化工基礎工業(yè)反應器

1、第6章 工業(yè)化學反應過程及反應器 6.1 概 述 1工業(yè)化學反應過程的特征 在化工生產中，大部分都包含化學反應，而化學反應有關的工序的設計問題，都是屬于化學反應工程學的問題?；瘜W反應工程的概念是在1957年第一次歐洲化學反應工程會議上首先提出的。六十多年來，化學反應工程得到了迅速的發(fā)展，逐步形成了一門獨立的學科，成為化學工程的一個分支。化學反應工程學，它是以工業(yè)反應器為主要對象，研究工業(yè)規(guī)模的化學反應過程和設備的共性規(guī)律的一門學科。大家知道，化工產品的生產都涉及到化學反應工程，然而化學反應過程，特別是在工業(yè)規(guī)模下進行的化學反應過程，其影響因素是錯綜復雜的，它不僅受化學熱力學和化學動力學的制約，

2、還與化學反應器的類型、結構和尺寸有很大的關系。實踐證明，同一化學反應在實驗室或小規(guī)模進行時可以達到相對比較高的轉化率或產率，但放大到工業(yè)反應器中進行時，維持相同反應條件，所得轉化率卻往往低于實驗室結果，其原因有以下幾方面： 大規(guī)模生產條件下，反應物系的混合不可能像實驗室那么均勻。 生產規(guī)模下，反應條件不能像實驗室中那么容易控制，體系內溫度和濃度并非均勻。 生產條件下，反應體系多維持在連續(xù)流動狀態(tài)，反應器的構型以及器內流動狀況、流動條件對反應過程有極大的影響。工業(yè)反應器內存在一個停留時間分布。 工業(yè)反應器中實際進行的過程不但包括化學反應，還伴隨有各種物理過程，如熱量的傳遞、物質的流動、混合和傳遞

3、等，這些傳遞過程顯著地影響著反應的最終結果，這就是工業(yè)規(guī)模下的反應過程。 2化學反應工程學的任務和研究方法 化學反應工程學研究生產規(guī)模下的化學反應過程和設備內的傳遞規(guī)律，它應用化學熱力學和動力學知識，結合流體流動、傳熱、傳質等傳遞現象，進行工業(yè)反應過程的分析、反應器的選擇和設計及反應技術的開發(fā)，并研究最佳的反應操作條件，以實現反應過程的優(yōu)化操作和控制。改進和強化現有的反應技術和設備，挖掘潛力開發(fā)新的技術和設備。指導和解決反應過程開發(fā)中的放大問題。實現反應過程的最優(yōu)化。不斷發(fā)展反應工程學的理論和方法?；瘜W反應工程學有著自身特有的研究方法。在一般的化工單元操作中，通常采用的方法是經驗關聯法，例如流

4、體阻力系數、對流傳熱系數的獲得等等，這是一種實驗-綜合的方法。但化學反應工程涉及的內容、參數及其相互間的影響更為復雜，研究表明，這種傳統的方法已經不能解決化學反應工程問題，而采用以數學模型為基礎的數學模擬法。 所謂數學模擬法是將復雜的研究對象合理地簡化成一個與原過程近似等效的模型，然后對簡化的模型進行數學描述，即將操作條件下的物理因素包括流動狀況、傳遞規(guī)律等過程的影響和所進行化學反應的動力學綜合在一起，用數學公式表達出來。數學模型是流動模型、傳遞模型、動力學模型的總和，一般是各種形式的聯立代數方程、微分方程或積分方程。 建立數學模型的過程采用了分解-綜合的方法，它將復雜的反應工程問題先分解為較

5、為簡單的本征化學動力學和單純的傳遞過程，把兩者結合，通過綜合分析的方法提出模型并用數學方法予以描述。 建立數學模型的關鍵是對過程實質的了解和對過程的合理簡化，這些都依賴于實驗；同樣模型的驗證和修改，也依賴于實驗，只有對模型進行反復修正，才能得到與實際過程等效的數學模型。 在實際中，先抽提出理想反應器模型，然后討論實際反應器和理想反應器的偏離，再通過校正和修改，最后建立實際反應器的模型。 3工業(yè)反應器簡介 在化學反應工程中，由于化學反應的種類繁多，操作條件差別大，各種反應都要求有適合其自身特點的操作方法，因此，工業(yè)反應器的形成也必須是多種多樣的。工業(yè)生產所用的反應裝置，不論從形狀、大小和操作狀況

