反应工程第三章第四、五、六、七节课件

第三章釜式及均相管式反应器第三章釜式及均相管式反应器本章内容第一节间歇釜式反应器第二节连续流动均相管式反应器第三节连续流动釜式反应器第四节理想流动反应器的组合和比较第五节多重反应的选择性第六节半间歇釜式反应器第七节釜式反应器中进行的多相反应本章内容第一节间歇釜式反应器.2第四节理想流动反应器的组合和比较讨论等温下两个体积相同的理想反应器组合，进行一级不可逆等容单一反应的几种情况。一、理想流动反应器的组合第四节理想流动反应器的组合和比较讨论等温下两个体积相同的理3a.两个全混釜并联b.两个全混釜串联c.平推流＋全混流(串联)d.全混流＋平推流(串联)e.平推流反应器并联f.平推流反应器串联g.平推流＋全混流(并联)a.两个全混釜并联b.两个全混釜串联c.平推流＋全混流(串联4当反应温度、流量、初始浓度0及各反应器体积相同时，进行一级不可逆反应。考察各种组合反应器所能达到的出口浓度。a.两个全混釜并联反应器所能达到的出口浓度为混合后的出口浓度。当反应温度、流量、初始浓度0及各反应器体积相同时，进行一级不5当反应温度、流量、初始浓度0及各反应器体积相同时，进行一级不可逆反应。考察各种组合反应器所能达到的出口浓度。b.两个全混釜串联当反应温度、流量、初始浓度0及各反应器体积相同时，进行一级不6当反应温度、流量、初始浓度0及各反应器体积相同时，进行一级不可逆反应。考察各种组合反应器所能达到的出口浓度。c.平推流＋全混流(串联)当反应温度、流量、初始浓度0及各反应器体积相同时，进行一级不7当反应温度、流量、初始浓度0及各反应器体积相同时，进行一级不可逆反应。考察各种组合反应器所能达到的出口浓度。

d.全混流＋平推流(串联)当反应温度、流量、初始浓度0及各反应器体积相同时，进行一级不8当反应温度、流量、初始浓度0及各反应器体积相同时，进行一级不可逆反应。考察各种组合反应器所能达到的出口浓度。

e.平推流反应器并联当反应温度、流量、初始浓度0及各反应器体积相同时，进行一级不9当反应温度、流量、初始浓度0及各反应器体积相同时，进行一级不可逆反应。考察各种组合反应器所能达到的出口浓度。

f.平推流反应器串联当反应温度、流量、初始浓度0及各反应器体积相同时，进行一级不10当反应温度、流量、初始浓度0及各反应器体积相同时，进行一级不可逆反应。考察各种组合反应器所能达到的出口浓度。

g.平推流＋全混流(并联)当反应温度、流量、初始浓度0及各反应器体积相同时，进行一级不11a.两个全混釜并联b.两个全混釜串联c.平推流＋全混流(串联)d.全混流＋平推流(串联)e.平推流反应器并联f.平推流反应器串联g.平推流＋全混流(并联)a.两个全混釜并联b.两个全混釜串联c.平推流＋全混流(串联12以上几种组合方式中，(c)与(d)等效，(e)与(f)等效。各种组合反应器的最终浓度的大小依次为:各种组合反应器的最终转化率的大小依次为:以上几种组合方式中，(c)与(d)等效，(e)与(f)等效13解：2，间歇反应器中(1)在单个中即【例题】的操作特点。某二级液相反应，已知00，在间歇反应器中达到0.99，需反应时间10。问：(1)在全混流反应器中进行时，应为多少？(2)在两个串联全混流反应器中进行时，又为多少？解：2，间歇反应器中(1)在单个中即【例题】的操作特点。14解：(2)两个串联第一级【例题】的操作特点。某二级液相反应，已知00，在间歇反应器中达到0.99，需反应时间10。问：(1)在全混流反应器中进行时，应为多少？(2)在两个串联全混流反应器中进行时，又为多少？第二级将1代入第一级的等式，得解：(2)两个串联第一级【例题】的操作特点。某二级液相反15解：2，在中在中若在前，在后【例题】与的串联。反应物A按二级反应机理进行分解，依次经过体积相等的和，出口物料中反应物A的浓度为原料液中A浓度的0.01，若将二反应器改换次序，问出口流体中反应物A的浓度将是原料液浓度的多少？忽略物料的温度和浓度的变化。解：2，在中在中若在前，在后【例题】与的串联。反应物A按16若在前，在后当在前，在后时要求已知2=0.010，以为整体，解方程得，若在前，在后当在前，在后时要求已知2=0.010，以17所以在前，在后时：所以在前，在后时：18二、理想流动反应器的体积比较基本条件：等温、等容过程，且V0、0、相同。表示间歇反应器体积；表示平推流反应器体积；表示全混流反应器体积；表示多级全混流反应器体积。

