化工基礎理論第6章工業(yè)化學反應過程及反應器

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1、 In a triangle bottle or beaker， a chemical reaction process may be carried out under the conditions of the same temperature and the same concentration. Then， the kinetics can be called micro-kinetics of reaction or intrinsic reaction kinetics. If a chemical reaction process is being carried out in

2、an industrial reactor， temperature and concentration may not be uniform profile because they are hard to be kept at the same in different time， and its corresponding kinetics can be called macro-kinetics of reaction or industrial reaction kinetics， whose subject is chemical reaction engineering to s

3、tudy industrial reaction process in coupling reaction and transfer. 第 六 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 物 理 化 學 中 涉 及 的 化 學 反 應 過 程 為 微 觀 化 學 反 應動 力 學 或 本 征 化 學 反 應 動 力 學 ， 而 工 業(yè) 生 產(chǎn) 中 的 化 學反 應 過 程 為 宏 觀 化 學 反 應 動 力 學 或 工 業(yè) 化 學 反 應 動 力學 ； 一 個 化 學 反 應 在 實 驗 室 或 小 規(guī) 模 進 行 時 ，

4、可 以 達到 相 對 比 較 高 的 轉(zhuǎn) 化 率 或 產(chǎn) 率 ， 但 放 大 到 工 業(yè) 反 應 器中 進 行 時 ， 維 持 相 同 的 反 應 條 件 ， 所 得 轉(zhuǎn) 化 率 卻 往 往低 于 實 驗 室 結(jié) 果 ， 究 其 原 因 ， 有 以 下 幾 方 面 ： 大 規(guī) 模 生 產(chǎn) 條 件 下 ， 反 應 物 系 的 混 合 不 可 能 像實 驗 室 那 么 均 勻 。 即 使 在 強 烈 攪 拌 存 在 下 ， 當 反 應 器 的 體 積 比 較 大 時 ， 攪 拌 的 效 果 也 達 不 到 實 驗 室 那 樣 的理 想 狀 況 ； 生 產(chǎn) 規(guī) 模 下 ， 反 應 條 件 不 能 像

5、 實 驗 室 中 那 么 容 易 控制 ， 體 系 內(nèi) 溫 度 和 濃 度 并 非 均 勻 。 如 放 熱 反 應 ， 在 實 驗 室可 以 比 較 容 易 地 通 過 冷 卻 、 水 浴 等 手 段 使 反 應 體 系 的 熱 量移 出 ， 從 而 保 持 溫 度 恒 定 且 處 處 相 等 ； 而 生 產(chǎn) 規(guī) 模 時 ， 通過 換 熱 方 式 移 走 放 出 的 熱 量 ， 反 應 體 系 內(nèi) 部 仍 存 在 較 大 的溫 度 梯 度 ， 反 應 只 能 控 制 在 相 對 的 一 個 溫 度 范 圍 內(nèi) 進 行 。由 此 ， 致 使 工 業(yè) 反 應 器 內(nèi) 的 濃 度 也 表 現(xiàn) 出 非

6、 均 勻 性 ； 生 產(chǎn) 條 件 下 ， 反 應 體 系 多 維 持 在 連 續(xù) 流 動 狀 態(tài) ， 反應 器 的 構(gòu) 型 以 及 器 內(nèi) 流 動 狀 況 、 流 動 條 件 對 反 應 過 程 有 極大 的 影 響 。 反 應 器 的 結(jié) 構(gòu) 不 同 ， 反 應 物 料 質(zhì) 點 流 經(jīng) 反 應 器的 時 間 就 會 不 一 樣 ， 有 的 停 留 時 間 長 ， 有 的 可 能 一 進 反 應器 就 很 快 地 離 開 了 ， 工 業(yè) 反 應 器 內(nèi) 存 在 一 個 停 留 時 間 分 布 。 總 之 ， 工 業(yè) 反 應 器 中 實 際 進 行 的 過 程 不 但 包 括 化 學 反應 ，

7、還 伴 隨 有 各 種 物 理 過 程 ， 如 熱 量 的 傳 遞 、 物 質(zhì) 的 流 動 、 混 合 和 傳 遞 等 ， 這 些 傳 遞 過 程 顯 著 地 影 響 著 反 應 的 最 終 結(jié)果 ， 這 就 是 工 業(yè) 規(guī) 模 下 的 反 應 過 程 的 特 征 所 在 。 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(chǎn) 規(guī) 模 下 的 化 學 反 應 過 程 和 設備 內(nèi) 的 反 應 -傳 遞 藕 合 規(guī) 律 ， 它 應 用 化 學 熱 力 學 和 動 力 學 知識 ， 結(jié) 合 流 體 流 動 、 傳 熱 、 傳 質(zhì) 等 傳 遞

8、 現(xiàn) 象 ， 進 行 工 業(yè) 反應 過 程 分 析 、 反 應 器 的 選 擇 和 設 計 及 反 應 技 術(shù) 的 開 發(fā) ， 并研 究 最 佳 的 反 應 操 作 條 件 ， 以 實 現(xiàn) 反 應 過 程 的 最 優(yōu) 操 作 和控 制 。 數(shù) 學 模 擬 法 所 采 用 的 數(shù) 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(lián) 立 代 數(shù) 方 程 、 微分 方 程 或 積 分 方 程 組 。 二 十 世 紀 50年 代 以 來 ， 電 子 計 算 機 的 迅 猛 發(fā) 展 ， 使 得 數(shù) 學 模 型 的 數(shù) 值 計 算

9、 易 于 進 行 ， 數(shù) 學 模型 法 才 得 以 迅 速 發(fā) 展 。3. 工 業(yè) 反 應 器 簡 介 (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 。 (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 。 一 般 用 于 小 批 量 、多 品 種 的 液 相 反 應 系 統(tǒng) ， 如 ： 制 藥 、 染 料 等 精 細 化 工 生 產(chǎn) 過 程 。 連 續(xù) 操 作 攪 拌 釜 物 料 連 續(xù) 流 動 的 攪 拌 釜 式 反 應 器 。

