華東理工CH3(簡(jiǎn)化)

第三章理想間歇反應(yīng)器與典型化學(xué)反應(yīng)的基本特征§3.1反應(yīng)器設(shè)計(jì)基本方程§3.2理想間歇反應(yīng)器中的簡(jiǎn)單反應(yīng)§3.3理想間歇反應(yīng)器中的均相可逆反應(yīng)§3.4理想間歇反應(yīng)器中的均相平行反應(yīng)§3.5理想間歇反應(yīng)器中的均相串連反應(yīng)按操作方式分:間歇操作反應(yīng)器；連續(xù)操作反應(yīng)器；半間歇半連續(xù)操作反應(yīng)器。按構(gòu)型分：釜式反應(yīng)器、管式反應(yīng)器、塔式反應(yīng)器、固定床、流化床等。二、典型的化學(xué)反應(yīng)（1）簡(jiǎn)單反應(yīng)（2）可逆反應(yīng)（3）伴有平行副反應(yīng)的復(fù)雜反應(yīng)（4）伴有串連副反應(yīng)的復(fù)雜反應(yīng)一、反應(yīng)器的基本類(lèi)型3.1、反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基本方程3.1.1、反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容三、計(jì)算所需反應(yīng)器的體積二、確定最佳工藝條件一、選擇合適的反應(yīng)器型式3.1.2反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基本方程包括反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程物料衡算式熱量衡算式動(dòng)量衡算式一、物料衡算方程式物料衡算以質(zhì)量守恒定律為基礎(chǔ),是計(jì)算反應(yīng)器體積的基本方程。衡算范圍：取物料濃度、溫度均勻的體積元和時(shí)間元。物料衡算所針對(duì)的具體體系稱(chēng)體積元。體積元有確定的邊界，由這些邊界圍住的體積稱(chēng)為系統(tǒng)體積。在這個(gè)體積元中，物料溫度、濃度必須是均勻的。在滿(mǎn)足這個(gè)條件的前提下盡可能使這個(gè)體積元體積更大。在這個(gè)體積元中對(duì)關(guān)鍵組分A進(jìn)行物料衡算。

物料衡算通式：反應(yīng)消耗累積流入流出反應(yīng)單元反應(yīng)器反應(yīng)單元流入量流出量反應(yīng)量累積量間歇式整個(gè)反應(yīng)器00√√平推流(穩(wěn)態(tài))微元長(zhǎng)度√√√0全混釜(穩(wěn)態(tài))整個(gè)反應(yīng)器√√√0非穩(wěn)態(tài)√√√√用符號(hào)表示：更普遍地說(shuō)，對(duì)于體積元內(nèi)的任何物料，進(jìn)入、排出、反應(yīng)、積累量的代數(shù)和為0。不同的反應(yīng)器和操作方式，某些項(xiàng)可能為0。二、熱量衡算式熱量衡算以能量守恒與轉(zhuǎn)化定律為基礎(chǔ),可計(jì)算反應(yīng)器內(nèi)溫度的變化,衡算范圍同上。熱量衡算通式：?jiǎn)挝粫r(shí)間進(jìn)入體積元的物料帶入的熱單位時(shí)間離開(kāi)體積元的物料帶出的熱單位時(shí)間體積元內(nèi)物料的反應(yīng)熱單位時(shí)間體積元內(nèi)熱量的累積單位時(shí)間體積元內(nèi)的物料傳給環(huán)境的熱量=+++反應(yīng)熱累積帶入帶出反應(yīng)單元傳給環(huán)境反應(yīng)器反應(yīng)單元帶入熱帶出熱反應(yīng)熱累積熱間歇式整個(gè)反應(yīng)器00√√平推流(穩(wěn)態(tài))微元長(zhǎng)度√√√0全混釜(穩(wěn)態(tài))整個(gè)反應(yīng)器√√√0非穩(wěn)態(tài)√√√√不同的反應(yīng)器和操作方式，某些項(xiàng)可能為0。三、動(dòng)量衡算方程動(dòng)量衡算以動(dòng)量守恒與轉(zhuǎn)化定律為基礎(chǔ),當(dāng)氣相流動(dòng)反應(yīng)器的壓降大時(shí)，需要考慮壓力對(duì)反應(yīng)速率的影響，需進(jìn)行動(dòng)量衡算。一般情況不予考慮。3.2理想間歇反應(yīng)器中的簡(jiǎn)單反應(yīng)3.2.1理想間歇反應(yīng)器的特征在反應(yīng)器中物料被充分混合，但由于所有物料均為同一時(shí)間進(jìn)入的，物料之間的混合過(guò)程屬于簡(jiǎn)單混合，不存在返混。反應(yīng)物料一次加入反應(yīng)器內(nèi)，在反應(yīng)過(guò)程中不再向反應(yīng)器內(nèi)投料，也不向外排出，待反應(yīng)達(dá)到要求的轉(zhuǎn)化率后再全部放出反應(yīng)產(chǎn)物。理想間歇反應(yīng)器的特點(diǎn):

