受主由于液体中分子扩散的速度很慢，故在很大程度上混合受主流及湍动的影响，而主要影响因素则是主流的速度。流及湍动的影响，而主要影响因素则是主流的速度。连续反应器中的流动与混合是由进料的喷射效应以及主要连续反应器中的流动与混合是由进料的喷射效应以及主要因素机械搅拌所造成的。因素机械搅拌所造成的。返混是连续

17、化操作的伴生现象，两种连续理想反应器的返混返混是连续化操作的伴生现象，两种连续理想反应器的返混情况处于两种极端状态：情况处于两种极端状态：在平推流反应器中，流体象活塞一样向前运动，不存在着任在平推流反应器中，流体象活塞一样向前运动，不存在着任何返混何返混在理想混合反应器中，物料的停留时间有长有短，这些具有在理想混合反应器中，物料的停留时间有长有短，这些具有不同停留时间的物料由于受搅拌的作用，其返混程度达到最不同停留时间的物料由于受搅拌的作用，其返混程度达到最大大实际反应器流体流动的返混程度介于这两种理想反应器之间实际反应器流体流动的返混程度介于这两种理想反应器之间形成返混的原因：形成返混的原因

18、：一、由不均匀的速度分布引起，如流动过程中有死角和沟一、由不均匀的速度分布引起，如流动过程中有死角和沟流以及粘性流体在管式反应器作层流流动时，均使流体的停留流以及粘性流体在管式反应器作层流流动时，均使流体的停留时间不同而造成返混时间不同而造成返混 二、由物料的流动方向相反的运动引起，如连续釜式反应二、由物料的流动方向相反的运动引起，如连续釜式反应器的搅拌作用和管式反应器的分子扩散，涡流扩散作用而形成器的搅拌作用和管式反应器的分子扩散，涡流扩散作用而形成返混。返混。一般说来，由于沟流、死角等非理想流动所引起的返混十分严一般说来，由于沟流、死角等非理想流动所引起的返混十分严重重反应器的近似处理带搅

19、拌的釜式反应器认为是理想混合反应器管式、固定床催化反应器近似地考虑为平推流反应器反应器内流动状态反应器内流动状态微观混合与微观流体。（微观流体的反应是分子间的碰撞）微观混合与微观流体。（微观流体的反应是分子间的碰撞）宏观混合与宏观流体。（宏观流体的反应在微元之内进行）宏观混合与宏观流体。（宏观流体的反应在微元之内进行）1.反应器设计的基本原理反应器设计的基本原理根据给定的生产任务进行设计，使反应器的容积、类型和操作根据给定的生产任务进行设计，使反应器的容积、类型和操作方法最佳。方法最佳。通常是在反应器的类型和操作方法或通常是在反应器的类型和操作方法或/和条件已经确定的和条件已经确定的前提下，进

20、行反应体积前提下，进行反应体积(volume of reacting fluid)的计算；的计算；然后，结合反应器内反应物系的组成与操作条件，确定反应器然后，结合反应器内反应物系的组成与操作条件，确定反应器的容积的容积(internal volume of reactor)。三、反应器的设计与选择基础三、反应器的设计与选择基础反应体积的计算取决于反应速率以及组分的转化率。反应体积的计算取决于反应速率以及组分的转化率。反应器设计通常要借助一定的数学模型，即反应器设计通常要借助一定的数学模型，即反应器内反应速率及组分转化率等的变化关系反应器内反应速率及组分转化率等的变化关系式，即反应器设计的基本方

21、程。式，即反应器设计的基本方程。包括：物料衡算式、热量衡算式以及动量衡包括：物料衡算式、热量衡算式以及动量衡算式对有大的压力降过程以及相关的反应算式对有大的压力降过程以及相关的反应生长动力学方程、热力学计算式和各种传生长动力学方程、热力学计算式和各种传递参数计算式等递参数计算式等2.反应动力学方程反应动力学方程对于均相反应对于均相反应(single-phase reaction)，反应速度可用单位时间、单位体，反应速度可用单位时间、单位体积的反应物料中某一组分摩尔数的变量来表示，即积的反应物料中某一组分摩尔数的变量来表示，即 当A为生成物时，式取+号，表示生成速度；当A为反应物时，取表示消耗速

22、度。对于等容过程对于等容过程2-172-182-192-202-213 物料平衡方程式物料平衡方程式对于简单的反应，如对于简单的反应，如 aA+bB mM+nN 在在d内，在内，在dVR中，对反应物中，对反应物A进行物料衡算得：进行物料衡算得：A输入量输入量A输出量输出量+A消耗量消耗量+A积累量积累量A的消耗量取决于反应速度。在的消耗量取决于反应速度。在d内，在内，在dVR中因反应而消耗的反应物中因反应而消耗的反应物A的量为的量为AdVRd。物料衡算式给出了反应器内反应物浓度或转化率随位置或时间的变化关物料衡算式给出了反应器内反应物浓度或转化率随位置或时间的变化关系。系。反应体积微元物料平衡