10、 常 用 于 均 相 、 非 均 相的 液 相 系 統(tǒng) ， 如 ： 合 成 橡 膠 等 聚 合 反 應 過 程 。 它 既 可 以 單 釜 連 續(xù) 操 作 ， 也 可 以多 釜 串 聯(lián) 操 作 。 連 續(xù) 操 作 管 式 反 應 器 主 要 用 于 大 規(guī) 模 的 流 體 參 加 的 反 應 過 程 。 如 ： 石 腦油 裂 解 、 高 壓 聚 乙 烯 等 。 固 定 床 反 應 器 反 應 器 內(nèi) 填 放 固 體 催 化 劑 顆 粒 ， 在 流 體 反 應 物 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(chǎn) 等

11、 。 流 化 床 反 應 器 與 固 定 床 反 應 器 中 固 體 介 質(zhì) 固 定 不 動 正 相 反 ， 此 處 固 相 介質(zhì) 做 成 較 小 的 顆 粒 ， 當 流 體 通 過 床 層 時 ， 固 相 介 質(zhì) 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(zhì) 效率 的 氣 固 相 催 化 反 應 ， 如 ： 石 油 的 催 化 裂 化 、 丙 烯 氨 氧 化 ， 以 及 固 相 的 氧 化 、脫 水 、 分 解 等 非 催 化 反 應 過 程 。 鼓 泡 床

12、反 應 器 這 是 一 種 塔 式 結(jié) 構(gòu) 的 氣 一 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 ， 其 中 進 行 的 反 應 更 是 多 種 多 樣 ，限 于 篇 幅 ， 本 章 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 ， 并 對 工 業(yè) 中 常 用 的 非 均 相 反 應 器 一 氣固 相 催 化 反 應 器 的 結(jié) 構(gòu) 、 特 征 及 選 擇 進 行 簡 介 。 4. 反

13、 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 的 生 產(chǎn) 能 力 ， 即 完 成 一 定 生產(chǎn) 任 務 所 需 反 應 器 的 體 積 。 對 于 等 溫 反 應 器 ， 使 用 物 料 衡 算 便 可 描 述反 應 器 內(nèi) 的 流 動 狀 況 ， 并 與 反 應 器 中 具 體 反 應 的 動 力 學 結(jié) 合 ， 從 而 獲得 將 原 料 和 產(chǎn) 品 組 成 、 產(chǎn) 量 和 反 應 速 度 相 互 聯(lián) 系 起 來 的 關 聯(lián) 式 ， 即 反應 器 的 基 本 計 算 方 程 ， 也 就 是 反 應 器 的 數(shù) 學 模 型 。 由 此 ，

14、 可 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(chǎn) 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 速 率 =引 出 速 率 +反 應 消 耗 速 率 +積 累 速 率 (6-1) 根 據(jù) 反 應 器 的 操 作 方 法 不 同 ， 上 式 可 簡 化 為 下 列 兩 種 情 況 。 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 速 率 =引 出 速 率 +反 應 消 耗 速 率

15、(6-3) 反 應 器 中 的 物 料 衡 算 ， 往 往 選 定 某 一 組 分 為 基 準 。 而 衡 算 范 圍 要根 據(jù) 反 應 器 形 狀 和 流 動 狀 態(tài) 確 定 。 對 于 反 應 物 呈 均 勻 分 布 的 反 應 器 ，衡 算 可 就 整 個 反 應 器 進 行 ； 對 反 應 物 分 布 不 均 勻 的 反 應 器 ， 則 選 取 反應 器 中 的 一 個 體 積 微 元 進 行 衡 算 ， 然 后 在 整 個 反 應 器 范 圍 內(nèi) 進 行 積 分 。 Froment的 觀 點 ： 取 足 夠 小 的 點 為 系 統(tǒng)O內(nèi) (溫 度 T、 濃 度 Ci均 勻 的 空 間

16、) 物 料 、 熱 量 衡 算 Inlet = Outlet + Consumption + Accumulation 引 入 = 引 出 + 反 應 消 耗 + 積 累 將 反 應 器 中 每 一 點 的 情 況 加 和 起 來 ， 就 形 成 了 整 個 反 應 器 中 的情 況熱 化 學 反 應 方 程 ： aA + bB = rR + sS + (-H)化 學 反 應 速 率 (定 義 式 和 表 達 式 )限 定 反 應 物 轉(zhuǎn) 化 率 生 產(chǎn) 能 力 (容 積 效 率 )選 擇 性 產(chǎn) 品 分 布 (產(chǎn) 品 收 率 )化 學 反 應 進 程 =(Ci - Ci0)/i化 學 計 量

17、 計 算 6.2 理 想 流 動 反 應 器 及 其 計 算1. 間 歇 攪 拌 釜 式 反 應 器 (Batch Stired Tank Reactor 或 Batch Reactor) (1)結(jié) 構(gòu) 與 操 作 特 點 結(jié) 構(gòu) 罐 操 作 特 點 加 料 、 反 應 、 出 料 、 清 洗 Exit Reaction Exit Clean (2)反 應 器 計 算 反 應 時 間 t 在 取 體 系 中 ， 進 行 反 應 物 A物 料 衡 算 可 得 ： 0=0 + (-r A)VR + dnA/dt 或 (6-6) 輔 助 時 間 t 單 位 時 間 內(nèi) 物 料 處 理 體 積 qv,

18、0 Afx AR AAt rV dxndtt 000 )( 反 應 器 體 積 有 效 反 應 器 體 積 ： VR = qV,0(t + t) (6-7) 實 際 反 應 器 體 積 ： VT = VR/ (6-8) 裝 料 系 數(shù) ， 根 據(jù) 經(jīng) 驗 選 定 ， 一 般 為 0.4 0.8。 對 不 發(fā)生 泡 沫 、 不 沸 騰 的 液 體 ， 取 上 限 。 例 6-1 在 間 歇 攪 拌 釜 式 反 應 器 中 進 行 如 下 分 解 反 應 A B + C 已 知 ： 在 328K時 k=0.00231s -1， 反 應 物 A的 初 始 濃 度 為1.24kmolm-3， 要 求