①由于劇烈攪拌、混合，反應(yīng)器內(nèi)有效空間中各位置的物料溫度、濃度都相同；②由于一次加料，一次出料，反應(yīng)過(guò)程中沒(méi)有加料、出料，所有物料在反應(yīng)器中停留時(shí)間相同，不存在不同停留時(shí)間物料的混合，即無(wú)返混現(xiàn)象；③出料組成與反應(yīng)器內(nèi)物料的最終組成相同；④具有足夠強(qiáng)的傳熱條件，溫度始終相等；⑤為間歇操作，有輔助生產(chǎn)時(shí)間。一個(gè)生產(chǎn)周期應(yīng)包括反應(yīng)時(shí)間、加料時(shí)間、出料時(shí)間、清洗時(shí)間、加熱（或冷卻）時(shí)間等。003.2.2、理想間歇反應(yīng)器性能的數(shù)學(xué)描述一、反應(yīng)時(shí)間的計(jì)算反應(yīng)器中物料濃度和溫度是均勻的，只隨反應(yīng)時(shí)間變化，可以通過(guò)物料衡算求出反應(yīng)時(shí)間t和xA的關(guān)系式。即：或：積分得：上式為間歇反應(yīng)器的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)式。無(wú)論是等溫、變溫、等容、變?nèi)萆鲜骄闪?。恒容時(shí)，上式可簡(jiǎn)化為：已知反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程和組分A的濃度變化，可由上式積分求得反應(yīng)時(shí)間。間歇反應(yīng)器內(nèi)為達(dá)到一定轉(zhuǎn)化率所需反應(yīng)時(shí)間t只是動(dòng)力學(xué)方程式的直接積分，與反應(yīng)器大小及物料投入量無(wú)關(guān)。若被積函數(shù)復(fù)雜,可采用數(shù)值積分或圖解積分。圖解積分如下圖示。t/cA0xAxAfxA0tCACAfCA0對(duì)于給定的生產(chǎn)任務(wù)，即單位時(shí)間處理的原料量v0[m3.h-1]以及原料組成CA0[kmol.m-3]、達(dá)到的產(chǎn)品要求xAf及輔助生產(chǎn)時(shí)間t0、動(dòng)力學(xué)方程等，均作為給定的條件，設(shè)計(jì)計(jì)算出間歇反應(yīng)器的體積。二、反應(yīng)器體積的計(jì)算

∴反應(yīng)器的有效體積：

V=v0

(t＋t0)

反應(yīng)器的有效體積是反應(yīng)物料所占的體積，反應(yīng)器的實(shí)際體積是考慮了裝料系數(shù)后的體積(不包括換熱器、攪拌器的體積）每批操作所需的時(shí)間為(t＋t0)

計(jì)算步驟：①由式計(jì)算反應(yīng)時(shí)間t；②計(jì)算一批料所需時(shí)間t；tT=t+t0t0為輔助生產(chǎn)時(shí)間③計(jì)算反應(yīng)器有效容積V；

