《化学反应器》PPT课件.ppt

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1、第七章 基本反应器7-1 概述概述一一.反应器分类反应器分类1按结构分类按结构分类:釜釜式：间接加热的搅拌容器式：间接加热的搅拌容器液相反应液相反应管管式：平式直管，传热效果好式：平式直管，传热效果好气相反应气相反应塔塔式：直立圆筒式：直立圆筒气液相反应气液相反应床床式：直立圆筒式：直立圆筒气固相反应气固相反应固定床固定床流化床流化床 第二篇第二篇化学反应工程化学反应工程一、研究内容：工业反应器的分类及正确选择，合理设计，有效放一、研究内容：工业反应器的分类及正确选择，合理设计，有效放 大，最优化控制及反应器的评价。大，最优化控制及反应器的评价。二、研究方法：结合微观动力学方程和宏观传递过程两

2、方面的规律二、研究方法：结合微观动力学方程和宏观传递过程两方面的规律建立起描述反应器内各参数的数学模型（建立起描述反应器内各参数的数学模型（xAt反反=t停停 VR）对反应器而言，总希望达一定转化率，所需反应器体积最小，对反应器而言，总希望达一定转化率，所需反应器体积最小，或生成的目的产物最多，这与反应的动力学特征的反应器的结构特或生成的目的产物最多，这与反应的动力学特征的反应器的结构特征及操作方法有关，一般是从这两方面入手得到设计方程。征及操作方法有关，一般是从这两方面入手得到设计方程。2.按按操作方法操作方法分类分类间歇间歇式：加料式：加料反应反应出料，下一循环出料，下一循环连续连续式：加

3、料式：加料反应反应出料同时进行出料同时进行半连续半连续式：一种物料连续，一种物料间歇式：一种物料连续，一种物料间歇均相均相釜、管釜、管非均相非均相塔、床塔、床等温等温反应器，温度变化可忽略反应器，温度变化可忽略变温变温反应器，换热，反应器，换热，T仍显著变化仍显著变化绝热绝热反应器，不换热，反应热由产物带走反应器，不换热，反应热由产物带走3.按按反应物相态反应物相态分类分类4.按按温度变化温度变化分类分类二、反应器内物料的二、反应器内物料的流动状况流动状况物料的物料的停留时间停留时间分布分布1.理想排挤流动模型理想排挤流动模型活塞流活塞流 停留时间停留时间t完全相同完全相同 反应器内物料的流动

4、象气缸中活塞的平动一样，齐头并进，在反应器内物料的流动象气缸中活塞的平动一样，齐头并进，在与流动方向垂直的截面上各质点的与流动方向垂直的截面上各质点的 u、p、t 完全相同完全相同VR有效容积有效容积v体积流量体积流量2.理想混合流动模型理想混合流动模型 停留时间分布在停留时间分布在0 区间内。区间内。不论先后进入反应器的物料立即充分混合，均布不论先后进入反应器的物料立即充分混合，均布分布，任意时刻的出口浓度与反应口内的浓度相等。分布，任意时刻的出口浓度与反应口内的浓度相等。物料的停留时间分布在物料的停留时间分布在0 区间内。区间内。由于停留时间对反应的结果产生很大的影响，由于停留时间对反应的

5、结果产生很大的影响，因而提出理想流动模型的概念，以理想流动模型中因而提出理想流动模型的概念，以理想流动模型中的停留时间分布作为实际的反应器的参考依据。的停留时间分布作为实际的反应器的参考依据。7-0 动力学基本概念动力学基本概念一、化学反应速率的定义式一、化学反应速率的定义式对于反应：1 定义定义恒容时：恒容时：注意：注意：V反应反应物物体积体积，V0 起始反应起始反应物物体积体积，Vx转化率为转化率为xA时时的反应的反应物物体积体积；VR反应反应器器有效有效容积容积；VT 反应反应器器总容积；总容积；v0 反应物起始反应物起始体积流量体积流量2 定义定义以浓度定以浓度定义的速率义的速率以以m