6、來看是多種多樣，十分復雜。根據不同的觀點，有不同的分類方法。(1)工業(yè)反應器分類 從傳遞特性和動力學特性兩方面入手，可將工業(yè)反應器分類： 按操作狀況 根據反應物料加入反應器的方式，可將反應器分為間歇反應器、半間歇或半連續(xù)反應器和連續(xù)反應器。 間歇反應器：反應物料一次加入，在攪拌的存在下，經過一定時間達到反應要求后，反應產物一次卸出，在反應期間沒有物料的加入和引出，生產為間歇地分批進行。特征是反應過程中反應體系的各種參數（如濃度、溫度等）隨著反應時間逐步變化，但不隨器內空間位置而變化。物料經歷的反應時間都相同。 連續(xù)反應器：穩(wěn)定操作時，反應物和產物連續(xù)穩(wěn)定地流入和引出反應器，進料和出料同時進行，

7、反應器內的物系參數不隨時間發(fā)生變化，但可隨位置而變。反應物料在反應器內停留時間可能不同。 這種反應器的優(yōu)點是設備利用率高，節(jié)省勞力，產品質量穩(wěn)定，易于自控，適合于大規(guī)模的生產。半連續(xù)反應器/半間歇反應器：一種或幾種反應物先一次加入反應器，而另外一種反應物或催化劑則連續(xù)注入反應器，這或者是在反應過程中將某種產物連續(xù)不斷地從反應器內引出，這種反應器從其反應混合物的組成隨時間變化的觀點來看是間歇的，而從操作的觀點來看，其反應物料之一的加入和產物的引出，其操作又是連續(xù)的。是一種介于連續(xù)和間歇之間的操作方式，反應器內物料參數隨時間發(fā)生變化。 按反應器的形狀 根據幾何形狀可歸納為管式、槽（釜）式和塔式三類

8、反應器。 管式反應器是長（高）徑比很大，物料混合作用很小，一般用于連續(xù)操作過程。 槽（釜）式反應器的高徑比較小，一般接近于1。通常槽（釜）內裝攪拌器，器內混合比較均勻。此類反應器既可用于連續(xù)操作，也可用于間歇操作。 塔式反應器高徑比在以上兩者之間（一般地講，高徑比還是較大的），采用連續(xù)操作方式。 按反應混合物的相態(tài) 可分為均相反應器和非均相反應器。這種分類的實質是按動力學特性分類，不同聚集狀態(tài)的物質，其反應有不同的動力學規(guī)律。均相反應器又分為氣相和液相反應器，非均相反應器分為氣一液、氣一固、液一液、液一固、氣一液一固等反應器。 這種分類方法對反應器的設計是有利的，因為同一相態(tài)的反應其動力學規(guī)律

9、相同，在分析和設計反應器時，可以用同一類動力學公式。生產中的反應器有多種特性，通常是將以上的分類加以綜合。 （2）常見工業(yè)反應器 間歇操作攪拌釜 這是一種帶有攪拌器的槽式反應器。用于小批量、多品種的液相反應系統，如制藥、染料等精細化工生產過程。 連續(xù)操作攪拌釜 連續(xù)流動的攪拌釜式反應器。常用于均相、非均相的液相系統，如合成橡膠等聚合反應過程。它可以單釜連續(xù)操作，可以是多釜串聯。 連續(xù)操作管式反應器 即連續(xù)操作的管式反應器，主要用于大規(guī)模的流體參加的反應過程。 固定床反應器 反應器內填放固體催化劑顆粒或固體反應物，在流體通過時靜止不動，由此而得名。主要用于氣固相催化反應，如合成氨生產等。 流化床