间歇反应器二、理想流动反应器的体积比较基本条件：等温、等容过程，且V019

平推流反应器全混流反应器间歇反应器平推流反应器全混流反应器间歇反应器www.zqu.e201对作图，即曲线。OABDC11矩形的面积曲线下边的面积＝所以1对作图，即曲线。OABDC11矩形的面积曲线下边的面积＝所21两者的差距为图形的面积，因此转化率越大，两者的差距越大，可采用低转化率操作减少返混的影响，但原料不能充分利用。可采用循环操作将未反应的物料从反应产物中分离出来，返回到反应系统中。xAxAfOABDC1/xA1/xAf即V0、0、相同时，全混流反应器所需的体积大于平推流反应器的体积。这是由于前者存在返混造成的。对反应级数越高以及反应过程中增加越多的反应，返混的影响越严重，两者的体积差别越大。两者的差距为图形的面积，因此转化率越大，两者的差距越大，可采22例如对于一级不可逆单一等容反应，全混釜串联的总体积与单个平推流体积之比为。多级全混釜串联操作可以减少返混，提高反应推动力，使全混流反应器所需的体积与平推流反应器所需的体积的差别减小。以为纵坐标，(1)为横坐标，将上式作图如下。例如对于一级不可逆单一等容反应，全混釜串联的总体积与单个平推23例如对于一级不可逆单一等容反应，全混釜串联的总体积与单个平推流体积之比为111.0以为纵坐标，(1)为横坐标，m为参变量，将上式作图如下。0.11246k=5020105210.01例如对于一级不可逆单一等容反应，全混釜串联的总体积与单个平推24结论如下：(1)当m一定时，越大，则越大，远离平推流。111.00.11246k=5020105210.01(2)当一定时，m越大，则越小，接近平推流。(3)当k一定时，m越大，则1越小。结论如下：(1)当m一定时，越大，则越大，远离平推流。1125一、平行反应AL(主反应)M(副反应)或L(主反应)M(副反应)令为主反应速率，为副反应速率，两者之比为对比速率瞬时选择率为关键组分A在总反应速率中生成主产物的反应速率，即总选择率定义为第五节多重反应的选择率一、平行反应AL(主反应)M(副反应)或L(主反应)M26如果知道瞬时选择率与浓度的变化关系，就可以确定它的总选择率。总选择率是反应过程中或反应器中瞬时选择率的积分值，对于平推流反应器总选择率定义为对于全混流反应器如果知道瞬时选择率与浓度的变化关系，就可以确定它的总选择率。27AL(主反应，n1级，活化能为E1)M(副反应，n2级，活化能为E2)由选择率定义，可得温度对选择率的影响由k21所确定，由阿罗尼乌斯方程可知(1)选择率的温度效应E1>E2，温度增高有利于选择率的增大。E12，选择率与温度无关。E1<E2，温度降低有利于选择率的增大。提高温度对活化能高的反应有利，降低温度对活化能低的反应有利。AL(主反应，n1级，活化能为E1)M(副反应，n2级，28(2)选择率的浓度效应n1>n2，浓度升高，选择率的增大。n12，选择率与浓度无关。n1<n2，浓度升高，选择率的减小。所以，对平行反应，当主反应级数大于副反应级数，即需要高时，可以采用平推流反应器或间歇反应器；或使用浓度高的原料，或采用较低的单程转化率等。对平行反应，当主反应级数小于副反应级数，即需要低时，可以采用全混流反应器；或使用浓度低的原料，或采用较高的转化率等。(2)选择率的浓度效应n1>n2，浓度升高，选择率的增大29L(主反应，n1级，活化能为E1)M(副反应，n2级，活化能为E2)若相应的速率方程为则瞬时选择率为(3)平行反应加料方式的选择只要知道主副反应级数的相对大小，就可确定在反应过程中该组分浓度高低的要求，并决定采用何种反应器或加料方式。