④計(jì)算反應(yīng)器總體積V總。注：反應(yīng)器的有效體積是反應(yīng)物料所占的體積，反應(yīng)器的實(shí)際體積是考慮了裝料系數(shù)后的體積(不包括換熱器、攪拌器的體積）式中：是裝料系數(shù)，一般為0.4～0.85，不起泡、不沸騰物料取0.7～0.85，起泡、沸騰物料取0.4～0.6。3.2.3、理想間歇反應(yīng)器中的簡(jiǎn)單反應(yīng)一、一級(jí)不可逆反應(yīng)速率方程：積分得：上式也可寫(xiě)成濃度的形式：注：

對(duì)兩個(gè)反應(yīng)物參與的反應(yīng)A+B→P，若B組分大大過(guò)量，其濃度可視為定值歸入k中，反應(yīng)可按一級(jí)處理。二、二級(jí)不可逆反應(yīng)二級(jí)反應(yīng)的兩種情況：1、對(duì)某一反應(yīng)物為二級(jí)且無(wú)其它反應(yīng)物；2、對(duì)兩反應(yīng)物均為一級(jí)，且兩反應(yīng)物初始濃度相等又為等分子反應(yīng)。分離變量積分：速率方程：若用轉(zhuǎn)化率表示：三、零級(jí)反應(yīng)零級(jí)反應(yīng)是表示反應(yīng)速率不受反應(yīng)物濃度影響的一類(lèi)特殊反應(yīng)。速率方程：積分得：反應(yīng)級(jí)數(shù)反應(yīng)速率殘余濃度式轉(zhuǎn)化率式n=0n=1n=2n級(jí)n≠1表3－1理想間歇反應(yīng)器中簡(jiǎn)單級(jí)數(shù)的反應(yīng)結(jié)果表達(dá)式四、反應(yīng)特性分析（1）由表3-1知：kt數(shù)值一定，當(dāng)CA0一定時(shí)，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率xA及CA也就唯一的確定。因此，為達(dá)到同樣xA及CA的要求，k值提高，會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)時(shí)間減少。（2）反應(yīng)物濃度對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響表現(xiàn)為反應(yīng)級(jí)數(shù)，不同級(jí)數(shù)的反應(yīng)有各自的特殊性。一級(jí)反應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間與初始濃度無(wú)關(guān)；二級(jí)反應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間與初始濃度成反比；零級(jí)反應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間與初始濃度成正比。（3）從不同反應(yīng)級(jí)數(shù)的殘余濃度和反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系比較中可以發(fā)現(xiàn)：零級(jí)反應(yīng)的殘余濃度隨反應(yīng)時(shí)間呈直線下降至反應(yīng)物完全轉(zhuǎn)化為止；一級(jí)反應(yīng)的殘余濃度隨反應(yīng)時(shí)間增加而逐漸慢慢下降。以上分析表明：反應(yīng)后期轉(zhuǎn)化問(wèn)題的嚴(yán)重程度順序是：二級(jí)﹥一級(jí)﹥零級(jí)，為克服和改善高級(jí)數(shù)反應(yīng)的后期轉(zhuǎn)化問(wèn)題，可設(shè)法降低反應(yīng)級(jí)數(shù)，工業(yè)上經(jīng)常采用某種反應(yīng)物過(guò)量就是一種有效措施。二級(jí)反應(yīng)的殘余濃度隨反應(yīng)時(shí)間增加下降更為緩慢。如：對(duì)雙組分二級(jí)反應(yīng)①若反應(yīng)物B大大過(guò)量，則可視為CB=CB0，將其看作常數(shù)并入k中，動(dòng)力學(xué)方程改寫(xiě)為：反應(yīng)可按一級(jí)處理。即：則反應(yīng)過(guò)程中B的濃度:代入動(dòng)力學(xué)方程：分離變量積分上式：②若反應(yīng)物A和B的初濃度之比不等于其化學(xué)計(jì)量系數(shù)之比積分上式:上式兩邊同乘以（1+M）得：∵對(duì)零級(jí)反應(yīng):對(duì)一級(jí)反應(yīng):由（3-41）式以CB0kt對(duì)xA作圖，見(jiàn)圖3-8。過(guò)量濃度對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響．對(duì)二級(jí)反應(yīng):B不過(guò)量時(shí)：B過(guò)量時(shí)：結(jié)論：（1）轉(zhuǎn)化率較低時(shí)，過(guò)量濃度的影響不明顯；（2）轉(zhuǎn)化率較高時(shí)，過(guò)量濃度影響顯著，原因：二級(jí)反應(yīng)后期反應(yīng)速率極低，若B在反應(yīng)初稍過(guò)量，反應(yīng)后期CB將遠(yuǎn)大于CA，此時(shí)B可視為大大過(guò)量，反應(yīng)轉(zhuǎn)化為擬一級(jí)。從而減少了后期轉(zhuǎn)化所需的時(shí)間。補(bǔ)充[例3.1-1]在等溫間歇反應(yīng)器中進(jìn)行氯乙醇的皂化反應(yīng)ClCH2CH2OH＋NaHCO3→HOCH2CH2OH＋NaCl＋CO2