23、图反应体积微元物料平衡图4 热量平衡方程式热量平衡方程式分别选取微元体积分别选取微元体积dVR和微元时间和微元时间d作为热量衡算的空间基准和时间基作为热量衡算的空间基准和时间基准，在准，在d内对内对dVR进行热量衡算得：进行热量衡算得：物料带入物料带出物料带入物料带出+过程热效应过程热效应+外界输入积累热量外界输入积累热量 过程热效应由物理变化热和化学变化热组成，当物理变化热可以忽过程热效应由物理变化热和化学变化热组成，当物理变化热可以忽略时，上式可改写为：略时，上式可改写为：物料带入物料带入-物料带出物料带出+化学变化热化学变化热+外界输入积累热量外界输入积累热量 热量衡算式给出了反应器内温

24、度随位置或时间的变化关系。热量衡算式给出了反应器内温度随位置或时间的变化关系。反应器的计算过程方法反应器的计算过程方法反应器计算实际上就是联立求解物料衡算式、热量衡算反应器计算实际上就是联立求解物料衡算式、热量衡算式和反应动力学方程式对于等量过程，由于温度不随式和反应动力学方程式对于等量过程，由于温度不随时间和空间而改变，因此仅需联立求解物料衡算式和反时间和空间而改变，因此仅需联立求解物料衡算式和反应动力学方程式应动力学方程式由于物料的流动混合状况直接影响着反应器内的浓度和由于物料的流动混合状况直接影响着反应器内的浓度和温度分布，因此，在联立求解物料衡算式和热量衡算式温度分布，因此，在联立求解

25、物料衡算式和热量衡算式时，必须知道反应器内物料的流动混合状况。时，必须知道反应器内物料的流动混合状况。四、反应器的工艺计算四、反应器的工艺计算间歇釜式反应器的工艺计算间歇釜式反应器的工艺计算间歇釜式反应器物料衡算具有的特点：间歇釜式反应器物料衡算具有的特点：由于反应器内浓度、温度均一，不随位置而变，故可对整由于反应器内浓度、温度均一，不随位置而变，故可对整个反应器有效容积个反应器有效容积(反应体积反应体积)进行物料衡算。进行物料衡算。由于间歇操作，物料的输入量和输出量均为零，因而物料由于间歇操作，物料的输入量和输出量均为零，因而物料衡算式为：衡算式为：A的消耗量的消耗量+A的积累量的积累量0由

26、于由于 A的消耗量的消耗量+A的积累量的积累量0，那么：，那么：xAf-xAf-反应终止时反应物反应终止时反应物A A的转化率的转化率 公式对等温、非等温、等容和变容过程均适用反应时间的计算反应时间的计算在等容情况下，在等容情况下，VRVR保持不变，那么：保持不变，那么：2-22上式表明，达到一定转化率所需要的反应时间仅与反应物的初始浓度和化学反应速度有关，而与物料的处理量无关。因此，若能保证放大后的装置在搅拌和传热两方面均与提供试验数据的装置完全相同，就可以简单地计算出大生产装置的尺寸，实现高倍数的放大。要对上式进行积分，尚需知道反应速度与转化率之间的函数关系，即反应动力学方程式。2-22

27、得2-232-242-252-26等温等温等温等温总容积的计算总容积的计算釜式反应器间歇操作时，处理一定量物料所需要的有效体积VR不仅与反应时间有关，而且与辅助操作时间有关：VR=Vh(+)(2-27)VR反应器的有效容积或反应体积，m3；Vh每小时所需处理的物料体积，m3 h-1；为达规定转化率所需反应时间，h。决定反应器的总容积VT，还需考虑装料系数：VT=VR/（2-28）一般为0.40.85。对于不起泡、不沸腾的物料，可取0.70.85；对于起泡或沸腾的物料，可取0.40.6；此外，装料系数的选择还应考虑搅拌器和换热器的体积。釜式反应器的台套数及单釜容积确定釜式反应器的台套数及单釜容积

28、确定 对于给定的生产任务，即总体积对于给定的生产任务，即总体积Vd确定，根据工艺要求和反应器系列标准，确定，根据工艺要求和反应器系列标准，即可确定所需反应器的台数即可确定所需反应器的台数N及单釜容积及单釜容积VTS（m3）.已知已知VTS，求，求N，对给定的处理量，对给定的处理量Vd（m3 d-1），每天需操作的总批数为，每天需操作的总批数为=Vd/VRS=Vd/VTS （2-29）每天每台反应器可操作的批数为每天每台反应器可操作的批数为 =24/(+)（2-30）完成给定生产任务所需的反应器台数为完成给定生产任务所需的反应器台数为 Np=/（2-31）Np值圆成整数，这样反应器的实际生产能力