10、反應器 與固定床反應器中固體介質固定不動正相反，此處固相介質做成較小的顆粒，當流體通過床層時，固相介質形成懸浮狀態(tài)，好像變成了沸騰的流體，故稱流化床，俗稱沸騰床。主要用于要求有較好的傳熱和傳質效率的氣固相催化反應，如石油的催化裂化、丙烯氨氧化等非催化反應過程。 鼓泡床反應器 塔式結構的氣-液反應器，在充滿液體的床層中，氣體鼓泡通過，氣液兩相進行反應，如乙醛氧化制醋酸。 工業(yè)反應器型式各異，進行的反應更是多種多樣，主要討論恒溫的均相反應器的特點、設計、優(yōu)化及選型等問題，對工業(yè)中常用的非均相反應器氣固相催化反應器的結構、特征及選擇進行簡介。 4反應器的基本計算方程 反應器的設計計算主要是確定反應器

11、的生產能力，即完成一定生產任務所需反應器的體積。對等溫反應器，使用物料衡算便可描述反應器內的流動狀況，并與反應器中具體反應的動力學結合，從而獲得將原料和產品組成、產量和反應速度相互聯系起來的關聯式，即反應器的基本計算方程，也就是反應器的數學模型。求出各種反應器的體積或確定體積的反應器完成一定生產任務所需的反應時間。 對于任一反應器，其物料衡算表達式為： 引入反應物的速率=引出珍應物的速率+反應消耗反應物的速率+反應物積累速率 (6-1) 間歇操作 反應消耗反應物的速率+反應物積累速率=0 (6-2) 連續(xù)穩(wěn)定操作 引入反應物的速率=引出反應物的速率+反應物消耗的速率 （6-3） 反應器中的物料

12、衡算，往往選定某一組分為基準。而衡算范圍要根據反應器形狀和流動狀態(tài)確定。 6.2 理想反應器及其計算 1間歇攪拌釜式反應器（BSTR） (1)結構與操作特點圖62為間歇攪拌釜式反應器。反應物料按一定的配料比一次性從加料口加入反應器，反應器頂部蓋子上安裝攪拌器，通過攪拌器充分攪拌，使整個反應器內物料的濃度和溫度保持均勻。通常它配有夾套或蛇管，以控制反應溫度。反應物料在釜內經過一定時間的反應后，如果已經達到生產要求，停止反應并將物料從釜底排出。反應器經過清洗后，又開始新一輪的操作。生產周期包括加料、反應、出料、清洗。 在理想的間歇攪拌釜式反應器器內，由于劇烈攪拌，物料達到分子尺度上的均勻，且濃度處

13、處相等，因而排除了物質傳遞過程對反應的影響；由于具有足夠大的傳熱速率，器內各處溫度相等；排除了熱量傳遞過程對反應的影響。這種操作特點決定了間歇攪拌釜式反應器的反應結果只由化學動力學所確定。總結它的特點: 1.由于劇烈攪拌，反應器內物料濃度達到分子尺度上的均勻,且反應器內濃度處處相等，因而排除了物質傳遞對反應的影響；2.具有足夠強的傳熱條件，溫度始終相等，無需考慮器內的熱量傳遞問題；3.物料同時加入并同時停止反應，所有物料具有相同的反應 時間。正因為這些特點，所以間歇釜式反應器具有較大的通用性和靈活性，適用于小批量、多品種、反應時間較長的產品生產。在精細化工，制藥、染料、涂料生產等工業(yè)部門中得到

14、廣泛的應用。雖然間歇釜式反應器的結構簡單，但是也要注意安全操作，對于在壓力條件下工作的反應釜，常常在頂部安裝一個安全閥，對于揮發(fā)性物質，在頂部的排氣口也要安裝一個回流冷凝器。缺點： 裝料、卸料等輔助操作時間長，產品質量不穩(wěn)定（2）間歇攪拌釜式反應器的計算 以反應物A為基準對反應器進行物料衡算，根據式（62），式中 反應物A消耗速率=(-rA)V 反應物A積累速率=Adndt 因此物料衡算式變?yōu)?dtdnVrAA=)式（66）是間歇攪拌釜式反應器的基本計算方程。由此式可得出，間歇反應器中達到一定轉化率所需要的反應時間僅與反應速率有關，而與反應器的容積無關。 由于反應器是間歇操作，所以每處理一批物