19、A的 轉(zhuǎn) 化 率 達 到 90%。 又 每 批 操 作 的 輔助 時 間 30min， A的 日 處 理 量 為 14m3， 裝 料 系 數(shù) 為 0.75， 試求 反 應 器 的 體 積 。 2. 活 塞 流 反 應 器 (Plug Flow Reactor) (1)結(jié) 構(gòu) 和 操 作 特 點 結(jié) 構(gòu) 管 操 作 特 點 連 續(xù) 穩(wěn) 定 平 推 流 動 (2)反 應 器 計 算 在 所 取 體 系 中 ， 進 行反 應 物 A的 物 料 衡 算 可得 ： qn,A = qn,A + dqn,A + (-rA)dVR + 0 而 qn,A = qn,A,0(1-xA) = qV,0CA,0(1-

20、xA) 由 上 述 方 程 ， 可 得 ： fAR fAn An x AAAVV qq A AnRR rdxCqrdqdVV , 0, 00,0,0 , )()( (6-10)或 fAx AAAV rdxCq ,00,0,R )(V)(空 間 時 間 (6-11) 其 中 ， 稱 作 空 間 時 間 ， 定 義 為 反 應 物 料 以 入 口 狀 態(tài) 體積 流 量 通 過 反 應 器 所 需 的 時 間 ； 對 恒 容 過 程 ， 又 稱 為 停 留時 間 ， 指 物 料 粒 子 從 進 入 到 流 出 反 應 器 所 需 要 的 時 間 。 3. 全 混 流 反 應 器 (Continuou

21、s Stired Tank Reactor) (1)結(jié) 構(gòu) 和 操 作 特 點 結(jié) 構(gòu) 罐 操 作 特 點 連 續(xù) 穩(wěn) 定 完 全 混 合 流 動 (2)反 應 器 計 算 在 所 取 體 系 中 ， 進 行 反應 物 A的 物 料 衡 算 可 得 ： qn,A,0 = qn,A,f + (-rA,f)VR而 qn,A,f = qn,A,0 (1-xA,f) q n,A,0 = qV,0CA,0整 個 有 效 反 應 器 體 積 中 ， T和 Ci均 為 常 數(shù) ； 所 以 據(jù) 上 述 方 程 可 得 ： )()( , ,0,0, ,0, fA fAAVfA fAAnR r xCqr xqV

22、)(V)( , ,0,0,R fA fAAV r xCq 空 間 時 間 (6-13)或恒 容 過 程 中 ， qV = qV,0， 則 )(V)( , ,0,0,R fA fAAV r CCq 空 間 時 間 (6-15) 由 于 物 料 粒 子 在 全 混 流 反 應 器 中 停 留 時 間 各 不 相 同 ，所 以 式 中 的 為 平 均 停 留 時 間 。 例 6-2 在 反 應 器 中 進 行 如 下 分 解 反 應 A B + C 已 知 ： 在 328K時 k=0.00231s -1， 反 應 物 A的 初 始 濃 度 為1.24kmolm-3， 要 求 A的 轉(zhuǎn) 化 率 達 到

23、 90%。 若 采 用 活 塞 流反 應 器 ， 反 應 器 容 積 應 為 多 少 m3？ 若 采 用 全 混 流 反 應 器 ，反 應 器 容 積 應 為 多 少 m3？ 假 設 本 題 中 的 物 料 處 理 量 與 例 6-1中 的 相 同 。 解 ： qV,0 = 14/24 0.583(m3h-1)， CA,0 = 1.24(kmolm-3)， k=0.00231s-1， xA,f = 90% 活 塞 流 反 應 器 據(jù) (6-11)式 ， 可 得 ： 996.8(s) 9.01 1ln00231.0 11 1ln1 )1()(V , 0 0,0,00,0,R , fA x AA

24、AAx AAAV xk xCk dxCrdxCq fAfA )0.16(m 3600/8.996358.0 3.0, VR qV 全 混 流 反 應 器 據(jù) (6-13)式 ， 可 得 ： 3896.1(s) )9.01(00231.0 9.0)1( )1()(V , 0, ,0,0,0,R fAfA AA fAAA fAAV xk x xCk xCrxCq )0.63(m 3600/1.3896358.0 3.0, VR qV 因 而 ， 在 相 同 的 生 產(chǎn) 條 件 、 物 料 處 理 量 和 最 終 轉(zhuǎn) 化 率下 ， 全 混 流 反 應 器 所 需 容 積 要 比 活 塞 流 反 應

25、器 的 容 積 大 得多 。 4. 多 釜 串 聯(lián) 反 應 器 (Multi-mixed Flow Reactor) (1) 結(jié) 構(gòu) 和 操 作 特 點 結(jié) 構(gòu) 多 個 釜 串 聯(lián) 其 中 每 個 釜 都 相 當 于 一 個 CSTR或 MFR 操 作 特 點 每 個 釜 中 連 續(xù) 穩(wěn) 定 全 混 流 動 ； 反 應 器 之 間 ， 流 體 不 相 互 混 合 。 (2)反 應 器 計 算 為 了 不 失 一 般 性 ， 取 第 i個 反 應 器 進 行 物 料 衡 算 qn,A,i-1 = qn,A,i + (-rA,i)VR,i + 0 而 qn,A,i-1 = qn,A,0(1-xA,

26、i-1) = qV,0CA,0(1-xA,i-1) qn,A,i = qn,A,0(1-xA,i) = qV,0CA,0(1-xA,i)結(jié) 合 上 面 的 關 系 式 ， 可 得 ： )(C )( )(V)( , ,1, , 1,0,0,R iA iAiA iA iAiAAV r C r xxCq 等 容 時空 間 時 間 (6-17)(6-18) 代 數(shù) 法 一 級 反 應 A R (-rA) = kCA 在 恒 容 反 應 時 ， 依 據(jù) (6-17)式 ， 有 ： iiiAiAiAi iAiAi kCCCk CC 1, 1, ,1, 或把 上 關 系 代 入 反 應 釜 1， 2， ，