29、后备系数值圆成整数，这样反应器的实际生产能力后备系数(1.11.15)表示为表示为 =N/Np （2-32）.已知已知N求求 VTS，由式，由式2-31和式和式2-32可求得可求得每台反应器的容积为每台反应器的容积为 VTS=Vd(+)/24 N （2-33）.N及及VTS均为未知，求均为未知，求N 和和 VTS，由于台数一般，由于台数一般不会很多，因此常先假设几个不同的不会很多，因此常先假设几个不同的N值求出相应值求出相应的的VTS，然后再根据工艺要求及厂房等具体情况，然后再根据工艺要求及厂房等具体情况，确定一组适宜的确定一组适宜的N和和VTS值作为设计值。值作为设计值。釜式反应器主要工艺尺

30、寸的确定釜式反应器主要工艺尺寸的确定釜式反应器的主要工艺尺寸釜式反应器的主要工艺尺寸 釜式反应器的主要工艺尺寸如图所示。釜式反应器的主要工艺尺寸如图所示。一般情况下，其高度一般情况下，其高度H为直径为直径D的的1.2倍左右倍左右釜盖和釜底均采用标准椭圆形封头，封头高釜盖和釜底均采用标准椭圆形封头，封头高度度H，(不含直边不含直边)为直径为直径D的的0.25倍，倍，则釜式反应器的圆筒体高度则釜式反应器的圆筒体高度H2(含封头直边含封头直边)为为H2H-2Hl1.2D-20.25D0.7D (2-34)反应器的总容积可按下式计算反应器的总容积可按下式计算VTS=（/4D2 H2+0.131 D3

31、（2-35）2.连续釜式反应器的工艺计算连续釜式反应器的工艺计算连续釜式反应器的特点连续釜式反应器的特点 搅拌良好的连续釜式反应器可视搅拌良好的连续釜式反应器可视为理想混合反应器；为理想混合反应器；釜式反应器采用连续操作时，物釜式反应器采用连续操作时，物料连续流动，随进随出，且出口料连续流动，随进随出，且出口物料的温度、组成与釜内物料的物料的温度、组成与釜内物料的完全相同，这对自催化反应特别完全相同，这对自催化反应特别有利有利；在强烈搅拌下，各点的浓度、温在强烈搅拌下，各点的浓度、温度均匀一致；操作达到稳定时，度均匀一致；操作达到稳定时，釜内物料的温度和组成均不随时釜内物料的温度和组成均不随时

32、间而变，属稳态操作过程。间而变，属稳态操作过程。连续釜式反应器的缺点连续釜式反应器的缺点 当采用单釜连续操作时，新鲜原料一进入反应器就立即与釜内物料完全混合，釜内CA=CAf出口，整个反应都在较低的反应物浓度CA下进行，因而反应速度rA较小，对于给定的生产任务所需反应器的有效容积较大。为克服单釜连续操作的缺点，可采用多釜串联连续操作。串联的釜数越多，各釜反应物浓度的变化就愈接近于理想管式反应器，当釜数为无穷多时，各釜反应物浓度的变化与管式反应器内的完全相同，因而为完成相同的任务，两者所需的有效容积相同。当串联的釜数超过某一极限后，因釜数增加而引起的设备投资和操作费用的增加，将超过因反应器容积减

33、少而节省的费用。实践表明，采用多釜串联连续操作时，釜数一般不宜超过4台。单釜连续操作单釜连续操作稳态操作时，其物料衡算特点有稳态操作时，其物料衡算特点有:a.反应器内温度均一，不随时间而变，为等温反应器。故计算反应反应器内温度均一，不随时间而变，为等温反应器。故计算反应器容积时，只需进行物料衡算。器容积时，只需进行物料衡算。b.反应器内浓度均一，不随时间而变，故可对反应器的有效容积和反应器内浓度均一，不随时间而变，故可对反应器的有效容积和任意时间间隔进行物料衡算。任意时间间隔进行物料衡算。c.物料衡算式中的积累量为零：物料衡算式中的积累量为零：A的输入量的输入量A的输出量的输出量+A的消耗量的

34、消耗量+A的积累量的积累量d.反应速度可按出口处的浓度和温度计算。反应速度可按出口处的浓度和温度计算。如下图，反应物如下图，反应物A的物料衡算式为的物料衡算式为 FA0FAfrAVR0 (2-36)式中式中 FA0进入反应器的反应物进入反应器的反应物A的千摩尔的千摩尔流量，流量，kmols-1或或kmolh-1;FAf离开反应器的反应物离开反应器的反应物A的千摩尔流的千摩尔流量，量，kmols-1或或kmolh-1 对于连续过程：对于连续过程：FA=FA0(1-xA)或或FAf=FA0(1-xAf)代入式代入式(2-36)：FA0FAf rAVR0 并化简得并化简得 VRFA0(xAf/rA)

35、（2-37）物料在反应器内的平均停留时间即反应时间为：物料在反应器内的平均停留时间即反应时间为：2-382-392-402-41多釜连续操作多釜连续操作采用多釜串联连续操作时，各釜仍具有单釜连续操作反应器所具有的特点。此外，为简化计算，作如下假设:a.釜间不存在混合；b.对于液相反应，因反应和温度改变而引起的密度变化可忽略不计。右图为多釜串联连续操作反应器的物料衡算示意图。对液相反应，由假设b可知，单位时间内各釜处理的物料体积相等，即Vh=Vh1Vh2VhN 在第i釜中对反应物A进行物料衡算得 FAi-1FAi+rAiVRi在多釜串联连续操作中，前一釜的出料即为后一釜的进料。在多釜串联连续操作