15、料都要有出料、清洗和加料等非生產輔助時間，因此，處理一定量的物料所需要的有效容積不僅與反應時間有關，還與輔助時間有關。設平均每小時需要處理的物料量的平均體積為V，每批裝料、卸料和清洗等輔助時間為t”,每批反應時間為t，則所需反應器的有效容積是：式中VR為反應器的有效容積，即反應混合物的體積。由上式可見，為了提高間歇反應器的生產能力，就是要設法減少非生產的輔助時間，但這種輔助時間長短一般由長短確定。一般來說，反應器中的反應物料不是裝得滿滿的，實際反應器的體積VT要比有效容積大，于是，引入一個裝料系數，它是反應器有效容積占總容積的比值。通常根據經驗選定，對于不發(fā)生泡沫不沸騰的液體，取0.70.85

16、，否則，只取0.40.6， 操作時，將物料按一定配料比加到反應器內，開動攪拌器，使物料充分混合均勻，經過一定時間反應達到所需要求得轉化率后，將全部物料放出，清理洗凈，完成一個生產周期，準備開始新一輪的操作。周期=生產時間+輔助時間2活塞流反應器（PFR） （1）活塞流 連續(xù)穩(wěn)定流入反應器的流體，在垂直于流動方向的任一載面上，各質點的流速完全相同，平行向前流動，恰似汽缸中活塞的移動，故稱為活塞流或平推流，又叫理想置換、理想排擠流。其特點是先后進入反應器的物料之間完全無混合，而在垂直于流動方向的任一載面上，物料的參數都是均勻的。物料質點在反應器內停留的時間都相同。 管式反應器中的流動接近這種流型，

17、特別是當其長徑比較大、流速較高、流體流動阻力很小時，可視為活塞流，習慣稱為理想管式反應器。 （2）活塞流反應器的計算 書上245頁對活塞流反應器進行物料衡算，求取其基本計算方程。 設一反應器體積為VR，進、出反應器的物料參數如圖63所示，其中qv、qn，分別為反應物A的體積和摩爾流量。 定態(tài)操作時，反應器內物料的參數不隨時間發(fā)生變化，而沿著長度方向發(fā)生變化。取反應器內體積為dVR的一微元作為衡算范圍，對著眼組分A進行物料衡算:與間歇攪拌釜式反應器的基本計算方程（66）比較，間歇攪拌釜式反應器為反應時間t，活塞流反應器為停留時間，實際上對于恒容過程，停留時間等于反應時間。 從理想管式反應器和間歇

18、反應器的表達式比較，可以看出它們完全相同。理想管式反應器中各個截面上的濃度和轉化率等參數只是空間位置的函數；間歇反應器則隨時間而變化。這些參數經歷了相同的變化過程，反應的推動力是一致的。就反應過程而言，兩種反應器具有相同的效率。因為間歇反應器存在非生產時間，故生產能力低于管式反應器。3全混流反應器（CSTR） （1）全混流 全混流是指連續(xù)穩(wěn)定流入反應器的物料在強烈的攪拌下與反應器中的物料瞬間達到完全混合，又稱理想混合流。其特點是反應器內物料的參數處處均勻，且都等于流出物料的參數，但物料質點在反應器中停留的時間各不相同，即形成停留時間分布。 這亦是一種理想的流動模型，常見的連續(xù)攪拌釜式反應器接近

19、于全混流模型。當攪拌比較強烈、流體粘度較小、反應器尺寸較小時，可看作是理想混合，因此習慣上常稱之為理想釜式反應器。（2）全混流反應器的計算 對全混流反應器，在充分攪拌下，進入反應器的物料粒子與反應器中已有的粒子之間瞬間混合均勻，反應器內處處組成相同，對整個反應器作物料衡算。 根據連續(xù)流動物料衡算式（63），可得 間歇釜式反應器和平推流反應器的計算方程式都是微分形式；而全混流反應器的計算式卻是一個代數方程。這是因為全混流反應器內，反應物的溫度、濃度、轉化率均不隨時間而變(定態(tài)過程)也不隨空間位置而變(整個反應器內是均勻的)。與間歇釜式反應器和平推流反應器比較，為完成同樣的反應任務(即流量相等，反

