反應(yīng)工程第三章

1、 任何化學(xué)反應(yīng)都有一定的熱效應(yīng)，因此有必要討論反任何化學(xué)反應(yīng)都有一定的熱效應(yīng)，因此有必要討論反應(yīng)器的傳熱問(wèn)題，尤其當(dāng)反應(yīng)器放熱強(qiáng)度較大時(shí)，傳熱應(yīng)器的傳熱問(wèn)題，尤其當(dāng)反應(yīng)器放熱強(qiáng)度較大時(shí)，傳熱過(guò)程對(duì)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的影響，往往成為過(guò)程的關(guān)鍵因素。過(guò)程對(duì)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的影響，往往成為過(guò)程的關(guān)鍵因素。反應(yīng)過(guò)程中的熱量傳遞與傳質(zhì)一樣，也可按其尺度分為：反應(yīng)過(guò)程中的熱量傳遞與傳質(zhì)一樣，也可按其尺度分為：設(shè)備尺度的熱量傳遞和顆粒尺度的熱量傳遞。設(shè)備尺度的熱量傳遞和顆粒尺度的熱量傳遞。 3.3.3 3.3.3 全混流反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性全混流反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性 對(duì)放熱反應(yīng)過(guò)程，當(dāng)某些外界因素使得反應(yīng)溫度升高對(duì)放熱反應(yīng)過(guò)

2、程，當(dāng)某些外界因素使得反應(yīng)溫度升高時(shí)，根據(jù)阿累尼烏斯公式可知反應(yīng)速率隨之加快。然而反時(shí)，根據(jù)阿累尼烏斯公式可知反應(yīng)速率隨之加快。然而反應(yīng)速率的劇增，反應(yīng)放熱速率也愈大這就使反應(yīng)溫度進(jìn)一應(yīng)速率的劇增，反應(yīng)放熱速率也愈大這就使反應(yīng)溫度進(jìn)一步上升，因而就可能出現(xiàn)如下的惡性循環(huán)步上升，因而就可能出現(xiàn)如下的惡性循環(huán)反應(yīng)溫度上升反應(yīng)溫度上升反應(yīng)速率加快反應(yīng)速率加快反應(yīng)放熱速率增大反應(yīng)放熱速率增大 1 1）熱穩(wěn)定性和參數(shù)靈敏性的概念）熱穩(wěn)定性和參數(shù)靈敏性的概念 如果一個(gè)反應(yīng)器是在某一平衡狀態(tài)下設(shè)計(jì)并進(jìn)行操作的，如果一個(gè)反應(yīng)器是在某一平衡狀態(tài)下設(shè)計(jì)并進(jìn)行操作的，就傳熱而言，反應(yīng)器處于熱平衡狀態(tài)，即反應(yīng)的放熱速

3、率應(yīng)該就傳熱而言，反應(yīng)器處于熱平衡狀態(tài)，即反應(yīng)的放熱速率應(yīng)該等于移熱速率。只要這個(gè)平衡不被破壞，反應(yīng)器內(nèi)各處溫度將等于移熱速率。只要這個(gè)平衡不被破壞，反應(yīng)器內(nèi)各處溫度將不隨時(shí)間而變化，處于定態(tài)。但是，實(shí)際上各有關(guān)事數(shù)不可能不隨時(shí)間而變化，處于定態(tài)。但是，實(shí)際上各有關(guān)事數(shù)不可能嚴(yán)格保持在給定值，總會(huì)有各種偶然的原因而引起擾動(dòng)。擾動(dòng)嚴(yán)格保持在給定值，總會(huì)有各種偶然的原因而引起擾動(dòng)。擾動(dòng)表示為流量、進(jìn)口溫度、冷卻介質(zhì)溫度等有關(guān)參數(shù)的變動(dòng)。如表示為流量、進(jìn)口溫度、冷卻介質(zhì)溫度等有關(guān)參數(shù)的變動(dòng)。如果某個(gè)短暫的擾動(dòng)使反應(yīng)器內(nèi)的溫度產(chǎn)生微小的變化，產(chǎn)生兩果某個(gè)短暫的擾動(dòng)使反應(yīng)器內(nèi)的溫度產(chǎn)生微小的變化，產(chǎn)生兩