36、中，前一釜的出料即为后一釜的进料。因此，利用式因此，利用式(2-42)，并结合反应动力学方程式进行逐釜计算，并结合反应动力学方程式进行逐釜计算，即可计算出达到规定转化率所需的反应釜数、各釜容积即可计算出达到规定转化率所需的反应釜数、各釜容积VRi和和相应的转化率相应的转化率x Ai。(2-42)3.管式反应器的工艺计算管式反应器的工艺计算管式反应器的结构、特点及应用管式反应器的结构、特点及应用管式反应器的主体通常是一根或多根水平或竖直放置的管子，管子常为无缝钢管，管式反应器的主体通常是一根或多根水平或竖直放置的管子，管子常为无缝钢管，当为多根管子时，相邻管子的两端可用当为多根管子时，相邻管子的

37、两端可用U型管件连接；型管件连接；管外常设有夹套，构成的套管环隙作为加热或冷却介质的流动通道；管外常设有夹套，构成的套管环隙作为加热或冷却介质的流动通道；采用金属管子能耐高压，可用于加压反应；采用金属管子能耐高压，可用于加压反应；也可采用玻璃等非金属材料制成，耐压能力受到限，但耐腐蚀能力大为提高。也可采用玻璃等非金属材料制成，耐压能力受到限，但耐腐蚀能力大为提高。构造构造材质材质管式反应器是一种典型的连续操作反应器，由于是连续操作，因而生产管式反应器是一种典型的连续操作反应器，由于是连续操作，因而生产能力较大，并容易实现自动控制。能力较大，并容易实现自动控制。与釜式反应器相比，单位体积所具有的

38、传热面积较大，特别适用于热效与釜式反应器相比，单位体积所具有的传热面积较大，特别适用于热效应较大的反应。应较大的反应。可用于气相、均液相、非均液相、气液相、气固相、固相等反应。可用于气相、均液相、非均液相、气液相、气固相、固相等反应。为保证管式反应器内具有良好的传热和传质条件，一般要求反应物料在为保证管式反应器内具有良好的传热和传质条件，一般要求反应物料在管内作高速湍流运动。管内作高速湍流运动。管式反应器的近似处理管式反应器的近似处理工业生产中，细长型的管式反应器可近似看成理想平推流反工业生产中，细长型的管式反应器可近似看成理想平推流反应器。应器。用于液相反应时，可忽略因反应和温度改变而引起的

39、密度变用于液相反应时，可忽略因反应和温度改变而引起的密度变化，视为等容过程。化，视为等容过程。用于气相反应时，则有两种情况，用于气相反应时，则有两种情况，一是反应过程中气体物质的总摩尔量保持不变，应按等容过一是反应过程中气体物质的总摩尔量保持不变，应按等容过程处理；程处理；二是反应过程中气体物质的总摩尔量要发生改变，则应按变二是反应过程中气体物质的总摩尔量要发生改变，则应按变容过程处理。容过程处理。温度也有类似情况，当过程的热效应可以忽略或采取适当措温度也有类似情况，当过程的热效应可以忽略或采取适当措施使体系的温度保持不变时，则按等温过程处理，否则应视为施使体系的温度保持不变时，则按等温过程处

40、理，否则应视为非等温过程。非等温过程。管式反应器的设计基础方程式管式反应器的设计基础方程式根据管式反应器的物料衡算式导出设计基础方程式，管式反应器达到稳态操作时，其物料衡算具有如下特点:物料组成、温度和反应速度不随时间而变化，故可对任意时间间隔进行物料衡算。物料组成、温度和反应速度沿流动方向而变，故应取微元管长进行物料衡算。物料在反应器中的积累量为零。沿管式反应器的管长方向取长为沿管式反应器的管长方向取长为dl的微元圆柱体，相应的体积为的微元圆柱体，相应的体积为dVR：FA=FA0(1-xA)=Vh CA0(1-xA)dFA=-FA0d xA，由物料平衡方程得由物料平衡方程得 dFA=-rAd

41、VR FA0d xA=rAdVR dVR/FA0=d xA/rA VR/（Vh CA0）=d xA/rA空间时间空间时间(对整个反应器对整个反应器)c=VR/Vh=CA0 d xA/rA五、反应器的选择五、反应器的选择1.反应路径反应路径 生产一种产品，通常有多种路径可供选择。理想的反应路生产一种产品，通常有多种路径可供选择。理想的反应路径是利用最便宜的原料并产生最少量的副产品。考虑到环径是利用最便宜的原料并产生最少量的副产品。考虑到环境问题，尤其不能选择会产生大量副产品的反应路径。境问题，尤其不能选择会产生大量副产品的反应路径。此外，还必须考虑其他因素。如经济上应考虑原料和副产此外，还必须考