ＡＢＰＤＳ生產(chǎn)乙二醇，產(chǎn)量為20kg／h。使用15％(質(zhì)量)

NaHCO3水溶液及30％(質(zhì)量)的氯乙醇水溶液作原料，反應(yīng)器投料氯乙醇和碳酸氫鈉的摩爾比為1∶1，混合液密度為1.02kg／L

。該反應(yīng)對(duì)氯乙醇和碳酸氫鈉均為一級(jí)，在反應(yīng)溫度下反應(yīng)速率常數(shù)等于5.2L／(mol·h)。要求轉(zhuǎn)化率達(dá)到95％。(1)若輔助時(shí)間為0.5h，試計(jì)算反應(yīng)器的有效體積。(2)若裝填系數(shù)取0.75，計(jì)算反應(yīng)器的實(shí)際體積。①各組分的分子量MA=80.5MB=84MP=62解：計(jì)量方程可寫(xiě)成：A＋B→Ｐ＋Ｄ＋Ｓ

②各組分的摩爾處理量NP=20/62=0.3226kmol/h

NA0=NB0=NP/0.95=0.3396kmol/h③求兩股物料的質(zhì)量流量及總的體積流量0.3WA/80.5=0.15WB/84=0.3396kmol/h∴WA=91.126kg/hWB=190.167kg/hW=WA＋WB=281.239kg/hv0=W/ρ=281.239/1.02=275.78L/

hV=v0

(t＋t0)=275.78×(2.97＋0.5)=956.92L④反應(yīng)時(shí)間由二級(jí)反應(yīng)的計(jì)算公式:⑤反應(yīng)器有效體積⑥反應(yīng)器實(shí)際體積補(bǔ)充[例3.1-2]以醋酸(A)和正丁醇(B)為原料在間歇反應(yīng)器中生產(chǎn)醋酸丁酯(C)，操作溫度為100℃，每批進(jìn)料1kmol的A和4.96kmol的B。已知反應(yīng)速率,乙酸和正丁醇的密度分別為960kg/m3和740kg/m3,求醋酸轉(zhuǎn)化率xA分別為0.5、0.9、0.99時(shí)所需反應(yīng)時(shí)間。解：CH3COOH+C4H9OH→CH3COOC4H9+H2OABCA的初始濃度計(jì)算：ＭＡ＝６０；ＭＢ＝７４可求出每批投料總體積為0.559m3醋酸A1kmol60kg0.062m3正丁醇B4.96kmol368kg0.497m3當(dāng)XA=0.5時(shí)，t＝0.535h，當(dāng)XA=