4、種情況，一是反應(yīng)溫度會(huì)自動(dòng)返回原來(lái)的平衡狀態(tài)，此時(shí)稱該種情況，一是反應(yīng)溫度會(huì)自動(dòng)返回原來(lái)的平衡狀態(tài)，此時(shí)稱該反應(yīng)器是熱穩(wěn)定的，或是有自衡能力；另一種是該溫度將繼續(xù)反應(yīng)器是熱穩(wěn)定的，或是有自衡能力；另一種是該溫度將繼續(xù)上升直到另一個(gè)平衡狀態(tài)為止，則稱此反應(yīng)器是不穩(wěn)定的，或上升直到另一個(gè)平衡狀態(tài)為止，則稱此反應(yīng)器是不穩(wěn)定的，或無(wú)自衡能力。二者雖然都是熱平衡的，但是一個(gè)是穩(wěn)定的，另無(wú)自衡能力。二者雖然都是熱平衡的，但是一個(gè)是穩(wěn)定的，另一個(gè)是不穩(wěn)定的?？梢?，平衡和穩(wěn)定是兩個(gè)不同的概念。平衡一個(gè)是不穩(wěn)定的?？梢?，平衡和穩(wěn)定是兩個(gè)不同的概念。平衡不等于穩(wěn)定。平衡有兩種：穩(wěn)定的平衡和不穩(wěn)定的平衡。不等于穩(wěn)定

5、。平衡有兩種：穩(wěn)定的平衡和不穩(wěn)定的平衡。 一般來(lái)說(shuō)，熱穩(wěn)定性條件要比熱平衡條件苛刻得多。熱平一般來(lái)說(shuō)，熱穩(wěn)定性條件要比熱平衡條件苛刻得多。熱平衡條件只要求放熱速率等于移熱速率，因此可以采用很大的傳衡條件只要求放熱速率等于移熱速率，因此可以采用很大的傳熱溫差，以減少必需的傳熱面，從而簡(jiǎn)化了反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)；而熱溫差，以減少必需的傳熱面，從而簡(jiǎn)化了反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)；而熱穩(wěn)定性條件則給傳熱溫蓋以限制，要求傳熱溫差小于某個(gè)規(guī)熱穩(wěn)定性條件則給傳熱溫蓋以限制，要求傳熱溫差小于某個(gè)規(guī)定值，因而增加了所需的傳熱面積，使反應(yīng)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。熱定值，因而增加了所需的傳熱面積，使反應(yīng)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。熱穩(wěn)定性問(wèn)題，嚴(yán)格地說(shuō)屬于動(dòng)

6、態(tài)問(wèn)題。穩(wěn)定性問(wèn)題，嚴(yán)格地說(shuō)屬于動(dòng)態(tài)問(wèn)題。 即使反應(yīng)器滿足熱穩(wěn)定性條件，仍然還有一個(gè)垂數(shù)靈敏性即使反應(yīng)器滿足熱穩(wěn)定性條件，仍然還有一個(gè)垂數(shù)靈敏性問(wèn)題。參數(shù)靈敏性指的是各有關(guān)參數(shù)問(wèn)題。參數(shù)靈敏性指的是各有關(guān)參數(shù)( (流量、進(jìn)口溫度、冷卻流量、進(jìn)口溫度、冷卻溫度等溫度等) )作做小的調(diào)整時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)的溫度作做小的調(diào)整時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)的溫度( (或反應(yīng)結(jié)果或反應(yīng)結(jié)果) )將會(huì)將會(huì)有多大變化。有多大變化。 穩(wěn)定性問(wèn)題，系統(tǒng)所受到的短暫的擾動(dòng)消失后，如果原定穩(wěn)定性問(wèn)題，系統(tǒng)所受到的短暫的擾動(dòng)消失后，如果原定態(tài)點(diǎn)是穩(wěn)定的，將逐步恢復(fù)到原操作狀態(tài)。參數(shù)靈敏性問(wèn)題，態(tài)點(diǎn)是穩(wěn)定的，將逐步恢復(fù)到原操作狀態(tài)。參數(shù)靈敏性

