《化工基礎理論第6章工業(yè)化學反應過程及反應器》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《化工基礎理論第6章工業(yè)化學反應過程及反應器（103頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

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(guān) 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(guān) 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(guān) 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(guān) 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(guān) 。 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(guān)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(guān) 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(guān) 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(guān) 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(guān) 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