0.9時(shí)，t＝4.81h，當(dāng)XA=

0.99時(shí)，t＝52.9h。片面追求高轉(zhuǎn)化率，會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，大幅度增加操作費(fèi)用。五、自催化反應(yīng)1、自催化反應(yīng)的特點(diǎn)：設(shè)反應(yīng)對(duì)各反應(yīng)組份均為一級(jí)反應(yīng)，其速率方程為：自催化反應(yīng)有一最大反應(yīng)速率出現(xiàn)。2、最佳條件的確定由統(tǒng)一變量將(-rA)對(duì)CA求偏導(dǎo)并令其等于零即可求得反應(yīng)速率最大時(shí)的CA最佳值。(1)對(duì)應(yīng)(-rA)最大時(shí)的CA最佳值將分離變量積分：即：(2)對(duì)應(yīng)(-rA)最大時(shí)的時(shí)間最佳值此式為自催化反應(yīng)反應(yīng)時(shí)間的計(jì)算式。將代入上式可求得對(duì)應(yīng)反應(yīng)速率最大時(shí)的時(shí)間t也可采用圖解積分，見(jiàn)下圖。對(duì)簡(jiǎn)單反應(yīng)和可逆反應(yīng)優(yōu)化的目標(biāo)是單位時(shí)間、單位反應(yīng)器體積的產(chǎn)量最大，存在著一個(gè)使單位時(shí)間的產(chǎn)品產(chǎn)量最大的最優(yōu)反應(yīng)時(shí)間。3.2.4、理想間歇反應(yīng)器的最優(yōu)反應(yīng)時(shí)間目標(biāo)函數(shù)為單位操作時(shí)間的產(chǎn)品產(chǎn)量FP（3-50）將上式對(duì)時(shí)間t求導(dǎo)：應(yīng)用上式可求得滿(mǎn)足單位時(shí)間產(chǎn)品產(chǎn)量最大所必須的條件——最優(yōu)反應(yīng)時(shí)間。令則(3-52)最優(yōu)反應(yīng)時(shí)間可采用圖解法或解析法計(jì)算。①先由求反應(yīng)時(shí)間t

與

xＡ(或ＣＡ)的關(guān)系，再將其換算為t與CP的關(guān)系．(如：由CＰ=CA0xA

得dCｐ=CA0dxA)圖解法步驟：②以CP為縱坐標(biāo)，t為橫坐標(biāo)將CP與t的關(guān)系標(biāo)繪如下圖中曲線ＯＭＮ；間歇反應(yīng)器最優(yōu)反應(yīng)時(shí)間的圖解法示意

CPM

A0DtN③在橫坐標(biāo)上截取OA=t0,自A(-t0，0)做曲線OMN的切線MA，切點(diǎn)為M，斜率MD/AD=dCP/dt；MD＝CP,AD=t+t0.正好滿(mǎn)足

切點(diǎn)M點(diǎn)的橫座標(biāo)對(duì)應(yīng)的t即為最優(yōu)反應(yīng)時(shí)間。縱坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的CP

則為最優(yōu)反應(yīng)時(shí)間時(shí)的產(chǎn)物濃度。圖3-11間歇反應(yīng)器最優(yōu)反應(yīng)時(shí)間的圖解法示意

CPM

A0DtN解析法步驟：①將反應(yīng)速率方程積分得xA～

t的關(guān)系式。再將其換算為t

與ＣＰ的關(guān)系．（如：由CＰ=CA0xA

得dCｐ=CA0dxA）②將上述關(guān)系式對(duì)t

微分求得dCP/dt.③將微分結(jié)果與dCp/dt=CP/(t+t0)聯(lián)立求解即可求得最優(yōu)反應(yīng)時(shí)間。課本P75例３－５解：乙酸的初始濃度為：乙酸丁酯的生產(chǎn)速率為：(1)求最優(yōu)反應(yīng)時(shí)間由反應(yīng)式A＋B→P＋H2O①寫(xiě)出