7、問(wèn)題，如果某操作參數(shù)的微小變化會(huì)引起操作狀態(tài)的很大變化，則為如果某操作參數(shù)的微小變化會(huì)引起操作狀態(tài)的很大變化，則為反應(yīng)器操作狀態(tài)對(duì)該參數(shù)靈敏，反之為不靈敏。反應(yīng)器操作狀態(tài)對(duì)該參數(shù)靈敏，反之為不靈敏。 如果反應(yīng)器的參數(shù)靈敏性過(guò)高，那么對(duì)參數(shù)的調(diào)節(jié)就會(huì)有如果反應(yīng)器的參數(shù)靈敏性過(guò)高，那么對(duì)參數(shù)的調(diào)節(jié)就會(huì)有過(guò)高的精度要求，使反應(yīng)器的操作變得十分困難。因此，在反過(guò)高的精度要求，使反應(yīng)器的操作變得十分困難。因此，在反應(yīng)器的設(shè)計(jì)中，確定設(shè)備尺寸和工藝條件時(shí)必須設(shè)法避免過(guò)高應(yīng)器的設(shè)計(jì)中，確定設(shè)備尺寸和工藝條件時(shí)必須設(shè)法避免過(guò)高的參數(shù)靈敏性。無(wú)論是熱穩(wěn)定性還是參數(shù)靈敏牲，兩者都給反的參數(shù)靈敏性。無(wú)論是熱穩(wěn)定性還

8、是參數(shù)靈敏牲，兩者都給反應(yīng)器的設(shè)計(jì)增加了限制因素。如果不予重視，往往會(huì)使設(shè)計(jì)的應(yīng)器的設(shè)計(jì)增加了限制因素。如果不予重視，往往會(huì)使設(shè)計(jì)的反應(yīng)器無(wú)法操作反應(yīng)器無(wú)法操作。1 1）全混流反應(yīng)器的多態(tài)）全混流反應(yīng)器的多態(tài)自熱過(guò)程：自熱過(guò)程：化工生產(chǎn)中的放熱過(guò)程，通常化工生產(chǎn)中的放熱過(guò)程，通常利用反應(yīng)熱加熱原料，以達(dá)到反應(yīng)所要求利用反應(yīng)熱加熱原料，以達(dá)到反應(yīng)所要求的溫度，這種過(guò)程稱為自熱過(guò)程。的溫度，這種過(guò)程稱為自熱過(guò)程。熱穩(wěn)定性：熱穩(wěn)定性：是指定態(tài)的抗干擾能力，當(dāng)外是指定態(tài)的抗干擾能力，當(dāng)外界條件有一個(gè)小的擾動(dòng)時(shí)，能否仍然達(dá)到界條件有一個(gè)小的擾動(dòng)時(shí)，能否仍然達(dá)到自熱要求。自熱要求。對(duì)反應(yīng)器的要求：對(duì)反應(yīng)器

9、的要求： 能自熱平衡，維持反能自熱平衡，維持反應(yīng)在恒溫下進(jìn)行，當(dāng)外部應(yīng)在恒溫下進(jìn)行，當(dāng)外部環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，能保持環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，能保持熱穩(wěn)定性。熱穩(wěn)定性。V m/s33hht干擾（1 1）全混流反應(yīng)器的定態(tài)基本方程）全混流反應(yīng)器的定態(tài)基本方程條件：一級(jí)不可逆反應(yīng)；反應(yīng)過(guò)程中體積不變條件：一級(jí)不可逆反應(yīng)；反應(yīng)過(guò)程中體積不變A A、放熱速率、放熱速率)exp(1)exp()(1)(1)()()(1010000000000RTEkRTEkHVCkHkVCQkCkVVCVCkCVCVCVHkCVHrVQmRRAmRRARmARAAfAfRAfARAfRRfARRB B、移熱速率、移熱速率)()()()

10、(00000CPTPTCPTCKFTTCNTKFCNTTKFTTCNQ（2 2）全混流反應(yīng)器的多態(tài)）全混流反應(yīng)器的多態(tài))exp(1)exp()(1)(101000RTEkRTEkHVCkHkVCQmRRAmRRAR QR(QC) QCQRNPMTTM TP TNQ QR R曲線與曲線與Q QC C直線的交點(diǎn)處直線的交點(diǎn)處 Q QR R =Q =QC C放熱速率放熱速率= =移熱速率，達(dá)到了熱平移熱速率，達(dá)到了熱平衡，就是系統(tǒng)的操作點(diǎn)。并且這衡，就是系統(tǒng)的操作點(diǎn)。并且這種交點(diǎn)隨操作參數(shù)不同有可能是種交點(diǎn)隨操作參數(shù)不同有可能是多個(gè)，這種有多個(gè)，這種有多個(gè)交點(diǎn)的現(xiàn)象稱多個(gè)交點(diǎn)的現(xiàn)象稱為反應(yīng)器的多態(tài)。