42、虑其他因素。如经济上应考虑原料和副产品未来价格变动，技术上应考虑操作安全性和能耗。品未来价格变动，技术上应考虑操作安全性和能耗。影响新反应路径开发的最主要的原因是缺少合适的催化剂。影响新反应路径开发的最主要的原因是缺少合适的催化剂。在初步设计阶段，很难预料到不同反应路径的最终结果，在初步设计阶段，很难预料到不同反应路径的最终结果，但很多因素的影响却是显而易见的。但很多因素的影响却是显而易见的。2.反应系统类型反应系统类型在进行反应器选择和操作条件确定以前，对常遇到的反应系在进行反应器选择和操作条件确定以前，对常遇到的反应系统类型有：统类型有：单一反应单一反应 大多数反应系统包括多个反应，通常，

43、有时副反大多数反应系统包括多个反应，通常，有时副反应可忽略，只考虑一个主反应应可忽略，只考虑一个主反应生成副产物的反应与主反应为平行反应生成副产物的反应与主反应为平行反应 系统中包括多个反系统中包括多个反应应副反应与主反应为串联反应副反应与主反应为串联反应 主副反应除了是平行的之外，主副反应除了是平行的之外，还可能是串联反应还可能是串联反应生成副产物的反应既有平行反应又有串联反应生成副产物的反应既有平行反应又有串联反应聚合反应聚合反应 聚合反应按照是否有终止而分为两大类，如烯烃聚合反应按照是否有终止而分为两大类，如烯烃分子的自由基聚合反应即包括终止步骤，没有终止步骤的聚分子的自由基聚合反应即包

44、括终止步骤，没有终止步骤的聚合反应的缩聚反应等合反应的缩聚反应等3.反应器性能反应器性能为了选择适宜的反应条件，首先对反应性能进行描述。为了选择适宜的反应条件，首先对反应性能进行描述。对聚合反应，常用聚合物的分子量分布来表示反应性能，聚对聚合反应，常用聚合物的分子量分布来表示反应性能，聚合物的分子量分布可表示其力学性能。对其他类型的反应器，合物的分子量分布可表示其力学性能。对其他类型的反应器，常用的三个重要参数为：常用的三个重要参数为：转化率转化率=反应消耗掉的反应物量反应消耗掉的反应物量/反应物进料量反应物进料量选择性选择性=（目的产物生成量（目的产物生成量/反应消耗掉的反应物量）化学反应消

45、耗掉的反应物量）化学计量因子计量因子反应器收率反应器收率=（目的产物生成量（目的产物生成量/反应物进料量）化学计量反应物进料量）化学计量因子因子这里化学计量因子是指每摩尔产物所需要的反应物的摩尔数。这里化学计量因子是指每摩尔产物所需要的反应物的摩尔数。如果有两种或两种以上反应物或生成物，则对每一反应物或如果有两种或两种以上反应物或生成物，则对每一反应物或每一生成物由可用上述三式分别计算其转化率等参数每一生成物由可用上述三式分别计算其转化率等参数在描述反应器性能时，选择性比收率更有意义；当描述整个工厂时，整个过程的收率才是一个十分重要的参数；当设计进行到此(反应性能描述)阶段时，就可以确定选择反

46、应器的目标。收率以进料中的反应物为基础，而反应选择性是以消耗掉的反应物为基础。反应物中可能有一部分再循环物料而不是新鲜进料，反应收率并没有考虑未反应物料的分离及其再循环。只有当由于某种原因，未反应的物料不再循环回反应器人口时，反应收率才有意义。p由于未转化的物料一般要分离和再循环，所以在选择反应器时还不能确定反应的转化率，反应的最终转化率要由以后的设计过程来确定。p尽管如此，为了使设计进行下去，必须对反应转化率做出某些假设，当然这样选择的反应转化率很可能要经过多次修改。对选定的反应转化率，反应应具有最大的选择性。对选定的反应转化率，反应应具有最大的选择性。作为选择反应器阶段的设计目标可概括为：

47、单一反应 对于所选定的反应转化率，使反应器的设备投资最小，即反应器的体积最小。对间歇反应器，还应考虑达到指定转化率所需的反应时间。复杂反应 不管是平行、串联还是混合反应，设计目标是对于所选定的转化率，要使副产物的生成最少，即反应具有最大的选择性。（因为原料价格对过程的经济性起着决定性作用）对平行反应，如果选择性随着转化率的增加而增加，则反应转化率应初步设定为95左右。对于可逆反应，转化率选择在平衡转化率的95左右。如果选择性随着反应的转化率增加而减少，则很难做出选择。对于不可逆反应，选择转化率为50左右；对于可逆反应，选择转化率为平衡转化率的50左右常常是比较合理的。对串联反应系统，随着转化率