L(主反应，n1级，活化能为E1)M(副反应，n2级，活30表3-6平行反应的适宜操作方式动力学特点对浓度的要求适宜的操作方式n1>n2m1>m2、都高A、B同时加入的间歇反应器；A、B同时加入的平推流反应器；多段全混釜，A、B同时加入第一级n1<n2m1<m2、都低A、B同时缓慢滴加的间歇反应器；A、B同时加入单个全混流反应器；一次加入A，多股陆续加入B的平推流反应器n1>n2m1<m2高、低一次加入A，缓慢滴加B的间歇反应器；平推流反应器，入口一次加入A，沿着管长分段加入B；多级全混釜，由第一级一次加入A，B分段加入；单个全混釜，A、B同时加入，而后A从出口物料中分离返回反应器表3-6平行反应的适宜操作方式动力学特点对浓度的要31ART求R产量最大时的温度。【例题】平行反应主产物产量最大的温度。在中进行下述反应SART求R产量最大时的温度。【例题】平行反应主产物产量最大的32APS0=2，P为目的产物，求：(1)在中能得到的最大反应收率；(2)假设反应物加以回收，采用何种反应器型式合理。【例题】平行反应主产物的最大收率RAPS0=2，P为目的产物，求：(1)在中能得到的最大反应33二、连串反应(1)间歇及平推流反应器中连串反应的选择率代入式(3-62)可得各组分的反应速率为A的初始浓度为cA0，而cL0=cM0=0，积分可得此式的解为(3-62)二、连串反应(1)间歇及平推流反应器中连串反应的选择率代入34A的浓度单调下降，副产物M的浓度单调上升，主产物L的浓度先升后降，有最大值，如下图所示。ctk12k1>k2k1<k2ctct瞬时选择率为A的浓度单调下降，副产物M的浓度单调上升，主产物L的浓度先升35温度对选择率的影响由k21所确定，由阿罗尼乌斯方程可知(2)连串反应的温度、浓度效应E1>E2，温度增高有利于选择率的增大。E12，选择率与温度无关。E1<E2，温度降低有利于选择率的增大。提高温度对活化能高的反应有利，降低温度对活化能低的反应有利。温度对选择率的影响由k21所确定，由阿罗尼乌斯方程可知(2)36浓度效应n1>n2，增加初浓度有利于选择率的增大。n1<n2，降低初浓度有利于选择率的增大。转化率的影响：随着转化率的增大，瞬时选择率下降。所以，对连串反应，不能过渡追求高的转化率。可以通过适当选择反应物的初浓度和转化率来提高选择率。浓度效应n1>n2，增加初浓度有利于选择率的增大。n1<n37(3)连串反应的最佳反应时间与最大收率平推流或间歇反应器k21将此式对t求导，令其为0，得主产物浓度最大的反应时间得主产物最大的出口浓度最大收率为最大收率与初浓度无关(3)连串反应的最佳反应时间与最大收率平推流或间歇反应器k238全混流反应器，一级不可逆反应，且进料只含有组分A的等容液相反应，根据物料衡算对产物L做物料衡算可得全混流反应器，一级不可逆反应，且进料只含有组分A的等容液相反39(3)连串反应的最佳反应时间与最大收率最大收率为求导最大收率与初浓度无关k21平推流全混流(3)连串反应的最佳反应时间与最大收率最大收率为求导最大收率40k12=10以与作图如下k12=1k12=0.11-(0)当、k12相同，间歇操作或平推流操作时，主产物的选择率比全混流操作高；平推流全混流若k12远小于1，要使主产物的选择率高，必须在低的转化率下操作；若k12远大于1，即使转化率较高，也可以得到较高的选择率。110k12=10以与作图如下k12=1k12=0.11-(0)41一、半间歇釜式反应器的特征a：反应物B一次加入，A连续加入，反应结束后一次出料。AABRabBRRABcb：反应物A、B同时连续加入，反应结束后一次出料。c：反应物A、B一次按比例加入，R连续出料。第六节半间歇釜式反应器一、半间歇釜式反应器的特征a：反应物B一次加入，A连续加入，42a：反应物B一次加入，A连续加入，反应结束后一次出料。ABRa要求严格控制A的浓度，防止因为A过量而使副反应增加的情况；低温下进行的放热反应；A浓度低，B浓度高对反应有利的情况。a：反应物B一次加入，A连续加入，反应结束后一次出料。AB43b：反应物A、B连续加入，反应结束后一次出料。可严格控制A、B的加料比例，保持A和B在较低的浓度下进行；A、B浓度低对反应有利的情况。AbBRb：反应物A、B连续加入，反应结束后一次出料。