6、ol流量流量定义速率定义速率 dCA=-CA0*dxA对于流动反应体系：对于流动反应体系：速率原始速率原始定义：定义：541-217-2 间歇操作搅拌釜式反应器间歇操作搅拌釜式反应器间歇釜间歇釜一、间歇釜的特点一、间歇釜的特点1.间歇操作，存在装料、调温、出料、清洗等辅助时间间歇操作，存在装料、调温、出料、清洗等辅助时间t。2.釜内釜内CA,xA,(-rA)t反反变化，但不随位置变化。变化，但不随位置变化。3.各物料微团的各物料微团的 t停停 都相等。都相等。二、反应时间的计算二、反应时间的计算1.基本公式基本公式 以整个反应釜在以整个反应釜在dt 内对内对A组分作物料衡算得：组分作物料衡算得

7、：(因为浓度随时间变而不随位置变，故需取时间微元因为浓度随时间变而不随位置变，故需取时间微元)在在dt 内：内：A的进入速率的进入速率=A的流出速率的流出速率+A的消耗速率的消耗速率+A的积累速率的积累速率2.解析法解析法适用于已知动力学方程的反应体系适用于已知动力学方程的反应体系a.一级反应等温等容反应一级反应等温等容反应 (-rA)=kCA=kCA0(1-xA)VR=V0=VxxA：A的转化率的转化率-541-153.图解法求解图解法求解只有只有CA(-rA)或或xA(-rA)数据，无速率方程时数据，无速率方程时141-212.反应器总容积反应器总容积VT 由于反应体系的发泡、沸腾等因素，

8、必须由于反应体系的发泡、沸腾等因素，必须VTVR 设：设：VR/VT=装料系数装料系数（0.50.8）注意注意：v0的单位与的单位与时间单位一致时间单位一致三、间歇反应釜容积的计算三、间歇反应釜容积的计算1.有效容积有效容积:VR 虽然反应釜间歇操作，但原料的生产及产品的虽然反应釜间歇操作，但原料的生产及产品的后处理往往连续，一般在反应釜前增设一原料缓冲后处理往往连续，一般在反应釜前增设一原料缓冲池，反应釜后面增设粗产品缓冲池。设原料的体积池，反应釜后面增设粗产品缓冲池。设原料的体积流量为流量为v0 m3/h。则在反应时间内流进缓冲池的反应物料为则在反应时间内流进缓冲池的反应物料为v0*t反反

9、，在装料、出料、清洗等辅助时间内流进缓冲池的反在装料、出料、清洗等辅助时间内流进缓冲池的反应物料为应物料为v0*t，则反应器的有效容积为：，则反应器的有效容积为：四、原料的体积流量四、原料的体积流量v0 的计算的计算05141-23G反应物质量流量反应物质量流量反应物的密度反应物的密度F反应物摩尔流量反应物摩尔流量FA0A组分起始摩尔流量组分起始摩尔流量例例2：在间歇釜在间歇釜中进行己二酸中进行己二酸A与己二醇等摩尔比酯与己二醇等摩尔比酯化反应，已知：化反应，已知：每天处理2400kgA解：二级反应，解：二级反应，A、B等等 的消耗，故的消耗，故每天处理每天处理2400kgA,每小时每小时10

10、0kg7-3 间歇釜中一级反应与二级反应的比较间歇釜中一级反应与二级反应的比较一级一级：t反反只与只与xA有关，与有关，与CA0无关，无关，CA0/CA亦可表示转化率。亦可表示转化率。(-rA)=kCACB k=1.97升/kmol min kmol/h541-21二级：二级：t反反既与既与xA有关，又与有关，又与CA0有关。有关。例例2(7-1)解：设解：设t1/t2=1 即：对二级反应，即：对二级反应，xA从从00.9的耗时是的耗时是xA从从0.90.99耗时耗时的十分之一。可见：的十分之一。可见：反应级数反应级数越大越大，xA越高越高，反应时间反应时间增加越快，因此对高级数的反应，应设法

11、使某一廉价原料增加越快，因此对高级数的反应，应设法使某一廉价原料过量，以过量，以反应级数反应级数n，减少反应时间减少反应时间。变为拟一级反应后，转化率达变为拟一级反应后，转化率达99%所耗时间仅为原需时间所耗时间仅为原需时间的的1/21.5，大大缩短。，大大缩短。一般使一般使nH2O:nCO=46:1 5:1 可见：对于二级反应，当可见：对于二级反应，当A的残余浓度很低时，可增大起始浓的残余浓度很低时，可增大起始浓度度CA0以提高产量，而以提高产量，而t 很少。很少。例例4：习题：习题10 醋酸醋酸A+丁醇丁醇B酯酯D+H2O E P16 60 74 116 18 每天产酯每天产酯2400kg