48、的增加，反应的选择性很可能大大降低。是一种难以确定反应转化率的反应系统。在该系统初步阶段，对不可逆反应，选择反应转化率在50左右；对可逆反应，选择反应转化率为平衡转化率的50左右较为适宜。当原料中含有杂质时，有时也有副反应发生，应尽量避免。在初步确定了反应的转化率，以及在此转化率下得到最大的选择性之后，在初步确定了反应的转化率，以及在此转化率下得到最大的选择性之后，下一步就要进行反应器的初步设计，首要考虑的是反应器类型。下一步就要进行反应器的初步设计，首要考虑的是反应器类型。常用三种理想反应器模型常用三种理想反应器模型理想间歇模型理想间歇模型 ：间歇釜式反应器：间歇釜式反应器连续全混流模型连续

49、全混流模型 ：连续单釜式反应器：连续单釜式反应器活塞流模型活塞流模型 ：串联多釜式：串联多釜式oror管式反应器管式反应器结合反应类型选择反应器结合反应类型选择反应器单一反应：原料单一反应：原料 产品，产品，r=k C 。宜采用理想间歇反应器、活塞流平推流反应器宜采用理想间歇反应器、活塞流平推流反应器平行反应：原料平行反应：原料 产品产品+副产品副产品与连续全混流反应器相比，间歇或平推流反应器中反应物的平与连续全混流反应器相比，间歇或平推流反应器中反应物的平均浓度较高，如果主反应的级数均浓度较高，如果主反应的级数1副反应级数副反应级数2，则反应物，则反应物浓度浓度C高对主反应有利；高对主反应有

50、利；若若12，用间歇或平推流反应器，用间歇或平推流反应器 12，用间歇或平推流反应器，用间歇或平推流反应器12，用连续全混流反应器，用连续全混流反应器如副反应为串联反应，则要求使用活塞流反应器如副反应为串联反应，则要求使用活塞流反应器要想得到较好的选择性，宜采用活塞流反应器和连续全混流反要想得到较好的选择性，宜采用活塞流反应器和连续全混流反应器的混合形式：应器的混合形式：多个连续全混流反应器的串联组合、带循环的活塞流反应器、多个连续全混流反应器的串联组合、带循环的活塞流反应器、活塞流反应器和连续全混流反应器的串联组合。活塞流反应器和连续全混流反应器的串联组合。对这种反应系统，欲得到最高的选择性

51、，必须对反应系统进行对这种反应系统，欲得到最高的选择性，必须对反应系统进行严格的设计和经济核算严格的设计和经济核算聚合物常用其分子量分布和平均分子量来表征其性能。聚合物常用其分子量分布和平均分子量来表征其性能。分子量分布宽度取决于聚合反应器是间歇反应器、活塞流反分子量分布宽度取决于聚合反应器是间歇反应器、活塞流反应器还是连续全混流反应器。应器还是连续全混流反应器。没有终止或聚合物活性寿命比物料在反应器中的停留时间还没有终止或聚合物活性寿命比物料在反应器中的停留时间还长。长。在间歇或活塞流反应器中，所有的分子有相同的停留时间，在间歇或活塞流反应器中，所有的分子有相同的停留时间，如果没有反应终止的

52、影响，分子链长度将近似相等，反应所如果没有反应终止的影响，分子链长度将近似相等，反应所得分子量分布较窄。得分子量分布较窄。与此相反，由于连续全混流反应器中分子停留时间分布较宽，与此相反，由于连续全混流反应器中分子停留时间分布较宽，故所得聚合物的分子量分布也较宽。故所得聚合物的分子量分布也较宽。聚合物活性寿命比平均停留时间短。聚合物活性寿命比平均停留时间短。当聚合反应属于自由基反应时，由于两个自由基可能结合使当聚合反应属于自由基反应时，由于两个自由基可能结合使聚合反应终止，这些活性自由基中心的寿命可能非常短。聚合反应终止，这些活性自由基中心的寿命可能非常短。链终止过程受自由基浓度的影响，而自由基

53、浓度又受单体浓链终止过程受自由基浓度的影响，而自由基浓度又受单体浓度的影响。度的影响。在间歇或活塞流反应器中，单体和自由基浓度降低。链长度在间歇或活塞流反应器中，单体和自由基浓度降低。链长度随着停留时间的增加而增加，因而这两种反应器所得分子量分随着停留时间的增加而增加，因而这两种反应器所得分子量分布较宽；布较宽；连续全混流反应器中单体的浓度是均匀的，链终止速率为一连续全混流反应器中单体的浓度是均匀的，链终止速率为一定值。因而这种反应器所得聚合物分子量分布较窄。由于聚合定值。因而这种反应器所得聚合物分子量分布较窄。由于聚合物活性寿命较短，停留时间变化的影响并不重要。物活性寿命较短，停留时间变化的

54、影响并不重要。生物合成高分子过程如何选择反应器？生物合成高分子过程如何选择反应器？反应器的选择小结反应器的选择小结u原料的利用率原料的利用率 u在选择反应器时，常常过多地考虑原料的利用率在选择反应器时，常常过多地考虑原料的利用率(包括原料包括原料的构成及安全性等的构成及安全性等)，这样原料成本就成为整个工艺中最重要，这样原料成本就成为整个工艺中最重要的成本。的成本。u同样，不能有效地利用原料就可能产生废料，从而造成环同样，不能有效地利用原料就可能产生废料，从而造成环境污染。境污染。u反应器以下列方式操作会造成原料利用率低：反应器以下列方式操作会造成原料利用率低：u如果转化率低，未反应的原料难以