11、為反應(yīng)器的多態(tài)。M M點(diǎn)：點(diǎn)： 當(dāng)有擾動(dòng)使當(dāng)有擾動(dòng)使T T略大于略大于T TM M時(shí)時(shí)(dT(dT0)0)，移熱速率大，移熱速率大于放熱速率，體系溫度于放熱速率，體系溫度下降，自動(dòng)恢復(fù)到下降，自動(dòng)恢復(fù)到M M點(diǎn)。點(diǎn)。 當(dāng)有擾動(dòng)使當(dāng)有擾動(dòng)使T T略小于略小于T TM M (dT(dT0)0)時(shí)，時(shí)， 移熱速率移熱速率小于放熱速率，體系溫小于放熱速率，體系溫度上升，自動(dòng)恢復(fù)到度上升，自動(dòng)恢復(fù)到M M點(diǎn)點(diǎn) Q QCQRNPMTTM TP TN多態(tài)操作點(diǎn)的特征多態(tài)操作點(diǎn)的特征 Q QrQGNPMTTM TP TNP P點(diǎn)：點(diǎn)： 當(dāng)有擾動(dòng)使當(dāng)有擾動(dòng)使T T略大于略大于T TP P時(shí)時(shí)(dT(dT0),

12、0), 移熱速率小移熱速率小于放熱速率，體系繼續(xù)溫于放熱速率，體系繼續(xù)溫度上降，直至到度上降，直至到N N點(diǎn)。點(diǎn)。 當(dāng)有擾動(dòng)使當(dāng)有擾動(dòng)使T T略小于略小于T TP P時(shí)時(shí)(dT(dT0)0), , 移熱速率大移熱速率大于放熱速率，體系溫度繼于放熱速率，體系溫度繼續(xù)下降，直至到續(xù)下降，直至到M M點(diǎn)。點(diǎn)。N N點(diǎn)：點(diǎn)： 當(dāng)有擾動(dòng)使當(dāng)有擾動(dòng)使T T略大于略大于T TN N時(shí)時(shí)(dT(dT0)0)，移熱速率大于移熱速率大于放熱速率放熱速率，體系溫度下降體系溫度下降，自動(dòng)恢復(fù)到，自動(dòng)恢復(fù)到N N點(diǎn)。點(diǎn)。 當(dāng)有擾動(dòng)使當(dāng)有擾動(dòng)使T T略小于略小于T TN N (dT(dT0)0)時(shí)時(shí)，移熱速率小移熱速率小

13、于放熱速率，體系溫度上于放熱速率，體系溫度上升，自動(dòng)恢復(fù)到升，自動(dòng)恢復(fù)到N N點(diǎn)。點(diǎn)。 Q QCQRNPMTTM TP TNM M、N N點(diǎn)是穩(wěn)定的定態(tài)點(diǎn)，點(diǎn)是穩(wěn)定的定態(tài)點(diǎn)， P P點(diǎn)為不穩(wěn)定的定態(tài)點(diǎn)點(diǎn)為不穩(wěn)定的定態(tài)點(diǎn)全混流反應(yīng)器有熱穩(wěn)定的操全混流反應(yīng)器有熱穩(wěn)定的操作點(diǎn)的條件：作點(diǎn)的條件： Q QCQRNPMTTM TP TNQ QR R = Q = QC CdtdQdTdQCR放熱速率放熱速率= =移熱速率移熱速率放熱速率曲線的斜率移熱速放熱速率曲線的斜率移熱速率直線的斜率率直線的斜率M M、N N點(diǎn)都是穩(wěn)定的定態(tài)點(diǎn)點(diǎn)都是穩(wěn)定的定態(tài)點(diǎn)實(shí)際操作中選哪一個(gè)？實(shí)際操作中選哪一個(gè)？5 隨著操作條件的