27、N， 可 得 ： NNNANAAAA A kCC kCC kCC 111 , 1, 222,1, 111,0, (6-19) 分 別 將 上 等 式 左 右 兩 端 相 乘 ， 可 得 ： Ni ii NNNAA k kkkCC 1 2211,0, )1( )1()1()1( 或或 Ni iiANi iiANA kCkCC 10,10, )1( 1)1(/ Ni iiNAANA kCCx 1,0, )1( 111 在 各 釜 體 積 相 等 、 溫 度 相 等 時 ， )( 0,1 ,0,21 VNi iRVRSN qVqVN Nkkk 21 則 NNSNA Nkkx 1 111 11,或 N

28、xk NNAS 11 11 1,或 )1ln( )1ln( , SNAkxN 二 級 反 應 A R (-rA) = kCA2 或 01,2, iAiAiAii CCCk 解 之 ， 可 得 ： ii iAiik CkiCA 2411, 1, (根 據(jù) 合 理 性 ，略 去 負 根 ) (6-22)(6-23)(6-24) 圖 解 法 將 方 程 (6-17)改 寫 為 下 式 操 作 線 方 程_)( 1, iiAi iAiA CCr (6-25)化 學 實 驗 確 定 的 本 征 動 力 學 關 系 為)()( AA Cfkr 采 用 已 知 的 點 (CA,i-1， 0)和 斜 率 -1

29、/i， 在 CA-(-rA)直角 坐 標 圖 中 做 操 作 線 方 程 ， 可 得 下 圖 ： 例 在 多 釜 串 聯(lián) 反 應 器 中 進 行 如 下 水 解 反 應N=1時 ：(全 混 流 ) 0.7917 1038.01 111 11 1 111 11, k Nkkx NNSNA 已 知 ： 在 313K時 k=0.380min-1， 若 反 應 釜 的 總 容 積 為2m3， A的 處 理 量 為 0.2m3min-1， 試 求 在 不 同 個 等 容 、 等 溫釜 中 進 行 反 應 時 的 轉(zhuǎn) 化 率 。解 ： 空 間 時 間 = VR/qV,0= 2/0.2 = 10(min)

30、根 據(jù) (6-22)式 ， 可 得 ： N=2 xA,f = 0.8811N=3 xA,f = 0.9141N=4 xA,f = 0.9308 N=10 xA,f = 0.9601 N xA,f = 1- e-k= 0.9776(平 推 流 ) kkkNN NNfANfA eNk NkxN 11lim 11 1 11limlimx ,時 ，在 6.3 理 想 反 應 器 的 評 比 與 選 擇 由 上 一 節(jié) 的 教 學 內(nèi) 容 可 知 ： 相 同 的 反 應 、 相 同 的 初 始條 件 ， 但 在 不 同 類 型 的 (結(jié) 構(gòu) 和 操 作 方 法 )反 應 器 中 進 行 時 ，最 后 的

31、 反 應 結(jié) 果 卻 不 同 ； 為 什 么 會 產(chǎn) 生 這 樣 的 差 別 呢 ？ 本節(jié) 將 從 生 產(chǎn) 強 度 和 產(chǎn) 品 收 率 兩 個 方 面 ， 進 一 步 深 入 地 探 討這 類 的 問 題 。 1. 理 想 反 應 器 的 評 比 (1)返 混 每 個 流 體 BSTR或 BR PFR MFR或 CSTR MMFR或 n-CSTR 質(zhì) 點 的 都 相 同 都 相 同 經(jīng) 歷 不 同反 應 經(jīng) 歷定 量 定 義 0 0 定 義 ： 在 反 應 器 中 ， 不 同 停 留 時 間 的 物 料 質(zhì) 點 在 同 一空 間 上 的 混 合 ； 它 包 含 了 兩 重 意 義 ： 時 間

32、觀 念 上 的 混 合 空 間 概 念 上 的 混 合 ； 也 可 以 稱 為 “ 逆 向 混 合 ” 。 (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 應器 內(nèi) 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- CA*

33、 = dCA， 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 6-7是 各 種 連 續(xù) 反 應 器 濃 度 的 變 化 曲 線 。 根 據(jù) 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 明 顯 的 看 出 ， 在 相 同 的 生 產(chǎn) 任 務 下 ， 活 塞 流 反 應 器 的 濃 度 推 動 力 大 于 全 混 流 反 應 器 的 推 動 力 ， 而 多 釜 串 聯(lián) 反應 器 的 推 動 力 介 于 二 者 之 間 。 (3) 反 應 器 體 積 的 比 較 間

34、歇 攪 拌 釜 式 反 應 器 與 活 塞 流 反 應 器 在 6.2中 已 述 及 ， 這 兩 種反 應 器 在 構(gòu) 造 上 和 物 料 流 況 上 都 不 相 同 ， 但 它 們 卻 具 有 相 同 的 反 應 時 間 或 (有 效 )體 積 計 算 式 。 究 其 根 源 ， 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(nèi) 濃 度 隨 時 間 改 變 ， 活 塞 流 反 應 器 內(nèi) 的 濃度 則 隨 空 間 位 置 (管 長 )而 改 變 ， 兩 者 反 應 推 動 力 呈 現(xiàn) 出 相 同 的 分 布 ，反 應 器 內(nèi) 反 應 速

35、 率 相 同 。 因 此 ， 相 同 生 產(chǎn) 條 件 下 ， 完 成 一 定 的 任 務 ，所 需 反 應 時 間 或 (有 效 )體 積 相 同 。 然 而 ， 間 歇 操 作 反 應 器 除 了 反 應 時 間 之 外 ， 還 要 有 輔助 時 間 ， 這 樣 它 所 需 的 實 際 反 應 器 體 積 要 大 于 活 塞 流 反 應器 。 換 言 之 ， 連 續(xù) 的 活 塞 流 反 應 器 比 間 歇 的 攪 拌 釜 式 反 應器 的 生 產(chǎn) 能 力 要 大 ， 完 成 一 定 任 務 所 需 實 際 反 應 器 體 積 要小 ， 即 連 續(xù) 操 作 帶 來 生 產(chǎn) 的 強 化 。 連