55、分离和循环如果转化率低，未反应的原料难以分离和循环u对于生成的副产物，有时可以单独作为一种产品；有时可对于生成的副产物，有时可以单独作为一种产品；有时可以简单地作为燃料；有时则必须采用昂贵的废物处理工艺进以简单地作为燃料；有时则必须采用昂贵的废物处理工艺进行处理行处理u进料中的杂质可能生成另外的副产物，最好在反应前净化进料中的杂质可能生成另外的副产物，最好在反应前净化原料原料u进行反应器设计时，必须先要对反应器的转化率作一些估进行反应器设计时，必须先要对反应器的转化率作一些估测，因为反应器转化率与流程的其余部分也有着紧密关系，测，因为反应器转化率与流程的其余部分也有着紧密关系，因而初次选择的转

56、化率很可能在以后的设计中会有所变动。因而初次选择的转化率很可能在以后的设计中会有所变动。u单一反应单一反应 u对于不可逆单一反应的转化率和可逆反应的平衡转化率初对于不可逆单一反应的转化率和可逆反应的平衡转化率初始设定值为始设定值为95较好。较好。u复杂反应复杂反应 u对于平行反应，随转化率的提高选择性可能会提高也可能对于平行反应，随转化率的提高选择性可能会提高也可能会降低，如果副反应的级数比主反应高，增加反应器的转化率会降低，如果副反应的级数比主反应高，增加反应器的转化率则选择性增加，此应该采用与单一反应同样的初始设定值。如则选择性增加，此应该采用与单一反应同样的初始设定值。如果平行反应副反应

57、的级数比主反应低，则适于采用比单一反应果平行反应副反应的级数比主反应低，则适于采用比单一反应低的转化率，在这一阶段最好的估测值是设定不可逆反应的转低的转化率，在这一阶段最好的估测值是设定不可逆反应的转化率为化率为50或可逆反应的平衡转化率的或可逆反应的平衡转化率的50。u对于串联反应，选择性随转化率的增加而降低。在此适于对于串联反应，选择性随转化率的增加而降低。在此适于采用比单一反应低的转化率，即在这一阶段最好的估测值是设采用比单一反应低的转化率，即在这一阶段最好的估测值是设定不可逆反应的转化率为定不可逆反应的转化率为50或可逆反应的平衡转化率的或可逆反应的平衡转化率的50。u应该强调的是，这

58、些反应器转化率初始设定值在后面的阶应该强调的是，这些反应器转化率初始设定值在后面的阶段差不多肯定要改变。因为反应器转化率是一个极其重要的最段差不多肯定要改变。因为反应器转化率是一个极其重要的最优化变量，当处理复杂反应时，对于所选择的转化率要使选择优化变量，当处理复杂反应时，对于所选择的转化率要使选择性达到最大值，以此目的来选择反应器的类型、温度、压力和性达到最大值，以此目的来选择反应器的类型、温度、压力和催化剂。催化剂。u传热传热 u u整个工艺过程中的反应器整个工艺过程中的反应器 u应该强调的是，除了与反应性能、反应温度等因素之外，还应该强调的是，除了与反应性能、反应温度等因素之外，还有许多

59、条件也能影响反应器的选择，例如安全性、操作压力、原有许多条件也能影响反应器的选择，例如安全性、操作压力、原料的构成等都对结果有显著的影响。料的构成等都对结果有显著的影响。u在反应器设计中所做的决定通常是在整个流程设计中最重要在反应器设计中所做的决定通常是在整个流程设计中最重要的方面。反应器的设计通常与流程的其余部分密切关联，因此当的方面。反应器的设计通常与流程的其余部分密切关联，因此当工艺设计有进一步进展后，还必须返回去对反应器重新做决定，工艺设计有进一步进展后，还必须返回去对反应器重新做决定，全面了解了那些决定的重要性。全面了解了那些决定的重要性。u至于反应器大小的详细确定，大家可以参考许多

60、反应器设计至于反应器大小的详细确定，大家可以参考许多反应器设计方面的优秀教科书。方面的优秀教科书。六、反应器的放大六、反应器的放大方法主要有：经验放大法因次分析法恒圆周速度法时间常数法数学模拟法u经验放大法经验放大法是依靠对已有装置的操作经验所建立起来的以认识为主而进行的放大方法。对于目前难以进行理论解析的领域，还是用经验放大法。例如，根据P/V、体积传质系数、圆周速度相等，以及生化反应器PO2、气体线速度ug相等。几何相似放大几何相似放大恒定等体积相似功率放大恒定等体积相似功率放大以单位反应液体积的气体流量相同的原则：气液以单位反应液体积的气体流量相同的原则：气液非均相反应或耗氧发酵）非均相