14、改變，定隨著操作條件的改變，定態(tài)溫度也隨之而變。圖態(tài)溫度也隨之而變。圖3.153.15為為進(jìn)料溫度進(jìn)料溫度T T0 0與定態(tài)溫度與定態(tài)溫度T T的關(guān)系的關(guān)系示意圖。示意圖。 當(dāng)進(jìn)料溫度從當(dāng)進(jìn)料溫度從T T1 1慢慢慢慢地增加至地增加至T T5 5時(shí)，定態(tài)溫度的變時(shí)，定態(tài)溫度的變化如圖中曲線化如圖中曲線1248912489所示。注意所示。注意的是曲線在點(diǎn)的是曲線在點(diǎn)4 4處是不連續(xù)的，處是不連續(xù)的，定態(tài)溫度突然增高，這一點(diǎn)稱定態(tài)溫度突然增高，這一點(diǎn)稱為著火點(diǎn)；再繼續(xù)提高進(jìn)料溫為著火點(diǎn)；再繼續(xù)提高進(jìn)料溫度，定態(tài)溫度的升高再不出現(xiàn)度，定態(tài)溫度的升高再不出現(xiàn)突跳現(xiàn)象；若將進(jìn)料溫度逐漸突跳現(xiàn)象；若將進(jìn)料

15、溫度逐漸降低，比如從降低，比如從9 9降至降至6 6，定態(tài)溫，定態(tài)溫度則沿度則沿987621987621曲線下降。這條曲線下降。這條曲線也存在一個(gè)間斷點(diǎn)曲線也存在一個(gè)間斷點(diǎn)6 6，此處，此處定態(tài)溫度出現(xiàn)突降，這點(diǎn)稱為定態(tài)溫度出現(xiàn)突降，這點(diǎn)稱為熄火點(diǎn)。熄火點(diǎn)。2）操作參數(shù)對(duì)熱穩(wěn)定性的影響）操作參數(shù)對(duì)熱穩(wěn)定性的影響3.43.4 理想流動(dòng)反應(yīng)器的組合與比較理想流動(dòng)反應(yīng)器的組合與比較3.4.1 3.4.1 理想流動(dòng)反應(yīng)器組合理想流動(dòng)反應(yīng)器組合 連接方式：串聯(lián)、并聯(lián)連接方式：串聯(lián)、并聯(lián)反應(yīng)器類型：平推流、全混流反應(yīng)器類型：平推流、全混流串聯(lián)：前后順序串聯(lián)：前后順序共有七種組合共有七種組合討論：討論：條件

16、：條件：（1 1）等溫）等溫（2 2）兩個(gè)等體積理想反應(yīng)器組合）兩個(gè)等體積理想反應(yīng)器組合（3 3）一級(jí)不可逆反應(yīng)）一級(jí)不可逆反應(yīng)（4 4）V V0,0,，C CA0A0相同相同問(wèn)題：?jiǎn)栴}：不同組合下，出口濃度如不同組合下，出口濃度如何？何？(a)(a)為兩個(gè)全混流反應(yīng)器并聯(lián)，每只全混流反應(yīng)器出口濃為兩個(gè)全混流反應(yīng)器并聯(lián)，每只全混流反應(yīng)器出口濃度即為混合后的出口濃度度即為混合后的出口濃度 0000000000ln1)(VVkAAfCCAAfAARRAAfAfAfARRAfAeCCCCkVkCdCVVVVkCCkCCCVV平推流反應(yīng)器：全混流反應(yīng)器：001011,1VVkCCVVkCCRAARAA

17、f00,0121/ 2AAAf aRCCCVkkV00101,1VVkAARAAfReCCVVkCC(b)(b)為兩個(gè)全混流反應(yīng)器串聯(lián)，第二反應(yīng)器出口濃度為為兩個(gè)全混流反應(yīng)器串聯(lián)，第二反應(yīng)器出口濃度為 (c)(c)為平推流反應(yīng)器與全混流反應(yīng)器串聯(lián)，第二反應(yīng)器出口濃度為為平推流反應(yīng)器與全混流反應(yīng)器串聯(lián)，第二反應(yīng)器出口濃度為 001011,1VVkCCVVkCCRAARAAfkeCVVkeCVVkCCkARVVkARACAfR111,0000102020001,)1()1(1kCVVkCVVkCCARARAbAf(d)(d)為全混流反應(yīng)器與平推流反應(yīng)器串聯(lián)，第二反應(yīng)器出口濃度為為全混流反應(yīng)器與平推