可严格控制A44能满足A、B的比例要求；保持反应过程中A和B的高浓度；对可逆反应尤其合适。RABcc：反应物A、B一次按比例加入，R连续出料。能满足A、B的比例要求；RABcc：反应物A、B一次45二、半间歇釜式反应器的数学模型反应物B加入的体积为0，然后连续加入浓度为0的物料A，体积流量恒定为0。过程中不导出物料，如果B大量过剩，可以按一级反应处理ABR代入物料衡算式，可得二、半间歇釜式反应器的数学模型反应物B加入的体积为0，然后连46初始条件为0时，0，解得上式即为反应物A的浓度与反应时间的关系。ABR初始条件为0时，0，解得上式即为反应物A的浓度与反应时间的关47由上述两个式子可以计算不同反应时间反应物A和产物R的浓度。产物R的浓度与反应时间的关系为反应物A的浓度与反应时间的关系为由上述两个式子可以计算不同反应时间反应物A和产物R的浓度。产480123450.20.1相对浓度时间反应物A、产物R的浓度与反应时间的关系为如0.21，00=0.5h，计算结果如下图所示0.60.400012349【例3-7】解：反应物B一次加入，A连续加入，反应结束后一次出料。ABRa0=1/3m3，0=1m3。任意反应时间t下的反应体积为【例3-7】解：反应物B一次加入，A连续加入，反应结束后一次50【例3-7】解：反应物B一次加入，A连续加入，反应结束后一次出料。0=1/3m3，0=1m3。任意反应时间t下的反应体积为0=43。将、0及0代入上式得求解上式，当A加料完毕时，0.28863。【例3-7】解：反应物B一次加入，A连续加入，反应结束后一次51【例3-7】解：产物R的浓度，对R做物料衡算可得当A加料完毕时，1.463。【例3-7】解：产物R的浓度，对R做物料衡算可得当A加料完毕52一、釜式反应器中进行的液-液相反应考虑以下工程问题第七节釜式反应器中进行的多相反应液-液两相的分散与混合分散相：被分散的一相，液滴越小，两相接触面积越大。液滴不断地凝并和分裂，影响两相的接触面积；分散与混合过程搅拌浆的形式和转速有关。连续相：除分散相外的另外一相连续相和分散相中的有关反应组分在另一液相中的溶解度。连续相和分散相之间的传质过程。有关反应组分在另一液相中的传质和反应耦合过程。一、釜式反应器中进行的液-液相反应考虑以下工程问题第七节53二、釜式反应器中进行的液-固非均相反应所涉及的工程问题有固相颗粒是否悬浮在反应器中液-固两相之间的传质速率，釜式反应器处于间歇、连续或半连续的操作方式。三、釜式反应器中进行的气-液相络合催化反应有些分子或离子与金属络合使某一特征反应更容易进行，称为络合催化反应。络合催化剂以分子状态存在，有效浓度高，具有高活性、高选择性和反应条件温和等优点。缺点是催化剂不易分离导致回收困难。二、釜式反应器中进行的液-固非均相反应所涉及的工程问题有固54第三章小结一、基本概念返混；平推流模型；全混流模型；间歇反应器、平推流反应器、全混流反应器的特点。二、核心内容1．间歇反应器计算；2．平推流反应器计算；3．全混流反应器计算；第三章小结55反应时间t－的关系在反应器中，物料浓度和温度是均匀的，只随反应时间变化，可以通过物料衡算求出反应时间t和的关系式。衡算对象：关键组分A衡算基准：整个反应器（）在时间内对A作物料衡算：[A流入量]=[A流出量]+[A反应量]+[A累积量]第一节间歇釜式反应器性能的数学描述反应时间t－的关系第一节间歇釜式反应器性能的数学描述w56积分等容过程上式适用于等容、等温和变温的各种反应系统。已知反应动力学方程和组分A的浓度变化，就能按此式计算反应时间。积分等容过程上式适用于等容、等温和变温的各种反应系统。已知反57反应级数反应速率残余浓度式转化率式012n级n≠1表3－1间歇反应器中等温等容液相单一不可逆反应的动力学计算结果p79反应级数反应速率残余浓度式转化率式012n级表3－1间歇反58稳定状态，在单位时间内对A作物料衡算：等温平推流反应器第二节平推流均相管式反应器计算的数学模型反应器体积衡算对象：关键组分A衡算基准：微元体积[A流入量]－[A流出量]－[A反应量]＝[A累积量]反应速率在微元体积内是均匀的稳定状态，在单位时间内对A作物料衡算：等温平推流反应器第二节59积分上式，得上式是平推流反应器体积计算的普遍式，适用于等温、非等温、等容和非等容等过程。