12、解：液相酯化反应解：液相酯化反应定容定容 (A与与B的投料比为的投料比为1:4.97,mol比比)例例3(7-2)已知：已知：为二级反应为二级反应,求求CA0从从1 和和5 kmol/m3降到降到 CA=0.01kmol/m3的的t反反。7-4 管式反应器管式反应器平推流反应器平推流反应器活塞流反应器活塞流反应器plug flow reactor（PFR）一一.管式反应器的特点：管式反应器的特点：将管式反应器中流体的流动理想化成无摩擦力的反应器将管式反应器中流体的流动理想化成无摩擦力的反应器1.CA,(-rA),xA均随管长均随管长l 变化，但同一截面为定值。变化，但同一截面为定值。2.各物料

13、微团的各物料微团的 t停停都相等。（设为理想排挤流动模型）都相等。（设为理想排挤流动模型）管式反应器基本设计方程管式反应器基本设计方程二二.设计方程设计方程 由于由于CA,(-rA),xA均随管长均随管长 l 变化，故只能变化，故只能在在dVR内对内对A组分进行物料衡算组分进行物料衡算：对于稳定流动反应过程，无积累。：对于稳定流动反应过程，无积累。A的进入速率的进入速率=A的流出速率的流出速率+A的消耗速率的消耗速率tS=VR/v0空间时间空间时间FA=FA0(1-xA)=v0CA0(1-xA)dFA=-v0CA0dx(2)(-rA)*dVR=-dFA=v0CA0dxFA=FA+dFA+(-r

14、A)*dVR(1)141-22 tS=VR/v0空间时间空间时间 变容过程：当变容过程：当 0，分子数增加，分子数增加,使使t停停 tS(VR=10m3,v0=2m3/s,则则tS=5 s,但由于体积膨胀使但由于体积膨胀使 t停停，使物料不到，使物料不到5s就就离开了反应器离开了反应器)；当；当 0，分子数减少，使，分子数减少，使t停停 tS。1.定容反应定容反应过程过程FA=FA0(1-xA)v0=v=vf CA=CA0(1-xA)dCA=-CA0dxA解析法求解解析法求解:对等温一级反应对等温一级反应:AR541-18对二级等温反应：对二级等温反应：2AR+S 例例5：8-5 P 34 例

15、例8-2的反应的反应图解法求解：图解法求解：141-17以以 xA对对1/(-rA)作图，曲线下作图，曲线下0 xA之间的面积即为：之间的面积即为：以以CA对对1/(-rA)作图，曲线下作图，曲线下CACA0之间的面积即为之间的面积即为tS。2.对非定容的气相反应对非定容的气相反应而而需先找到需先找到(-rA)xA关系，关系，即先找即先找CAxA关系：关系：CA=nA/V 要找要找 nAxA和和 VxA关系关系,而而nA=nA0(1-xA)式中：式中：CA、nA、V是任意是任意时刻时刻(转化率为转化率为xA)时时,A的浓度、的浓度、摩尔数、反应体系体积。摩尔数、反应体系体积。以以A为关键组分为

16、关键组分,以以xA表示反应的转化率表示反应的转化率,则反应表示为：则反应表示为：而而VnTxA，先找，先找nTxA对于变容对于变容(气体气体)反应：反应：(nA0*xA反应消耗反应消耗A摩尔数摩尔数)(nTt 时刻体系总时刻体系总mol数数)膨胀因子膨胀因子每转化每转化1molA引起引起反应体系总摩尔数的变化量。反应体系总摩尔数的变化量。1.A的起始的起始mol分率分率 nT2.(A=0时还原时还原)3.4.5.pA-xA首先求任意时刻首先求任意时刻A的摩尔分率的摩尔分率ZA：pA=P*ZApB-xArA-xA141-24对于变容一级反应有设计方程：对于变容一级反应有设计方程：对于二级反应：对