36、續(xù) 反 應 器 的 比 較 由 于 存 在 返 混 ， 全 混 流 反 應 器新 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 ， 并 等 于 出 口 濃 度 ， 即 器 內(nèi) 反 應 推 動 力 或 反 應 速 率 一 直處 于 最 小 ； 而 活 塞 流 反 應 器 中 反 應 物 的 濃 度 則 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(nèi) 的 反 應 速 率 總 是 高 于 全 混 流 反 應 器 。因 而 ， 在 相 同 生 產(chǎn)

37、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 ， 定 義 同 一 反 應 、 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 。 fAA x AAfA fAfA fAA x AAACPCR PR rdxxrr xC rdxCVV ,0, ,0, 00, )()()( )( (6-28) 零 級 反 應 ， (-rA)=k， 即 反 應 速 率 與 濃 度 無 關 。 代 入 (2-

38、28)式 ， 有 1, CR PRVV (6-29) 一 級 反 應 ， (-rA)=kCA=kCA,0(1-xA)， 代 入 (6-28)式 并化 簡 ， 得 fAfA fACR PR xxxVV , , 1 1ln1 (6-30) n級 反 應 (n0或 n1)， (-rA)=kCAn=kCA,0n(1-xA)n， 代入 (6-28)式 并 化 簡 ， 得 1111 1, , n xxxVV nfAfA fACR PR (6-31) 圖 6-8顯 示 了 容 積 效 率 與 轉(zhuǎn) 化 率 、 反 應 級 數(shù) 之 間 的 關系 。 從 圖 可 得 出 如 下 結(jié) 論 ： 轉(zhuǎn) 化 率 的 影 響

39、 零 級 反 應 ， 轉(zhuǎn) 化 率 對 容 積 效 率 無 影響 。 其 它 正 級 數(shù) 反 應 的 容 積 效 率 都 小 于 1， 一 定 反 應 級 數(shù)下 ， 轉(zhuǎn) 化 率 越 大 ， 容 積 效 率 越 小 。 也 就 是 說 ， 全 混 流 反應 器 所 需 容 積 要 遠 大 于 活 塞 流 反 應 器 的 容 積 。 反 應 級 數(shù) 的 影 響 轉(zhuǎn) 化 率 一 定 時 ， 反 應 級 數(shù) 越 大 ，容 積 效 率 越 小 ， 即 兩 種 反 應 器 的 容 積 差 別 越 大 ， 換 言 之 ，對 于 級 數(shù) 大 的 反 應 ， 如 用 全 混 流 反 應 器 ， 則 需 要 更 大

40、 的有 效 容 積 。 但 這 種 差 別 在 小 轉(zhuǎn) 化 率 時 ， 并 不 顯 著 。 采 用 多 個 全 混 流 反 應 器 串 聯(lián) 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(zhuǎn)化 率 所 需 的 反 應 器 體 積 小 。 反 應 器 串 聯(lián) 釜 數(shù) 越 多 ， 各 級反 應 器 中 反 應 物 濃 度 之 間 的 差 別 越 小 ， 當 N 時 ， 多釜 串 聯(lián) 反 應 器 的 反 應 物 濃 度 的 變

41、 遷 趨 近 于 活 塞 流 反 應 器 ， 其 體 積 也 趨 近 活 塞 流 反 應 器 的 體 積 。 關 于 多 釜 串 聯(lián) 反 應 器 釜 數(shù) N對 其 總 容 積 的 影 響 ， 也 可 通 過 容 積 效率 進 行 類 似 的 比 較 。 圖 6-9表 示 了 釜 數(shù) 與 容 積 效 率 之 間 的 關 系 。 由 圖 中可 以 看 出 ， 釜 數(shù) 越 多 ， 容 積 效 率 越 大 ， 其 總 容 積 越 接 近 活 塞 流 反 應 器 ；當 N 時 ， 容 積 效 率 等 于 1， 其 性 能 與 活 塞 流 反 應 器 完 全 一 樣 。 盡 管反 應 器 釜 數(shù) 越 多

42、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(shù) 越 多 越 好 。 從 圖 可 見 ， 釜 數(shù) 增 大 到 一 定 程 度 以 后 ， 再 增 加 釜數(shù) ， 其 反 應 器 總 體 積 的 減 小 已 不 明 顯 。 另 外 ， 釜 數(shù) 增 多 ， 材 料 費 用 和加 工 成 本 增 加 ， 操 作 管 理 復 雜 ， 經(jīng) 濟 上 并 非 合 理 。 因 此 實 際 工 業(yè) 生 產(chǎn)過 程 中 ， 一 般 常 用 的 釜 數(shù) 不 超 過 4個 。 總 的 來 講 ， 在 相 同 的 反 應 條 件 、 反 應 轉(zhuǎn) 化 率 及 物 料 處

43、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(lián) 居 中 。 如 果 要 求 反 應 時 間 及 反 應 轉(zhuǎn) 化 率 相 同 ，以 活 塞 流 反 應 器 生 產(chǎn) 能 力 最 大 ， 多 釜 次 之 ， 全 混 流 最 小 。 2. 濃 度 對 可 逆 反 應 的 影 響 可 逆 反 應 又 稱 為 對 峙 反 應 ， 它 是 指 那 些 正 方 向 和 逆 方 向 同 時 以 顯 著 速率 進 行 的 一 類 反 應 。 對 單 分 子 的 一 級 可 逆 反 應（ -rA) = k1 CA k2 CP當 反 應 達 到

44、 平 衡 時 ， AeAeAe AeAAePe xxC CCCCkkK 1021 若 在 反 應 系 統(tǒng) 中 ， 除 了 反 應 物 A和 產(chǎn) 物 P外 ， 還 有 不 發(fā) 生 化 學 反 應 的 惰性 組 分 I， 它 們 的 濃 度 分 別 用 C A、 CP和 CI表 示 。 若 設 總 濃 度 為 CT = CA+ CP+ CI， 則 CP = CT - CA- CI； 把 這 一 結(jié) 果 代 入 速 率式 ， 可 得 ：（ -rA) = k1 CA k2 CP= k1 CA k2 (CT - CA- CI) =(k1+ k2) CA k2 (CT - CI) 在 達 到 平 衡 時