(3－18)(3－19)积分上式，得上式是平推流反应器体积计算的普遍式，适用于等温、60间歇反应器，由式(3-3)可知所以间歇反应器中的结论完全适用于平推流反应器！平推流反应器间歇反应器和平推流反应器的关系如果为等温等容过程间歇反应器，由式(3-3)可知所以间歇反应器中的结论完全适用61反应级数反应速率反应器体积转化率式012n级n≠1表3-4等温等容液相单一不可逆平推流反应器计算式p85反应级数反应速率反应器体积转化率式012n级表3-4等62反应器体积：衡算对象：关键组分A衡算基准：整个反应器（）第三节全混流反应器计算的基本公式稳定状态：[A流入量]－[A流出量]－[A反应量]＝0式中指按出口浓度计算的反应速率。(3-29)(3-28)(3-30)反应器体积：第三节全混流反应器计算的基本公式稳定状态：63表3-5列出了平推流反应器和全混流反应器的反应结果比较，其中，这是对等容过程而言。对于等容过程，物料平均停留时间为物料接触时间τ表3-5列出了平推流反应器和全混流反应器的反应结果比较，其中64表3-5平推流反应器与全混流反应器等温等容液相单一不可逆反应的比较上一页下一页返回表3-5平推流反应器与全混流反应器等温等容液相单一不可逆反65P111习题3-10/0=1时0/0=5时P111习题3-10/0=1时0/0=5时www.zqu66P112习题3-3时时P112习题3-3时时67P112习题3-4时时P112习题3-4时时68P112习题3-7（2）时P112习题3-7（2）时69作业：习题3-1、3-4、3-7的（2）。作业：70第三章釜式及均相管式反应器第三章釜式及均相管式反应器本章内容第一节间歇釜式反应器第二节连续流动均相管式反应器第三节连续流动釜式反应器第四节理想流动反应器的组合和比较第五节多重反应的选择性第六节半间歇釜式反应器第七节釜式反应器中进行的多相反应本章内容第一节间歇釜式反应器.72第四节理想流动反应器的组合和比较讨论等温下两个体积相同的理想反应器组合，进行一级不可逆等容单一反应的几种情况。一、理想流动反应器的组合第四节理想流动反应器的组合和比较讨论等温下两个体积相同的理73a.两个全混釜并联b.两个全混釜串联c.平推流＋全混流(串联)d.全混流＋平推流(串联)e.平推流反应器并联f.平推流反应器串联g.平推流＋全混流(并联)a.两个全混釜并联b.两个全混釜串联c.平推流＋全混流(串联74当反应温度、流量、初始浓度0及各反应器体积相同时，进行一级不可逆反应。考察各种组合反应器所能达到的出口浓度。a.两个全混釜并联反应器所能达到的出口浓度为混合后的出口浓度。当反应温度、流量、初始浓度0及各反应器体积相同时，进行一级不75当反应温度、流量、初始浓度0及各反应器体积相同时，进行一级不可逆反应。考察各种组合反应器所能达到的出口浓度。b.两个全混釜串联当反应温度、流量、初始浓度0及各反应器体积相同时，进行一级不76当反应温度、流量、初始浓度0及各反应器体积相同时，进行一级不可逆反应。考察各种组合反应器所能达到的出口浓度。c.平推流＋全混流(串联)当反应温度、流量、初始浓度0及各反应器体积相同时，进行一级不77当反应温度、流量、初始浓度0及各反应器体积相同时，进行一级不可逆反应。考察各种组合反应器所能达到的出口浓度。

d.全混流＋平推流(串联)当反应温度、流量、初始浓度0及各反应器体积相同时，进行一级不78当反应温度、流量、初始浓度0及各反应器体积相同时，进行一级不可逆反应。考察各种组合反应器所能达到的出口浓度。

e.平推流反应器并联当反应温度、流量、初始浓度0及各反应器体积相同时，进行一级不79当反应温度、流量、初始浓度0及各反应器体积相同时，进行一级不可逆反应。考察各种组合反应器所能达到的出口浓度。

f.平推流反应器串联当反应温度、流量、初始浓度0及各反应器体积相同时，进行一级不80当反应温度、流量、初始浓度0及各反应器体积相同时，进行一级不可逆反应。考察各种组合反应器所能达到的出口浓度。