61、反应或耗氧发酵）几何相似放大几何相似放大在反应器的放大中，放大倍数实际上就是指反应器体积所增加的倍数，即放大倍数 m=V2/V1 若要两者的几何相似，则应有：m=V2/V1=（D2/D1）3D2/D1=H2/H1=m1/3 若按几何相似放大法，当体积增加10倍时，则其直径和高度均放大10 1/3倍恒定等体积相似功率放大恒定等体积相似功率放大以单位反应体积或生化反应培养液体积、或天然药物提取液体积）所消耗的功率相等为基准进行放大，即 P/VL=常数 对于搅拌，由于Pn3d5，VL D3 d3 所以 P/VL n3 d2 n 2=n 1（d 1/d 2）2/3 P2=P 1（d 2/d 1）3 也

62、就是说，放大后d增大，转速n减小或消耗功率P增加。对于耗气发酵，可以单位培养液体积所消耗的通气功率相等的原则进行放大：(Pg/VL)2=(Pg/VL)1 Pg/VL n3.15d2.346/ug 0.252 n2=n1(d1/d2)0.75(ug2/ug1)0.08 Pg2=Pg1(d1/d2)2.77(ug2/ug1)0.24放大过程中各参数的相互关系表放大过程中各参数的相互关系表放大判椐放大判椐符号符号 80L P/VL nndNRe 输入功率输入功率P1.01253125250.2单位体积功率单位体积功率P/VL1.01.0250.20.0016搅拌转速搅拌转速n1.00.341.00.

63、20.04搅拌桨直径搅拌桨直径d1.05.05.05.05.0桨泵入速率桨泵入速率F1.042.5125255.0单位体积泵入速率单位体积泵入速率F/VL1.00.341.00.20.04恒圆周速率恒圆周速率nd1.01.75.01.00.2搅拌搅拌NRend2/1.08.525.05.01.0用不同的放大方法，结果差异很大，对发酵罐还有环境因素用不同的放大方法，结果差异很大，对发酵罐还有环境因素对于气液非均相反应或耗氧发酵）对于气液非均相反应或耗氧发酵）以单位反应液体积的气体流量相同的原则进行放大方法一：单位液体体积在单位时间内通入的气量标准状态表示 VVM=Q0/VL m 3/m3min方

64、法二：操作状态下气体的线速度ug m/h 表示 pL的是液柱平均绝对压力，的是液柱平均绝对压力，Pa当采用(VVM)2=(VVM)1进行放大时，ug (VVM)VL/pLD 2 (VVM)D/pL ug2/ug1=D2/D1=pL1/pL2当采用ug2=ug1进行放大时 (VVM)2 /(VVM)1=pL1 D1/pL2 D2 同样，用不同的放大方法，所得结果也是有差异的u因次分析法因次分析法这种方法是根据相似论的原理，以保持无因次准数相等的原则，又称模型相似法。模型设备与生产设备相似时，除几何尺寸相似外，还需要求两系统中相似准数相等。搅拌操作由于涉及的参数较多，在放大过程中除几何尺寸相似外，

65、欲使所有的准数都相等是不可能的，因此，只能考虑使主要的准数相等。对有生化反应参与的反应器，采用因次分析法放大是极其困难的，甚至得出极不合理的结果。只有在某些特殊情况下，才有可能应用，如，纯粹是扩散控制的过程，那就不必考虑反应的相似问题。生化反应器的放大中，由于同时涉及微生物的生长、传质、传热和剪切等，需要维持的相似条件较多，要使其同时得到满足是不大可能的。还是要根据自己已有的知识和经验进行判断。u恒圆周速度法恒圆周速度法这种方法的实质是使放大后搅拌器的圆周速度与中型装置的圆周速度保持一致。举例来说，设一直径为0.2m的涡轮搅拌器，在0.2m3的反应器中以600rpm的速度转动，今欲在20m3的

66、生产设备中获得同样的搅拌效果，那末它的搅拌器转速应该是多少?在解决这个问题之前，我们首先应该确定各种型式搅拌器可取的圆周速度。上表列出了涡轮式搅拌器的转速随容器尺寸和所需的搅拌强度而变化的情况 从表中查得，20m3的设备，其搅拌直径约为1.0m即为中型装置时的5倍。要使两种装置中的圆周速度一致(nd=0.2 600=120 mmin)则生产装置的转速仅为中型装置的1/5，即120rpm。至于框式搅拌器，桨式搅拌器及推进式搅拌器的圆周速度，则建议采用如下的数值：所谓时间常数法是指某一变量与其变化速率之比。ug (VVM)VL/pLD 2 混合时间 m=V/1.5nd 3 (搅拌反应器）反应时间 r=C/r 扩散时间 D=L2/DZ 液体停留时间 L=V/F=L/u 气体停留时间 G=VG/F 传质时间 mt=1/kLa 细胞生长时间 g=1/maxu 时间常数法时间常数法有了这些时间常数，可进行比较判断。如：当m r时，表示流体混合时间比反应所需时间长，此时，流体混合成为控制因素。在放大时，首先要保证流体混合达到要求。时间常数法，可用于找出某过程放大的主要矛盾，并根据此来进行该反应器的放