18、流反應(yīng)器串聯(lián)，第二反應(yīng)器出口濃度為 (e)(e)為兩個(gè)平推流反應(yīng)器并聯(lián)。每只平推流反應(yīng)器的出口為兩個(gè)平推流反應(yīng)器并聯(lián)。每只平推流反應(yīng)器的出口濃度即為混合后的出口濃度濃度即為混合后的出口濃度 keCVVkeCeCCkARVVkAVVkAdAfRR11,000100kAVVkAVVkAeAfeCeCeCCRR20202000,(f)(f)為兩只平推流反應(yīng)器串聯(lián)，第二平推流反應(yīng)器出口濃度為為兩只平推流反應(yīng)器串聯(lián)，第二平推流反應(yīng)器出口濃度為 (g)(g)為平推流與全混流反應(yīng)器并聯(lián)為平推流與全混流反應(yīng)器并聯(lián) 20,00.51 2ktAAf gAccc ekkAVVkAVVkAfAfeCeCeCCRR20

19、201,004 . 744. 514)1 (3211k020,00,020,00,AkAfAfeAfAkAdAfcAfAAbAfAAaAfCeCCCCekCCCCkCCCkCC時(shí)當(dāng)(1) C(1) C與與d d等效，平推流與全混流反應(yīng)器串聯(lián)時(shí)，與順序無(wú)關(guān)。等效，平推流與全混流反應(yīng)器串聯(lián)時(shí)，與順序無(wú)關(guān)。（2 2）e e與與f f等效，兩個(gè)平推流反應(yīng)器串聯(lián)和并聯(lián)時(shí)結(jié)果相同，與等效，兩個(gè)平推流反應(yīng)器串聯(lián)和并聯(lián)時(shí)結(jié)果相同，與連接方式無(wú)關(guān)。連接方式無(wú)關(guān)。（3 3）C CAfAf：abc=de=fabc=de=f(4)x(4)xAfAf:f=ed=cba:f=ed=cba3032/1),./(min1,m

20、kmolCkmolmkkCrAAA620. 0380. 01615. 02141)2(635. 0365. 021415 . 011001101001001AAfAAfAAAfAAAAfAAfAAfAAACCCxkCCCkkCCCCCxkkCCkCCC后全混流在前，平推流在在后）平推流在前，全混流解：（討論：討論：對(duì)二級(jí)不可逆反對(duì)二級(jí)不可逆反應(yīng)，兩種組合最終轉(zhuǎn)化應(yīng)，兩種組合最終轉(zhuǎn)化率不相同，在本題條件率不相同，在本題條件下，平推流在前優(yōu)于全下，平推流在前優(yōu)于全混流在前?；炝髟谇?。3.4.2 理想流動(dòng)反應(yīng)器的體積比較理想流動(dòng)反應(yīng)器的體積比較 如果在這些理想反應(yīng)器中進(jìn)如果在這些理想反應(yīng)器中進(jìn)行相同

21、的反應(yīng)，采用相同的行相同的反應(yīng)，采用相同的進(jìn)料流量與進(jìn)料濃度，反應(yīng)進(jìn)料流量與進(jìn)料濃度，反應(yīng)溫度與最終反應(yīng)率也相同。溫度與最終反應(yīng)率也相同。這幾種反應(yīng)器所需的體積是這幾種反應(yīng)器所需的體積是否相同呢否相同呢? ?(1) (1) 間歇反應(yīng)器與平推流反應(yīng)器體積比較間歇反應(yīng)器與平推流反應(yīng)器體積比較 如果如果間歇反應(yīng)器與平推流反應(yīng)器中間歇反應(yīng)器與平推流反應(yīng)器中進(jìn)行相同的反應(yīng)，進(jìn)行相同的反應(yīng)，采用相同的進(jìn)料流量與進(jìn)料濃度，反應(yīng)溫度與最終反應(yīng)采用相同的進(jìn)料流量與進(jìn)料濃度，反應(yīng)溫度與最終反應(yīng)率也相同。則兩者的體積是相同的率也相同。則兩者的體積是相同的( (未考慮間歇反應(yīng)器的未考慮間歇反應(yīng)器的輔助時(shí)間輔助時(shí)間)

22、)，這是因?yàn)樗鼈兙淮嬖诜祷?。，這是因?yàn)樗鼈兙淮嬖诜祷?。AfAfAfxAAARxAAAxAAARrdxCVtVVrdxCtrdxCVV000000000助操作時(shí)間間歇反應(yīng)器：不考慮輔平推流反應(yīng)器：(2) (2) 全混流反應(yīng)器與平推流反應(yīng)器體積比較全混流反應(yīng)器與平推流反應(yīng)器體積比較 如果全混流反應(yīng)器與平推流反應(yīng)器中進(jìn)行相同的反如果全混流反應(yīng)器與平推流反應(yīng)器中進(jìn)行相同的反應(yīng)，采用相同的進(jìn)料流量與進(jìn)料濃度，反應(yīng)溫度與最終應(yīng)，采用相同的進(jìn)料流量與進(jìn)料濃度，反應(yīng)溫度與最終反應(yīng)率也相同。則由于全混流反應(yīng)器中存在返混。所以反應(yīng)率也相同。則由于全混流反應(yīng)器中存在返混。所以反應(yīng)體積要大一些。反應(yīng)體積要大一些。