45、， 有 ： （ -rA) = 0 和 CA = CAe ; 因 此 ，CAe = CA 0 ( 1 xAe) k2 (CT - CI) = (k1+ k2) CAe所 以 ， （ -rA) = (k1+ k2) ( CA CAe) 對 于 定 容 過 程 ， 有 ：CA = CA 0 ( 1 xA) 和所 以 ， （ -rA) = (k1+ k2) CA0 ( xAe xA)討 論 ： 與 簡 單 反 應 一 樣 ， 返 混 程 度 增 大 不 利 于 可 逆 反 應 過 程 ； 且 隨 著 平 衡 轉(zhuǎn) 化率 的 升 高 ， 會 進 一 步 加 劇 返 混 對 化 學 反 應 過 程 的 不

46、良 影 響 ； 為 了 提 高 平 衡 轉(zhuǎn) 化 率 x Ae的 數(shù) 值 ， 當 多 個 反 應 物 進 行 反 應 時 ， 可 提 高 某一 非 著 眼 反 應 物 的 濃 度 ； 這 時 著 眼 反 應 物 的 平 衡 轉(zhuǎn) 化 率 將 有 所 提 高 。 當 然 ，提 高 非 著 眼 反 應 物 的 濃 度 勢 必 降 低 著 眼 反 應 物 的 濃 度 。 因 此 這 是 互 相 矛 盾 的 ，但 可 以 權(quán) 衡 得 失 ， 進 行 優(yōu) 化 。 SO2 + O2 (空 氣 ） SO3 在 循 環(huán) 過 程 中 ， 故 意 降 低 轉(zhuǎn) 化 率 xA， 反 應 后 通 過 分 離 提 純 的 手

47、 段 以 獲 得合 格 產(chǎn) 品 ； 至 于 未 反 應 的 反 應 物 則 返 回 系 統(tǒng) 重 新 利 用 。 3. 濃 度 對 自 催 化 反 應 的 影 響 所 謂 自 催 化 反 應 指 的 是 反 應 產(chǎn) 物 對 反 應 本 身 具 有 催 化作 用 ， 能 加 速 反 應 的 進 行 。 工 業(yè) 上 氨 基 甲 酸 銨 分 解 為 尿 素和 水 的 反 應 ， 就 是 自 催 化 反 應 。 本 反 應 生 成 的 水 是 分 解 反應 的 催 化 劑 。 在 自 催 化 反 應 中 ， 反 應 速 率 既 受 反 應 物 濃 度的 影 響 ， 又 受 反 應 產(chǎn) 物 濃 度 的 影

48、 響 。 自 催 化 反 應 可 表 示 為PA P 在 反 應 初 期 ， 雖 然 反 應 物 A的 濃 度 很 高 ，但 催 化 劑 反 應 產(chǎn) 物 P的 濃 度 很 低 ， 故 反 應速 率 不 高 。 在 此 以 后 ， 反 應 速 率 越 來 越 快 。而 在 反 應 后 期 ， 雖 然 催 化 劑 越 來 越 多 ， 但 因反 應 物 濃 度 越 來 越 低 ， 因 此 反 應 速 率 越 來 越 慢 。 由 此 可 見 ， 自 催 化 反 應 在 反 應 過 程 中 必定 會 有 一 個 最 大 反 應 速 率 出 現(xiàn) 。 如 圖 8-15所示 。 針 對 自 催 化 反 應 的

49、 上 述 特 性 ， 結(jié) 合 反 應 器的 操 作 特 點 ， 可 以 選 擇 最 佳 的 生 產(chǎn) 方 案 。 例 8-5 有 自 催 化 反 應 ， 在 進 料 中 含 有 99%的 A和 1%的 P，要 求 產(chǎn) 物 組 成 達 到 含 有 90%的 P和 10%的 A。 已 知 ： (-rA) = kCACP k=1m3kmol-1min-1 CA,0 + CP,0 = 1kmolm-3 試 求 ： (1)在 平 推 流 反 應 器 中 達 到 反 應 要 求 所 需 的 空 間 時 間 P； (2)在 同 樣 的 操 作 條 件 下 ， 全 混 流 反 應 器 中 達 到 反 應 要 求

50、 所 需 的 空 間時 間 S； (3)若 允 許 采 用 不 同 型 式 反 應 器 的 組 合 ， 設 想 一 最 佳 方 案 。 解 ： (1)求 平 推 流 反 應 器 的 P， 本 題 可 以 通 過 作 圖 法 求解 ， 先 由 已 知 條 件 算 出 下 表 數(shù) 據(jù) ：PA P C A/(kmolm-3) 0.99 0.95 0.90 0.70 0.50 0.30 0.10 CP/(kmolm-3) 0.01 0.05 0.10 0.30 0.50 0.70 0.90(-rA)/(kmolm-3min-1) 0.0099 0.0475 0.09 0.21 0.25 0.21 0.

51、09 /(kmol-1m3min) 101.01 21.05 11.11 4.76 4.00 4.76 11.11)( 1Ar 即 可 按 (8-5)式 計 算 fAACC AArdC, 0, )()( 1Ar在 對 CA的 圖 8-16上 積 分 求 解 得 P= 6.8min(2) 全 混 流 反 應 器 的 S可 按 (8-7)式 計 算(min)9.99.01.01 1.099.0)( 0,0, PA AA A AAS CCk CC r CC (3)最 佳 方 案 從 圖 8-16可 以 看 出 ， 在 出 口 濃 度 要 求 達 到CA=0.1 kmolm-3時 ， 已 大 大 超

52、過 了 最 大 反 應 速 率 (曲 線 的 最低 點 )相 應 的 濃 度 。 因 而 最 佳 的 操 作 方 案 應 該 是 先 用 一 個全 混 流 反 應 器 在 最 大 速 率 下 反 應 ， 出 口 濃 度 為 CA。 然 后接 一 個 平 推 流 反 應 器 從 CA到 0.1 kmolm-3 。 圖 8-17(A)顯 示了 這 一 組 合 方 案 。 通 過 計 算 =P+S= 2.2 + 2 = 4.2(min) 還 可 以 設 想 另 一 種 生 產(chǎn) 方 式 ， 如 圖 8-17(B)所 示 。 用 一 個 全 混 流 反應 器 在 最 大 反 應 速 率 的 條 件 下