g.平推流＋全混流(并联)当反应温度、流量、初始浓度0及各反应器体积相同时，进行一级不81a.两个全混釜并联b.两个全混釜串联c.平推流＋全混流(串联)d.全混流＋平推流(串联)e.平推流反应器并联f.平推流反应器串联g.平推流＋全混流(并联)a.两个全混釜并联b.两个全混釜串联c.平推流＋全混流(串联82以上几种组合方式中，(c)与(d)等效，(e)与(f)等效。各种组合反应器的最终浓度的大小依次为:各种组合反应器的最终转化率的大小依次为:以上几种组合方式中，(c)与(d)等效，(e)与(f)等效83解：2，间歇反应器中(1)在单个中即【例题】的操作特点。某二级液相反应，已知00，在间歇反应器中达到0.99，需反应时间10。问：(1)在全混流反应器中进行时，应为多少？(2)在两个串联全混流反应器中进行时，又为多少？解：2，间歇反应器中(1)在单个中即【例题】的操作特点。84解：(2)两个串联第一级【例题】的操作特点。某二级液相反应，已知00，在间歇反应器中达到0.99，需反应时间10。问：(1)在全混流反应器中进行时，应为多少？(2)在两个串联全混流反应器中进行时，又为多少？第二级将1代入第一级的等式，得解：(2)两个串联第一级【例题】的操作特点。某二级液相反85解：2，在中在中若在前，在后【例题】与的串联。反应物A按二级反应机理进行分解，依次经过体积相等的和，出口物料中反应物A的浓度为原料液中A浓度的0.01，若将二反应器改换次序，问出口流体中反应物A的浓度将是原料液浓度的多少？忽略物料的温度和浓度的变化。解：2，在中在中若在前，在后【例题】与的串联。反应物A按86若在前，在后当在前，在后时要求已知2=0.010，以为整体，解方程得，若在前，在后当在前，在后时要求已知2=0.010，以87所以在前，在后时：所以在前，在后时：88二、理想流动反应器的体积比较基本条件：等温、等容过程，且V0、0、相同。表示间歇反应器体积；表示平推流反应器体积；表示全混流反应器体积；表示多级全混流反应器体积。

间歇反应器二、理想流动反应器的体积比较基本条件：等温、等容过程，且V089

平推流反应器全混流反应器间歇反应器平推流反应器全混流反应器间歇反应器www.zqu.e901对作图，即曲线。OABDC11矩形的面积曲线下边的面积＝所以1对作图，即曲线。OABDC11矩形的面积曲线下边的面积＝所91两者的差距为图形的面积，因此转化率越大，两者的差距越大，可采用低转化率操作减少返混的影响，但原料不能充分利用。可采用循环操作将未反应的物料从反应产物中分离出来，返回到反应系统中。xAxAfOABDC1/xA1/xAf即V0、0、相同时，全混流反应器所需的体积大于平推流反应器的体积。这是由于前者存在返混造成的。对反应级数越高以及反应过程中增加越多的反应，返混的影响越严重，两者的体积差别越大。两者的差距为图形的面积，因此转化率越大，两者的差距越大，可采92例如对于一级不可逆单一等容反应，全混釜串联的总体积与单个平推流体积之比为。多级全混釜串联操作可以减少返混，提高反应推动力，使全混流反应器所需的体积与平推流反应器所需的体积的差别减小。以为纵坐标，(1)为横坐标，将上式作图如下。例如对于一级不可逆单一等容反应，全混釜串联的总体积与单个平推93例如对于一级不可逆单一等容反应，全混釜串联的总体积与单个平推流体积之比为111.0以为纵坐标，(1)为横坐标，m为参变量，将上式作图如下。0.11246k=5020105210.01例如对于一级不可逆单一等容反应，全混釜串联的总体积与单个平推94结论如下：(1)当m一定时，越大，则越大，远离平推流。111.00.11246k=5020105210.01(2)当一定时，m越大，则越小，接近平推流。(3)当k一定时，m越大，则1越小。结论如下：(1)当m一定时，越大，则越大，远离平推流。1195一、平行反应AL(主反应)M(副反应)或L(主反应)M(副反应)令为主反应速率，为副反应速率，两者之比为对比速率瞬时选择率为关键组分A在总反应速率中生成主产物的反应速率，即总选择率定义为第五节多重反应的选择率一、平行反应AL(主反应)M(副反应)或L(主反应)M96如果知道瞬时选择率与浓度的变化关系，就可以确定它的总选择率。