23、 設(shè)設(shè)V VRPRP與與V VRMRM分別表示平推流與全混流反應(yīng)器的反應(yīng)分別表示平推流與全混流反應(yīng)器的反應(yīng)體積，兩者之比體積，兩者之比 當(dāng)當(dāng)V V0 0、 C CA0A0 、 x x AfAf 相同時(shí)，全混流反應(yīng)器所需體積相同時(shí)，全混流反應(yīng)器所需體積大于平推流反應(yīng)器的體積，這是由于前者存在返混造大于平推流反應(yīng)器的體積，這是由于前者存在返混造成的。成的。/)(00000AfxAAfAAfARPRMrdxCVrxCVVV討論（1 1） V VRMRM 大于大于V VRPRP（2 2）RPRMAfVVx/)(00000AfxAAfAAfARPRMrdxCVrxCVVV(3) (3) 平推流反應(yīng)器與多

24、級(jí)串聯(lián)全混流反應(yīng)器體積比較平推流反應(yīng)器與多級(jí)串聯(lián)全混流反應(yīng)器體積比較 多級(jí)全混流反應(yīng)器串聯(lián)操作可以減小返混，提高推動(dòng)多級(jí)全混流反應(yīng)器串聯(lián)操作可以減小返混，提高推動(dòng)力，縮小力，縮小與平推流反應(yīng)器的體積差別。與平推流反應(yīng)器的體積差別。A A、對(duì)一級(jí)不可逆反應(yīng)、對(duì)一級(jí)不可逆反應(yīng) 等體積的多級(jí)全混流反應(yīng)器串聯(lián)，等體積的多級(jí)全混流反應(yīng)器串聯(lián)，設(shè)設(shè)V VRPRP與與V VRMRM分別表分別表示平推流與多級(jí)串聯(lián)全混流反應(yīng)器的反應(yīng)體積，兩者之示平推流與多級(jí)串聯(lián)全混流反應(yīng)器的反應(yīng)體積，兩者之比比 為為AfmAfRPRMAfRPmAfRiRMxxmVVxkVVxkmVmVmVV11ln1)1 (111ln1)1

25、(110100AmRPRMRPRMAmxmkVVmVVx:) 3(x)2(m) 1 (Am一定時(shí)一定時(shí)：一定時(shí)：討論：B B、對(duì)二級(jí)不可逆反應(yīng)、對(duì)二級(jí)不可逆反應(yīng) 對(duì)于多重反應(yīng)，反應(yīng)器中的流動(dòng)情況不僅影響對(duì)于多重反應(yīng)，反應(yīng)器中的流動(dòng)情況不僅影響反應(yīng)器的大小，還要影響反應(yīng)的選擇率。對(duì)工業(yè)反反應(yīng)器的大小，還要影響反應(yīng)的選擇率。對(duì)工業(yè)反應(yīng)過(guò)程，選擇性的要求比反應(yīng)器大小更重要。應(yīng)過(guò)程，選擇性的要求比反應(yīng)器大小更重要。 3.53.5 多重反應(yīng)的選擇率多重反應(yīng)的選擇率 3.5.1 平行反應(yīng)平行反應(yīng) 反應(yīng)物同時(shí)獨(dú)立地進(jìn)行兩個(gè)或兩個(gè)以上的反應(yīng)稱為平反應(yīng)物同時(shí)獨(dú)立地進(jìn)行兩個(gè)或兩個(gè)以上的反應(yīng)稱為平行反應(yīng)?；どa(chǎn)中