53、操 作 ， 使 反 應 物 濃 度 從 0.99kmolm-3降 至CA。 然 后 將 得 到 的 CA和 未 反 應 的 R通 過 分 離 的 方 法 獲 得 符 合 要 求 的 產(chǎn)品 。 未 反 應 的 R則 返 回 反 應 器 循 環(huán) 使 用 。 在 實 際 生 產(chǎn) 中 究 竟 選 用 哪 種方 式 ， 要 通 過 經(jīng) 濟 核 算 來 判 定 。 計 算 表 明 ， 對 于 自 催 化 反 應 ， 利 用 全 混 流 反 應 器 在 反 應 過 程 中 濃度 和 溫 度 不 隨 時 間 而 改 變 的 特 性 ， 可 使 反 應 始 終 在 最 大 反 應 速 率 的 條件 下 進 行

54、。 從 而 用 最 少 的 反 應 時 間 或 最 小 的 反 應 器 容 積 得 到 最 大 的 經(jīng)濟 效 益 。 由 此 可 知 ， 在 化 學 反 應 過 程 中 ， 各 種 反 應 器 各 有 自 己 的 特 性 ，無 所 謂 好 或 者 壞 ， 只 有 將 反 應 器 的 傳 遞 特 性 與 反 應 特 性 相 結(jié) 合 時 ， 才會 有 好 的 結(jié) 合 或 者 壞 的 結(jié) 合 之 分 。 4. 理 想 反 應 器 的 選 擇 前 面 討 論 的 返 混 對 反 應 (簡 單 反 應 、 自 催 化 反 應 和 可 逆 反 應 )的 影 響 ， 主 要 討 論 濃 度 對 化 學 反

55、應 速 率 的 影 響 ； 本 節(jié) 將 討 論 濃度 對 復 雜 反 應 的 影 響 。 連 串 反 應平 行 反 應復 雜 反 應 可 逆 反 應雙 向 反 應 自 催 化 反 應簡 單 反 應單 向 反 應化 學 反 應 進 入 反 應 器 的 反 應 物 量轉(zhuǎn) 化 的 反 應 物 量轉(zhuǎn) 化 率 （ )x 反 應 物 的 消 耗 速 率目 的 產(chǎn) 物 的 生 成 速 率）瞬 時 選 擇 性 （ 轉(zhuǎn) 化 的 反 應 物 量 物 量轉(zhuǎn) 化 為 目 的 產(chǎn) 物 的 反 應）總 選 擇 性 （ 11 復 雜 反 應 ，簡 單 反 應 ，進 入 反 應 器 的 反 應 物 量物 量轉(zhuǎn) 化 為 目 的

56、 產(chǎn) 物 的 反 應）收 率 （ x （ 僅 討 論 反 應 速 率 ）（ 應 討 論 反 應 速 率 和 選 擇 性 ）（ 僅 討 論 反 應 速 率 ） 濃 度 對 反 應 速 率 的 影 響 已 經(jīng) 討 論 過 了 ； 以 下 主 要 討 論 濃 度 對 選 擇性 的 影 響 ， 方 法 有 兩 個 ： 定 性 分 析 法 定 量 計 算 法 ； 但 目 的 只 有 一個 ： 增 加 目 的 產(chǎn) 物 的 收 率 。例 如 ， 費 托 合 成 反 應 ： OnHHCHnCOn nn 2222 反 應 產(chǎn) 物 分 布 ： 目 的 產(chǎn) 物 和 副 產(chǎn) 物 的 組 成 比 例 。操 作 影 響

57、因 素 ： 反 應 物 的 濃 度 、 溫 度 。 反 應 器 的 結(jié) 構(gòu) 類 型 和 操 作 方 法 是 影 響 反 應 物濃 度 分 布 的 主 要 因 素 。反 應 轉(zhuǎn) 化 速 率 ： 一 氧 化 碳 或 氫 的 轉(zhuǎn) 化 速 率 。 OHnOHCHHHnCOn n 222 )1()(2 OHnHCHnCOn nn 2222)12( 4.1.1.1 平 行 反 應 的 瞬 時 選 擇 性平 行 反 應 ： PBA k 1 （ 主 反 應 ） ， （ 目 的 產(chǎn) 物 ）SBA k 2 （ 副 反 應 ） ， （ 副 產(chǎn) 物 ）它 們 的 反 應 速 率 式 為 ： 111 bBaAp CCk

58、r 222 bBaAs CCkr 率轉(zhuǎn) 化 為 副 產(chǎn) 物 的 反 應 速 速 率轉(zhuǎn) 化 為 目 的 產(chǎn) 物 的 反 應瞬 時 選 擇 性 )(4.1.1 濃 度 對 平 行 反 應 的 影 響 212122 11 2121 bbBaaAbBaA bBaASP CCkkCCk CCkrr 稱 為 溫 度 效 應21kk 為 濃 度 效 應2121 bbBaaA CC 等 溫 條 件 下 ， k1, k2為 常 數(shù) ， a1、 a2、 b1、 b2為 常 數(shù) 一 . 定 性 分 析 4.1.1.2 各 種 類 型 反 應 器 中 反 應 物 濃 度 分 布 特 點 4.1.1.3 反 應 器 類

59、 型 和 操 作 方 式 的 選 擇 增 大 。增 加增 加 ，若 ,BA CC選 擇 BR、 PFR、 n-CSTR。 212121 bbBaaA CCkk 當 a1a2， b1b2時 ， 增 大 ，減 小 ， 則、若 BA CC選 擇 A、 B慢 慢 滴 入 間 歇 釜 中 ， PFR（ 加 料 方 式 如 圖 ） 、CSTR（ 加 料 方 式 如 圖 ） 、 加 入 惰 性 稀 釋 劑 。212121 bbBaaA CCkk 當 a1a2， b1a2， b1b2時 ， 當 a1b2時 ， RTEERTE RTE eAAeA eAkk /)(21/2 /121 1221 時 ， 升 溫 ；