总选择率是反应过程中或反应器中瞬时选择率的积分值，对于平推流反应器总选择率定义为对于全混流反应器如果知道瞬时选择率与浓度的变化关系，就可以确定它的总选择率。97AL(主反应，n1级，活化能为E1)M(副反应，n2级，活化能为E2)由选择率定义，可得温度对选择率的影响由k21所确定，由阿罗尼乌斯方程可知(1)选择率的温度效应E1>E2，温度增高有利于选择率的增大。E12，选择率与温度无关。E1<E2，温度降低有利于选择率的增大。提高温度对活化能高的反应有利，降低温度对活化能低的反应有利。AL(主反应，n1级，活化能为E1)M(副反应，n2级，98(2)选择率的浓度效应n1>n2，浓度升高，选择率的增大。n12，选择率与浓度无关。n1<n2，浓度升高，选择率的减小。所以，对平行反应，当主反应级数大于副反应级数，即需要高时，可以采用平推流反应器或间歇反应器；或使用浓度高的原料，或采用较低的单程转化率等。对平行反应，当主反应级数小于副反应级数，即需要低时，可以采用全混流反应器；或使用浓度低的原料，或采用较高的转化率等。(2)选择率的浓度效应n1>n2，浓度升高，选择率的增大99L(主反应，n1级，活化能为E1)M(副反应，n2级，活化能为E2)若相应的速率方程为则瞬时选择率为(3)平行反应加料方式的选择只要知道主副反应级数的相对大小，就可确定在反应过程中该组分浓度高低的要求，并决定采用何种反应器或加料方式。L(主反应，n1级，活化能为E1)M(副反应，n2级，活100表3-6平行反应的适宜操作方式动力学特点对浓度的要求适宜的操作方式n1>n2m1>m2、都高A、B同时加入的间歇反应器；A、B同时加入的平推流反应器；多段全混釜，A、B同时加入第一级n1<n2m1<m2、都低A、B同时缓慢滴加的间歇反应器；A、B同时加入单个全混流反应器；一次加入A，多股陆续加入B的平推流反应器n1>n2m1<m2高、低一次加入A，缓慢滴加B的间歇反应器；平推流反应器，入口一次加入A，沿着管长分段加入B；多级全混釜，由第一级一次加入A，B分段加入；单个全混釜，A、B同时加入，而后A从出口物料中分离返回反应器表3-6平行反应的适宜操作方式动力学特点对浓度的要101ART求R产量最大时的温度。【例题】平行反应主产物产量最大的温度。在中进行下述反应SART求R产量最大时的温度。【例题】平行反应主产物产量最大的102APS0=2，P为目的产物，求：(1)在中能得到的最大反应收率；(2)假设反应物加以回收，采用何种反应器型式合理。【例题】平行反应主产物的最大收率RAPS0=2，P为目的产物，求：(1)在中能得到的最大反应103二、连串反应(1)间歇及平推流反应器中连串反应的选择率代入式(3-62)可得各组分的反应速率为A的初始浓度为cA0，而cL0=cM0=0，积分可得此式的解为(3-62)二、连串反应(1)间歇及平推流反应器中连串反应的选择率代入104A的浓度单调下降，副产物M的浓度单调上升，主产物L的浓度先升后降，有最大值，如下图所示。ctk12k1>k2k1<k2ctct瞬时选择率为A的浓度单调下降，副产物M的浓度单调上升，主产物L的浓度先升105温度对选择率的影响由k21所确定，由阿罗尼乌斯方程可知(2)连串反应的温度、浓度效应E1>E2，温度增高有利于选择率的增大。E12，选择率与温度无关。E1<E2，温度降低有利于选择率的增大。提高温度对活化能高的反应有利，降低温度对活化能低的反应有利。温度对选择率的影响由k21所确定，由阿罗尼乌斯方程可知(2)106浓度效应n1>n2，增加初浓度有利于选择率的增大。n1<n2，降低初浓度有利于选择率的增大。转化率的影响：随着转化率的增大，瞬时选择率下降。所以，对连串反应，不能过渡追求高的转化率。可以通过适当选择反应物的初浓度和转化率来提高选择率。浓度效应n1>n2，增加初浓度有利于选择率的增大。