ＣＰ與t的關(guān)系式③將上式與聯(lián)立求解即可求得最優(yōu)反應(yīng)時(shí)間②將ＣＰ與t的關(guān)系式對(duì)t

微分求得dCP/dt.（1）（2）令（1）（2）式相等得：化簡(jiǎn)得最優(yōu)反應(yīng)時(shí)間最優(yōu)反應(yīng)時(shí)間為31.5分，此時(shí)乙酸丁酯的濃度為：（2）求反應(yīng)器的最小容積所需反應(yīng)器的容積為此為完成該生產(chǎn)任務(wù)所需的反應(yīng)器最小容積．3.3、理想間歇反應(yīng)器中的均相可逆反應(yīng)3.3.1可逆反應(yīng)的特點(diǎn)一、K與k1、k2之間的關(guān)系凈反應(yīng)速率:若反應(yīng)物和產(chǎn)物對(duì)正、逆反應(yīng)速率都有影響，則凈反應(yīng)速率為：對(duì)可逆反應(yīng)：反應(yīng)平衡時(shí)當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)由熱力學(xué)可知：平衡常數(shù)K取決于溫度，k1/k2也取決于溫度，故k1/k2可認(rèn)為是平衡常數(shù)K的函數(shù)，出現(xiàn)在濃度上的不同指數(shù)必須使其相一致。設(shè)式中m為任意正數(shù)，則有：同時(shí)滿(mǎn)足動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)公式應(yīng)有：當(dāng)m=1時(shí)，K=k1/k2假設(shè)：即：可逆反應(yīng)中對(duì)任一組分正逆反應(yīng)級(jí)數(shù)之差與該反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量系數(shù)之比為定值。二、可逆反應(yīng)的平衡特性1、T對(duì)平衡常數(shù)K的影響以正、逆反應(yīng)均為一級(jí)的反應(yīng)為例正反應(yīng)速率A的凈反應(yīng)速率：反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)(1,1可逆反應(yīng))由物化知：平衡常數(shù)K與T的關(guān)系可由范德霍夫等壓方程表示：是反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)焓差，在等壓條件下故上式變?yōu)椋篢對(duì)K的影響與反應(yīng)熱效應(yīng)有關(guān)，對(duì)可逆吸熱反應(yīng)>0，K隨溫度升高而增大；對(duì)可逆放熱反應(yīng)<0，K隨溫度升高而減小。由得：上式為1,1可逆反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率與T之間的約束條件。2、T與平衡轉(zhuǎn)化率之間的關(guān)系對(duì)可逆吸熱反應(yīng)，E1>E2，其平衡轉(zhuǎn)化率隨T的升高而↑；對(duì)可逆放熱反應(yīng)，E1<E2，其平衡轉(zhuǎn)化率隨T的升高而↓,見(jiàn)下圖r=0的平衡線。對(duì)不可逆反應(yīng)，K遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1，xAe趨近與1.xAe—T線xAe—T線3.3.2可逆反應(yīng)的反應(yīng)速率可逆反應(yīng)的反應(yīng)速率不但受反應(yīng)速率常數(shù)的影響，還受反應(yīng)平衡常數(shù)的約束。以1,1可逆反應(yīng)為例：1、可逆反應(yīng)的濃度效應(yīng)平衡時(shí)：由又據(jù)平衡條件：或上式表明：可逆反應(yīng)速率的濃度效應(yīng)與簡(jiǎn)單反應(yīng)相同，隨反應(yīng)物濃度增大(xA減?。?，反應(yīng)速率單調(diào)上升,(見(jiàn)不同速率線).代入反應(yīng)速率式將2、可逆反應(yīng)的溫度效應(yīng)可逆反應(yīng)的溫度效應(yīng)與簡(jiǎn)單反應(yīng)有明顯的差別，可逆反應(yīng)的速率要受到反應(yīng)速率常數(shù)和化學(xué)平衡常數(shù)的雙重影響。對(duì)可逆吸熱反應(yīng)：T升高，k1增大，K也增大，凈反應(yīng)速率隨溫度升高而加快，最優(yōu)操作溫度的確定取決于催化劑活性及設(shè)備材質(zhì)的耐熱程度。對(duì)可逆放熱反應(yīng)：T升高，k1增大，但K減小，此時(shí)反應(yīng)速率受兩種相互矛盾的因素影響，在較低溫度下，反應(yīng)遠(yuǎn)離平衡，動(dòng)力學(xué)影響是其主要矛盾，反應(yīng)速率隨溫度升高而加快；當(dāng)溫度較高時(shí)，K對(duì)反應(yīng)速率的影響增大，反應(yīng)速率主要受熱力學(xué)平衡的影響，此時(shí)反應(yīng)速率隨溫度升高而減小。即：可逆放熱反應(yīng)的速率隨溫度升高先增大后減小存在極大值。（見(jiàn)下圖）二氧化硫催化氧化反應(yīng)速率與溫度的關(guān)系可逆放熱反應(yīng)速率與溫度的關(guān)系