20、應物的轉化率相等)全混流反應器所需的空間時間遠大于間歇釜式反應器和平推流反應器所對應的時間。在相同的生產條件、物料處理量和最終轉化率下，全混流反應器所需的容積要比活塞流反應器的容積大得多。4多釜串聯反應器（MMFR） 如果生產過程中所需的全混流反應器體積比較大，這時往往會采用幾個較小的全混流反應器串聯。一方面，直徑很大的釜式反應器制造及安裝都比較困難；另一方面，體積很大的反應器中攪拌的效果相對較差，混合的均勻程度不好。 多釜串聯反應器即幾個全混流反應器串聯，其特點為： 每一級反應器都是全混流反應器； 反應器之間，流體不相互混合。前一級反應器出口的物料濃度為后一級反應器入口的濃度，反應在后一級反

21、應器中繼續(xù)進行，反應轉化率高于前一級。串聯級數越多，各級之間反應物濃度差別越小，整個多釜串聯反應器越接近平推流反應器。 可以看出，相同的生產條件和生產任務，采用多個反應釜串聯時，反應器的總體積比采用單個反應器的體積明顯減少。 6.3 理想反應器的評比與選擇 從工藝上看，評價反應器的指標有兩個，一是生產強度，二是收率。反應器的生產強度是單位體積反應器所具有的生產能力。在規(guī)定的物料處理量和最終轉化率的條件下，反應器所需的反應體積也就反映了其生產強度。在相同條件下，反應器所需反應體積越小，則表明其生產能力越大。 對簡單反應，不存在產品分布問題，只需從生產能力上優(yōu)化。復雜反應則存在產品分布，且產品分布

22、隨反應過程條件的不同而變化，因而涉及這類反應時，首先應該考慮目的產物的產率和選擇性。 本節(jié)介紹理想反應器的評比、反應器型式的選擇和操作方法的優(yōu)化。 1理想反應器的評比 （1）不同的混合方式（返混） 所謂返混是指反應器中逗留了不同時間，因而具有不同性質的物料粒子之間的混合，即經歷了不同反應時間的物料粒子之間的混合。（把先后進入反應器，經歷了不同反應時間的物料間的混合稱為返混）返混有別于一般的攪拌混合，它是一種時間概念上的混合，因而稱為逆向混合。而攪拌混合僅是指物料粒子在空間位置上的變動，所以又叫空間混合。（比如間歇式釜式反應器中物料在反應前一次性加入，它們在反應器中的停留時間是相同的，這樣的混合

23、就不是返混）返混同時也包含空間位置上的混合，空間混合是逆向混合造成的原因，逆向混合的程度亦反映了空間混合的狀況。 對于活塞流反應器，所有粒子在反應器內的逗留都相同，并不發(fā)生返混，即返混為零；全混流反應器中，物料粒子的逗留時間各不相同，有些在反應器內逗留時間很短，有些則逗留很長時間，并且這些物料粒子達到了完全混合，因此是最大限度的返混；對于多釜串聯反應器，每一個釜是全返混，而釜與釜之間又完全無返混，釜數確定的多釜串聯反應器，整個反應器的返混程度一定；釜數越多，從整體上看，多釜串聯反應器的返混程度越小，越接近平推流。 （2）連續(xù)理想反應器的推動力比較 流體流況對化學反應的影響主要是由于返混造成反應

24、器內反應推動力的不同，從而導致反應的速率不同。 設有一反應體系，cA,0、cA, f 分別為反應物A在反應器進、出口的濃度， cA為反應物A的平衡濃度。則反應器中任一位置處的濃度推動力為 cA c AdcA，整個反應器中反應推動力即為任一位置處推動力的積分，即 ，圖67是各種連續(xù)反應器濃度的變化曲線。在活塞流反應器中，反應物濃度從進口的加料濃度cA,0沿管長逐漸下降，最后達到出口的cA, f，而在全混流反應器中，因為釜內反應物料濃度與出口物料濃度相同，反應物的濃度始終在cA, f這一最低值。根據積分的物理意義，各自的濃度推動力即為陰影部分的面積。從圖可以看出，在相同的生產任務下，活塞流反應器的