n1<n107(3)连串反应的最佳反应时间与最大收率平推流或间歇反应器k21将此式对t求导，令其为0，得主产物浓度最大的反应时间得主产物最大的出口浓度最大收率为最大收率与初浓度无关(3)连串反应的最佳反应时间与最大收率平推流或间歇反应器k2108全混流反应器，一级不可逆反应，且进料只含有组分A的等容液相反应，根据物料衡算对产物L做物料衡算可得全混流反应器，一级不可逆反应，且进料只含有组分A的等容液相反109(3)连串反应的最佳反应时间与最大收率最大收率为求导最大收率与初浓度无关k21平推流全混流(3)连串反应的最佳反应时间与最大收率最大收率为求导最大收率110k12=10以与作图如下k12=1k12=0.11-(0)当、k12相同，间歇操作或平推流操作时，主产物的选择率比全混流操作高；平推流全混流若k12远小于1，要使主产物的选择率高，必须在低的转化率下操作；若k12远大于1，即使转化率较高，也可以得到较高的选择率。110k12=10以与作图如下k12=1k12=0.11-(0)111一、半间歇釜式反应器的特征a：反应物B一次加入，A连续加入，反应结束后一次出料。AABRabBRRABcb：反应物A、B同时连续加入，反应结束后一次出料。c：反应物A、B一次按比例加入，R连续出料。第六节半间歇釜式反应器一、半间歇釜式反应器的特征a：反应物B一次加入，A连续加入，112a：反应物B一次加入，A连续加入，反应结束后一次出料。ABRa要求严格控制A的浓度，防止因为A过量而使副反应增加的情况；低温下进行的放热反应；A浓度低，B浓度高对反应有利的情况。a：反应物B一次加入，A连续加入，反应结束后一次出料。AB113b：反应物A、B连续加入，反应结束后一次出料。可严格控制A、B的加料比例，保持A和B在较低的浓度下进行；A、B浓度低对反应有利的情况。AbBRb：反应物A、B连续加入，反应结束后一次出料。可严格控制A114能满足A、B的比例要求；保持反应过程中A和B的高浓度；对可逆反应尤其合适。RABcc：反应物A、B一次按比例加入，R连续出料。能满足A、B的比例要求；RABcc：反应物A、B一次115二、半间歇釜式反应器的数学模型反应物B加入的体积为0，然后连续加入浓度为0的物料A，体积流量恒定为0。过程中不导出物料，如果B大量过剩，可以按一级反应处理ABR代入物料衡算式，可得二、半间歇釜式反应器的数学模型反应物B加入的体积为0，然后连116初始条件为0时，0，解得上式即为反应物A的浓度与反应时间的关系。ABR初始条件为0时，0，解得上式即为反应物A的浓度与反应时间的关117由上述两个式子可以计算不同反应时间反应物A和产物R的浓度。产物R的浓度与反应时间的关系为反应物A的浓度与反应时间的关系为由上述两个式子可以计算不同反应时间反应物A和产物R的浓度。产1180123450.20.1相对浓度时间反应物A、产物R的浓度与反应时间的关系为如0.21，00=0.5h，计算结果如下图所示0.60.4000123119【例3-7】解：反应物B一次加入，A连续加入，反应结束后一次出料。ABRa0=1/3m3，0=1m3。任意反应时间t下的反应体积为【例3-7】解：反应物B一次加入，A连续加入，反应结束后一次120【例3-7】解：反应物B一次加入，A连续加入，反应结束后一次出料。0=1/3m3，0=1m3。任意反应时间t下的反应体积为0=43。将、0及0代入上式得求解上式，当A加料完毕时，0.28863。【例3-7】解：反应物B一次加入，A连续加入，反应结束后一次121【例3-7】解：产物R的浓度，对R做物料衡算可得当A加料完毕时，1.463。【例3-7】解：产物R的浓度，对R做物料衡算可得当A加料完毕122一、釜式反应器中进行的液-液相反应考虑以下工程问题第七节釜式反应器中进行的多相反应液-液两相的分散与混合分散相：被分散的一相，液滴越小，两相接触面积越大。液滴不断地凝并和分裂，影响两相的接触面积；分散与混合过程搅拌浆的形式和转速有关。连续相：除分散相外的另外一相连续相和分散相中的有关反应组分在另一液相中的溶解度。连续相和分散相之间的传质过程。有关反应组分在另一液相中的传质和反应耦合过程。一、釜式反应器中进行的液-液相反应考虑以下工程问题第七节123