60、若 21 EE 降 溫 。若 ,21 EE 更 有 效 的 方 法 是 選 擇 或 開 發(fā) 具 有 高 選 擇 性 的 催化 劑 ， 降 低 主 反 應 的 活 化 能 ， 使 k1增 大 ， 從 而 提 高目 的 產(chǎn) 物 的 選 擇 性 。 當 a1=a2， b1=b2時 一 級 不 可 逆 連 串 反 應 ：4.1.2 濃 度 對 連 串 反 應 的 影 響RAR CkCkr 21 RS Ckr 2 要 控 制 反 應 時 間 （ 或 停 留 時 間 ） ； 選 擇 BR、 PFR 、 n-CSTR。 1 212 21 RAR RASR CCkkCk CkCkrr )()( 21 副 產(chǎn)

61、物目 的 產(chǎn) 物 SRA kk 例 ： 液 相 主 反 應 中 伴 有 副 反 應 ： 3.01 BAp CCkrTPBA 主 反 應 ： 8.15.02 BAS CCkrUSBA 副 反 應 ： 從 有 利 于 產(chǎn) 品 分 布 的 角 度 出 發(fā) ， 將 圖 中 的 操 作 方式 按 最 希 望 方 式 到 最 不 希 望 的 順 序 排 列 。解 ： 5.15.0218.15.02 3.01 BABA BASP CCkkCCk CCkrr 要 使 R的 收 率 大 ， 應 使 值 大 ， 即 濃 度 CA要 大 、 CB要 小 ， 而 CB的 影 響 比 CA大 。 小 ；小 ， BA C

62、C)2( 小 ；大 ， BA CC)3(大 ；大 ， BA CC)4( 大 ；大 ， BA CC)1( 小 。大 、 BA CC)5(所 以 順 序 為 ： （ 3） （ 5） （ 2） （ 4） （ 1） 對 于 平 行 反 應 ， 在 一 定 溫 度 下 ， 濃 度 是 控 制 產(chǎn)物 分 布 的 關 鍵 。 反 應 物 濃 度 大 ， 有 利 于 平 行 反 應 中反 應 級 數(shù) 高 的 反 應 ， 濃 度 小 有 利 于 級 數(shù) 低 的 反 應 ；級 數(shù) 相 同 時 ， 濃 度 不 影 響 產(chǎn) 物 的 分 布 ， 也 就 不 影 響收 率 。 小 結(jié) 對 于 連 串 反 應 ， 為 提

63、高 以 中 間 產(chǎn) 物 為 目 的 產(chǎn) 物的 收 率 時 ， 主 要 是 控 制 反 應 器 內(nèi) 物 料 的 平 均 停 留 時間 ， 并 應 盡 可 能 降 低 物 料 的 返 混 。 反 應 物 濃 度 大 ， 有 利 于 反 應 級 數(shù) 高 的 反 應 ； 濃度 小 ， 有 利 于 反 應 級 數(shù) 低 的 反 應 。 二 .定 量 計 算 （ 副 產(chǎn) 物 ）（ 目 的 產(chǎn) 物 ）RBA PBA KK 232221 131211 21 4.2.1 計 算 公 式由 定 量 計 算 的 瞬 時 選 擇 性 公 式 ， 可 得 ： RP P rr r 23211311 1311 按 定 義 ，

64、 可 得 總 選 擇 性 為 ： AAnn AAA PP nn dnnn nn A A 00 01311 0 )()( 22 1121 BAR BAP CCkr CCkr 4.2.2 計 算 舉 例 例 1. 有 如 下 液 相 反 應 ， 請 作 選 擇 性 的 定 量 計 算 。副 產(chǎn) 物 ）目 的 產(chǎn) 物 ）(21 SBA PBA KK 當 純 A和 B（ 起 始 濃 度 均 為 20mol l-1)轉(zhuǎn) 化 率 都 達 到 90時 ， 求 用 平 推 流 反 應器 用 全 混 流 反 應 器 用 兩 個 等 容 的 全 混 流 反 應 器 和 用 平 推 流 反 應 器 ， 將 B以 小

65、股 流 在 反 應 器 的 不 同 部 位 加 入 的 操 作 方 法 進 行 反 應 時 ， 求 各 自 P的 總 選 擇 性 。解 ： 用 平 推 流 反 應 器 ， 據(jù) 題 意 k 1 = k2 = 1.0它 的 瞬 時 選 擇 性 為 ： )1 11 1111 1 1 11111 11 5.15.0 3.08.115.0 128.15.023.01 3.0123211311 1311 1212BAABABA BABABA BARP P CCCCCCC CCkkCCkCCk CCkrr r （ 因 )min(0.1 )min(0.1 118.15.0 113.0 lmolCCr lmol

66、CCr BAR BAP 根 據(jù) 定 義 ， 可 得 平 推 流 反 應 器 的 總 選 擇 性 為 ：%19 )1ln(110 1)1ln(1 1)1()1( 1100 00 0 00 ACCAAfA CC AAAfAnn AAA CCCC CdCCCdnnn AfA AfAAA 如 用 全 混 流 反 應 器 ， 根 據(jù) 題 意 有 ： %50 5.01111 1 AfC 如 用 兩 個 等 容 的 全 混 流 反 應 器 ， 根 據(jù) 物 料 衡 算 可 得 ： )( )( )( )( 3.23.1 8.15.03.0011 AiAiiAi BiAiBiAiiAi AiRiAiAi AiRiAiAi CCC CCCCC rVCC rVFF 把 上 關 系 分 別 應 用 于 釜 1 和 釜 2， 可 得 ：2 1 21)11(1 )( 10)( 121 23.23.12 3.223.12221 3.213.11110 A AAAA AAAA C CCCC CCCC 或 所 以 ， 有 ： 10)(21 )(2 1 3.113.311 3.213.11110 AAA AAAAA CCC