25、濃度推動力大于全混流反應器的推動力，而多釜串聯反應器的推動力介于二者之間。 （3）反應器體積的比較 間歇攪拌釜式反應器與活塞流反應器 這兩種反應器在構造上和物料流況上都不相同，它們卻具有相同的反應時間或（有效）體積計算式。是因為兩種反應器中濃度的變化相同，間歇攪拌釜式反應器內濃度隨時間改變，活塞流反應器內的濃度則隨空間位置（管長）而改變，兩者反應推動力呈現出相同的分布，反應器內反應速率相同。相同生產條件下，完成一定的任務，所需反應時間或（有效）體積相同。 間歇反應器除反應時間外，還有輔助時間，所需的實際體積要大于活塞流反應器。連續(xù)活塞流反應器比間歇的攪拌釜式反應器的生產能力要大，完成一定任務所

26、需實際反應體積要小，即連續(xù)操作帶來生產的強化。 連續(xù)反應器的比較 由于存在返混，全混流反應器加入反應物料與已反應了的物料之間瞬間達到了完全混合，等于出口濃度，即器內反應推動力或反應速率一直處于最?。欢钊鞣磻髦蟹磻锏臐舛葎t由入口到出口逐漸減少，亦即反應速率逐漸減小，在出口達到最小，于是活塞流反應器內的反應速率總是高于全混流反應器。在相同生產條件和任務時，全混流反應器所需容積要大于活塞流反應器的容積。 為更好地比較，在相同反應條件和完成同樣任務的活塞流反應器與全混流反應器的有效容積之比為容積效率，記作：圖68顯示了容積效率與轉化率、反應級數之間的關系。從圖可得出如下結論： 轉化率的影響 零

27、級反應，轉化率對容積效率無影響。對其它正級數反應的容積效率都小于1，一定反應級數下，轉化率越大，容積效率越小。 反應級數的影響 轉化率一定時，反應級數越大，容積效率越小，對于級數大的反應，如用全混流反應器，則需要更大的有效容積。但這種差別在小轉化率時不顯著。 采用多個全混流反應器串聯時，反應器中反應物的濃度梯度除最后一級外，每一級都比只采用單個反應釜的大，因而反應推動力大、反應速率高，達到一定的轉化率所需的反應器體積小。反應器串聯釜數越多，各級反應器中反應物濃度之間的差別越小，當N，多釜串聯反應器的反應物濃度的變遷接近于活塞流反應器，體積也接近活塞流反應器。 圖69表示了釜數與容積效率之間的關

28、系。由圖中看出，釜數越多，容積效率越大，其總容積越接近活塞流反應器；當時，容積比等于1，其性能與活塞流反應器完全一樣。盡管反應器釜數越多越接近活塞流反應器，反應器所需總體積越小，但并不是釜數越多越好。從圖可見，釜數增大到一定程度以后，再增加釜數，其反應器總體積的減小已不明顯。另外，釜數增多，材料費用和加工成本增加，操作管理復雜，經濟上并非合理。一般常用的釜數不超過4個。 在相同的反應條件、反應轉化率及物料處理量的情況下，所需反應器時間以活塞流最小，全混流最大，多釜串聯居中。如果要求反應時間及反應轉化率相同，以活塞流反應器生產能力最大，多釜次之，全混流最小。 2理想反應器的選擇 在物理化學中，我

29、們學習過一級反應，二級反應等。在反應過程中，只需要用一個化學計量方程式和一個速率方程式表示的化學反應稱之為簡單反應。而在化工生產過程中，一個化學反應發(fā)生時，往往會伴隨著若干個其他反應同時發(fā)生，需要用兩個或兩個以上的速率方程式來表示的反應稱為復雜反應。典型的復雜反應有平行反應、連續(xù)反應等。對于化工生產來說，特別是精細化工，原料的成本通常要占產品成本的一半以上。因此，使原料盡可能多的轉化成所需的產品便成為生產過程中所需要考慮的主要問題之一，其實，對于每一個工廠而言，減少成本，增加收率是他們的最終目的。一個工廠它的生產過程，對于簡單反應情況比較簡單，一旦發(fā)生反應，唯一的產物就是所需要的產物，轉化率越

