模拟理想搅拌反应釜系统

连续搅拌釜反应器 (CSTRs) 也称作理想搅拌反应釜，常用于化学及生物化学行业。这类反应釜可以在稳定状态下运行，具有良好的混合属性，所以我们假定反应釜内的成分是均匀的。使用反应工程接口中的一个新模型，我们能够可视化一个理想反应釜系统内的动力学。

理想搅拌反应釜的应用

反应釜较常用于化工行业，它具有完美混合条件，并支持液位控制。我们假定这类理想搅拌反应釜内能实现完美混合，而且输出成分与反应釜内材料的成分完全相同。在这类系统中，会不断向反应釜中加入反应物，并连续不断地移出反应产物。下图显示了连续搅拌反应釜的不同部件。

连续搅拌釜示意图。（”连续搅拌釜的截面图” 图片由 Aushulz 自行制作。已获得 Creative Commons Attribution Share-Alike 3.0授权，并通过 Wikimedia Commons 分享）。

模拟一个级联理想反应釜系统

COMSOL Multiphysics 5.0 版本提供了理想搅拌反应釜系统模型，其中使用一个新的被称作通用 CSTR 的反应釜类型，这是反应工程接口中新增的一项功能（点击此处了解本接口的这项新功能及其他更新）。

模型设计用于求解液相的一阶不可逆反应，反应物 A 产生产物 B。反应发生在一个包含两个级联反应釜的理想系统中。下图显示了这些反应釜。第一个反应釜的体积 v_tank1 为 1 m³，第二个反应釜的体积 v_tank2 初始为 1.5 m³。

反应釜系统的详细描述。

开始时，两个反应釜中均仅填充了溶剂。含反应物 A 的溶剂以 v_f1 = 1 m³/min 的体积流率输入第一个反应釜。第一个反应釜的出口速率设定为 v_out1 = 0.9 m³/min。出口流体以 v_f2 = v_out1 的速度进入第二个反应釜。以 v_fresh2 = 0.5 m³/min 的速度向第二个反应釜输入新的含反应物 A 的溶剂。第二个反应釜的出口流速调整为 v_out2 = 1 m³/min。

模型中包括两个停止条件。如果任何一个反应釜的体积为初始体积的 1% 或更低，计算就将停止。

下方的第一张图突出显示了每个反应釜中反应物 A 及产物 B 的浓度。

两个反应釜内的浓度对比。

下一张绘图显示了每个反应釜的体积变化。根据这些体积及已知的每个反应釜的截面面积，可以计算出液位。

反应釜体积。

模型下载

• 自己动手操作：下载理想搅拌反应釜模型