26、許多取代、加成及分解反應(yīng)過(guò)程存在行反應(yīng)?；どa(chǎn)中許多取代、加成及分解反應(yīng)過(guò)程存在著平行反應(yīng)。典型的平行反應(yīng)可表示為著平行反應(yīng)。典型的平行反應(yīng)可表示為AL(主反應(yīng))M(副反應(yīng))12A+BL(主反應(yīng))M(副反應(yīng))12OR影響因素影響因素 選擇率的溫度效應(yīng)選擇率的溫度效應(yīng) 選擇率的濃度效應(yīng)選擇率的濃度效應(yīng) 平行反應(yīng)加料方式的選擇平行反應(yīng)加料方式的選擇 A+BL(主反應(yīng))M(副反應(yīng))12111nmLABrk C C222nmMABrk C C21212111nnmmABskcck212121212121baaaAMLaAaAMLAMaAMLaALCkkrrCkCkrrrdtdCCkrdtdCCkr、

27、對(duì)比速率：、反應(yīng)速率：AL(主反應(yīng))M(副反應(yīng))12f000f000b1saAACCACCALfCCACLALALALAfALALMLLCCsdCSsdCCsdCdCsdCdCdCdCdtdCdtdCsCCCSrrrrrAfAAfAAfALf總總瞬時(shí)選擇率的平均值總選擇率是反應(yīng)過(guò)程中、總選擇率：、瞬時(shí)選擇率：LAS=A生成目的產(chǎn)物 所消耗的關(guān)鍵組分 的量轉(zhuǎn)化了的關(guān)鍵組分 的量AL(主反應(yīng))M(副反應(yīng))12AmAAAAAmiimiiiAALfAACCAAACCACCALfCCCCsCCsCCsSCCCCCsdCSCCsdCSsdCCAfAAfAAfA012210111f0f0f0)()(csba

28、000總總總應(yīng)器、多級(jí)串聯(lián)的全混流反、全混流反應(yīng)器反應(yīng)器：、間歇反應(yīng)器、平推流)exp(1121102012)(1221112211TREEkkkkCkkCkCkCkrrrsgaaAaAaAaAMLLAL(主反應(yīng))M(副反應(yīng))12(1)(1)溫度效應(yīng)溫度效應(yīng)提高溫度對(duì)活化能高的反應(yīng)有利提高溫度對(duì)活化能高的反應(yīng)有利降低溫度對(duì)活化能低的反應(yīng)有利降低溫度對(duì)活化能低的反應(yīng)有利若若E E1 1EE2 2, , 則在較高溫度下進(jìn)行則在較高溫度下進(jìn)行若若E E1 1Eaa2 2, , 較高反應(yīng)物濃度較高反應(yīng)物濃度對(duì)主反應(yīng)有利對(duì)主反應(yīng)有利若若a a1 1an2, m1m2CA, CB 都高都高n1n2, m1

29、m2CA高高, CB低低n1n2, m1n2, m1m2CA, CB 都高都高n1n2, m1n2, m1EE2 2, , 則在較高溫度下進(jìn)行則在較高溫度下進(jìn)行若若E E1 1Enn2 2, , 增加初濃度增加初濃度C CA0A0若若n n1 1nn2 2, , 降低初濃度降低初濃度C CA0A0若若n n1 1=n=n2 2, , 初濃度的變化對(duì)選擇性無(wú)影響初濃度的變化對(duì)選擇性無(wú)影響B(tài) B、轉(zhuǎn)化率、轉(zhuǎn)化率C CL L/C/CA A隨隨x xA A的增大而增大的增大而增大L L的瞬時(shí)選擇性下降的瞬時(shí)選擇性下降轉(zhuǎn)化率過(guò)高，選擇性降低轉(zhuǎn)化率過(guò)高，選擇性降低分離再循環(huán)分離再循環(huán)解決解決方案方案ALA

30、LCkCkrrs1216) 6) 連串反應(yīng)的最佳反應(yīng)時(shí)間與最大收率連串反應(yīng)的最佳反應(yīng)時(shí)間與最大收率 LAY=A生成目的產(chǎn)物 所消耗的關(guān)鍵組分 的量進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)的 的初始量optLfALfAfAfAAfAAfALfALftCCCYYSxxSCCCCCCCCYmax0maxmax0000)()(,必有極值總總ALALAALCkCkCkCkCkrrs121211 12kkALM 1212)(1221210121012121ln0)(0)()(12212121kkkktekkekekekekCkkkttdtdCeeCkkkCkkaopttkktktktktkAoptLtktkALoptoptoptoptopt時(shí)，當(dāng)）、最佳反應(yīng)時(shí)間（(1)(1)間歇反應(yīng)器、平推流反應(yīng)器間歇反應(yīng)器、平推流反應(yīng)器1211)exp(ln)()lnex