最優(yōu)操作溫度：對(duì)應(yīng)于某一組成反應(yīng)速率最大時(shí)的溫度.3.4、理想間歇反應(yīng)器中的均相平行反應(yīng)3.4.1、平行反應(yīng)反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度分布其主副反應(yīng)的速率方程分別為：以為例反應(yīng)物A的總消耗速率：（1）當(dāng)主、副反應(yīng)級(jí)數(shù)相等時(shí)：與簡(jiǎn)單反應(yīng)相同因當(dāng)主、副反應(yīng)級(jí)數(shù)相等時(shí)，主、副產(chǎn)物濃度之比與反應(yīng)物濃度無(wú)關(guān),只有改變溫度才能改變產(chǎn)物分布。圖3-14的繪制：假設(shè)主、副反應(yīng)均為一級(jí)不可逆反應(yīng).積分上式可得：①CA與t的關(guān)系：②Cp與t的關(guān)系：由得積分得：③Cs與t的關(guān)系：由得積分得：14（2）當(dāng)主、副反應(yīng)級(jí)數(shù)不相等時(shí)此時(shí)Ｔ和與反應(yīng)物濃度都影響產(chǎn)物分布。3.4.2、平行反應(yīng)的選擇率和收率一、選擇率1、瞬時(shí)選擇率：指某一濃度、溫度條件下的選擇率。2、平均選擇率：恒容時(shí)：３、收率恒容條件下：（1）單程收率：反應(yīng)物不循環(huán)回系統(tǒng)的收率叫單程收率。為反應(yīng)過(guò)程瞬時(shí)選擇率的平均值。（2）總收率：未反應(yīng)物料分離后循環(huán)回反應(yīng)器系統(tǒng)的收率叫總收率。此時(shí)3.4.3、平行反應(yīng)選擇率的溫度效應(yīng)由式中k2/k1表示選擇率的溫度效應(yīng)（1）當(dāng)E1>E2時(shí)，溫度升高有利于反應(yīng)選擇率的增加；（2）當(dāng)E1<E2時(shí)，溫度降低有利于反應(yīng)選擇率的增加；（3）當(dāng)E1=E2時(shí)，選擇率與溫度無(wú)關(guān)。見(jiàn)圖3-15.即：提高溫度有利于活化能高的反應(yīng)，降低溫度有利于活化能低的反應(yīng)。3.4.4、平行反應(yīng)選擇率的濃度效應(yīng)由（1）當(dāng)n1>n2時(shí)，反應(yīng)選擇率隨濃度升高而增大；（2）當(dāng)n1<n2時(shí)，反應(yīng)選擇率隨濃度降低而增大；（3）當(dāng)n1=n2時(shí)，選擇率與濃度無(wú)關(guān)。即：提高反應(yīng)物濃度有利于級(jí)數(shù)高的反應(yīng)，降低反應(yīng)物濃度有利于級(jí)數(shù)低的反應(yīng)。見(jiàn)圖3-16.3.5、理想間歇反應(yīng)器中的均相串聯(lián)反應(yīng)各組分的速率方程分別為：3.5.1串聯(lián)反應(yīng)的反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度分布設(shè)串聯(lián)反應(yīng)均為一級(jí)反應(yīng)（2）（1）積分（1）式得：將上式代入（2）式得：(3-103)初始條件：解此一階線形微分方程得：（3-104）※附:對(duì)一階線形微分方程其通解：（3-104）根據(jù)物料衡算有：17

各組份濃度隨時(shí)間的變化曲線如上圖所示。①反應(yīng)組份A的濃度隨反應(yīng)的進(jìn)行單調(diào)下降；②串聯(lián)副產(chǎn)物S的濃度隨反應(yīng)的進(jìn)行單調(diào)上升；③中間產(chǎn)物P的濃度開(kāi)始隨著反應(yīng)的進(jìn)行而不斷增大，后期減小，在Cp～t曲線上存在最大值.3.5.2、串聯(lián)反應(yīng)的選擇率和收率串聯(lián)反應(yīng)的選擇率可表示為：據(jù)收率的定義：當(dāng)CP0=0