30、高，反應速率越快，對生產過程就越有利。但對于復雜反應，情況就不一樣了。在復雜反應中，反應體系中同時發(fā)生若干個反應，能產生幾種不同的產物，一般只有一種是生產目的，于是，在眾多反應中，產生目的產物的反應成為主反應，而產生不需要的產物或價值較低的產物的反應稱為副反應。顯然在生產過程中應盡可能地避免減少副反應的產生。所以，在生產和研究工作中就需要用若干指標來描述原料的利用率。1）轉化率在學習反應速率方程式時，轉化率是指反應消耗掉的某組分A的量與反應起始時組份A的量。如果一個反應中有兩個或兩個以上的反應物，則它的轉化率也不等，以著眼組份來計算。在實際生產過程中，不同的反應物并不一定時按照化學計量方程式的

31、比例加入反應器中，往往有一種以過量的，而另一種 相對不足，反應過程中總是以相對不足的那一種反應物制約著反應的進程。這種不過量的反應物稱作限制組份或著眼組份。2）選擇性我們知道，在生產過程中除了主反應，還有副反應，得到幾種不同的產物。選擇性是指轉化成目的產物的反應物的量與轉化掉的反應物的物質的量之比。一般企業(yè)對選擇性的重視超過對轉化率的重視。因為，在反應過程中，如果一個化學反應在一定操作條件下轉化率較低，那么沒轉化的部分分離后可以重新使用，所增加的生產費用主要是增大設備尺寸和分離產物時的能量損耗，但是如果化學反應的選擇率低，則表明有相當一部分原料轉化成副產品，而要使副產品再變成所需要的產物就十分

32、困難?；どa的原料成本是生產成本的主要部分，再加上副產品可能會成為生產中的廢棄物，我們又要增加廢棄物的回收和處理成本，這樣，總的造價就提高了。3）收率收率也稱產率，它表示了投入的原料與得到的產物之間的定量關系，表示了原料的利用程度。 =生成目的產物的反應物/進入反應器的反應物的物質的量例題： 復雜反應的種類很多，平行反應和串聯反應既是它們的代表，又是組成更復雜反應的基本反應。 （1）平行反應 設一平行反應為A+BST S（目的產物）（主反應，速率常數k1，反應級數a1,b1）; T（副產物）（副反應，速率常數 k2，反應級數a2,b2）對比速率與選擇性只是表達上的不同，本質上是相同的，完全可

33、以通過對比速率S來分析平行反應的選擇性優(yōu)化。 一定條件下的反應，當k1、k2、a1、a2、b1、b2為 已知，對比速率或選擇性只與cA、cB有關。要提高主產物的收率，就要使對比速率比值增大，即要提高12aaAc和的值，指數代數和為正值，則應提高濃度；指數代數和為負值，則應降低濃度。 12bbBc提高或降低反應物的濃度，既可以改變初始物料的狀況，也可以通過選擇合適的反應器和操作方法來達到。保持較大濃度的方法有：大濃度進料；對氣相反應，增大系統的壓力；采用較小的單程轉化率。 保持較小濃度的方法有：采用部分反應后的物料的循環(huán)，以減低進料中的反應物濃度；加入惰性稀釋劑；對氣相反應，減小系統的壓力；采用

34、較大的單程轉化率。圖610為各種形式反應器及加料操作方法。對上述平行反應： 當a1a2，b1b2時，同時提高cA和cB可提高選擇性，選用活塞流反應器或間歇攪拌釜式反應器為宜。如由于其它原因必須采用全混流反應器時，也應選用多釜串聯反應器。在操作方法上，應將A與B同時加入： 當a1a2，b1b2時，則同時降低cA和cB，可提高選擇率，選用全混流反應器時,A和B一次加入；或選用間歇的攪拌釜式反應器,A和B慢慢滴入； 當a1a2和b1b2時，應提高cA降低cB，可考慮以下選擇： a選擇活塞流反應器，反應物A一次加入僅沿反應器不同位置分小股分別加入； b選擇間歇攪拌釜式反應器，反應物A一次加入上慢慢滴加； c.選擇多釜串聯反應器,A一次加入,B分小股在各個釜分別加入； d此外，還可考慮將A組分過量，以保持其濃度，而在反應后再進行分離回收。 當a1a2和b1b2時，應提高cA降低cB，反應器的選擇及操作與相反。 當a=b時，選擇性與cA無關，此時應通過其它途徑來解決。 高反應物濃度