17、于二级反应：对于二级反应：对于二级反应：化材37-5 全混流全混流反应器（理想混合反应器）反应器（理想混合反应器）一、特点：一、特点：(continuous stirred tank reactor)(CSTR)1、连续操作连续操作，进料、反应、出料，进料、反应、出料 同时进行。同时进行。2、CA,(-rA),xA不随时间而变，亦不随位置而变，为一定值不随时间而变，亦不随位置而变，为一定值。3、存在着强烈的存在着强烈的返混返混在反应器内停留时间不同的物料粒子之在反应器内停留时间不同的物料粒子之间的参合间的参合各物料微团的停留时间各物料微团的停留时间t停停分布在分布在0的区间内的区间内。混合混合

18、几何位置几何位置不同不同的物料粒子之间的参合的物料粒子之间的参合。间歇釜：有混合、无返混。间歇釜：有混合、无返混。管式反应器：无混合、无返混。管式反应器：无混合、无返混。全混流反应器：有混合、更有返混。全混流反应器：有混合、更有返混。二、设计方程：二、设计方程：在稳定流动、稳定反应过程中，在稳定流动、稳定反应过程中，以整个以整个反应器反应器对对A组分进物料衡算组分进物料衡算：由于无积累：由于无积累：or：均为定值均为定值541-24由于该釜中由于该釜中只进行液相反应只进行液相反应，即为，即为定容反应定容反应：则有：即：v0 CA0 xAf=(-rA)VR1、解析法、解析法 对一级反应：对二级反

19、应：全混流反应器基本设计方程全混流反应器基本设计方程例：例：8-6 P36 解：二级反应：解：二级反应：2、图解法：、图解法：对于 因为因为(-rA)定值定值 随随xA，1/(-rA)不变不变而为水平线。所以，求出而为水平线。所以，求出1/(-rA)，在，在xA1/(-rA)坐标图上画出高为：坐标图上画出高为：1/(-rA)，长，长为为xA的长方形，其面积的长方形，其面积S即为：即为：或据：或据：求出求出1/(-rA)，在，在CA1/(-rA)坐标图上画出高为：坐标图上画出高为：1/(-rA)，长，长为：为：CA0-CA的长方形，其面积的长方形，其面积S即为即为 t平均平均。如图：。如图：=V

20、R/v0 可求VR3.CA、xA随有效容积变化关系图随有效容积变化关系图7-6返混对简单反应的影响返混对简单反应的影响1.由于返混使反应物的浓度在进釜的瞬间降到与出口浓由于返混使反应物的浓度在进釜的瞬间降到与出口浓 度相等，并度相等，并始终在较低的始终在较低的CA、(-rA)下反应下反应。2.由于反应在低的由于反应在低的CA下进行下进行,故故达相同达相同xA所需所需t反反长，长，VR大大。例例6(8-6)：xA 管式管式 间歇釜间歇釜 串联釜串联釜N=2 全混流反应釜全混流反应釜 0.8 1.45 2.163.17 7.234m3 0.9 3.25 3.43 6.79 32.55 m3 可见：

21、全混流反应釜的可见：全混流反应釜的VR 远大于其他类型的反应器远大于其他类型的反应器。141-25241-257-7 多级串联反应器多级串联反应器 1-18在间歇釜、管式反应器、全混流反应器中在间歇釜、管式反应器、全混流反应器中 由于全混流反应器中由于全混流反应器中CA,(-rA),xA为定值，温度、浓度处处一致，为定值，温度、浓度处处一致，操作稳定，易于控制并实现自动化，操作稳定，易于控制并实现自动化，产品质量稳定产品质量稳定。但反应速度低，。但反应速度低，在相同在相同xA时所需时所需VR大大，投资巨大，为克服此缺点，投资巨大，为克服此缺点，设法使设法使CA逐步减逐步减小小，即设法，即设法用

22、用用用N N个小釜代替一个大釜个小釜代替一个大釜个小釜代替一个大釜个小釜代替一个大釜，则既有温度、浓度一致，则既有温度、浓度一致,操操作稳定作稳定,产品质量均匀的优点产品质量均匀的优点,又有又有(-rA)较高的优点。如图：较高的优点。如图：间歇釜管式反应器全混流反应器3、xA，VR，且，且VR比比xA快得多快得多。4、xA，(VR)P，(VR)S，且，且(VR)S比比(VR)P快得多快得多。N=1 全混流反应器返混程度最大,分布在0-CA-VR曲线变为N步阶梯 注意注意xA1,xA2,xAn,xAN 分别是第一釜，第分别是第一釜，第二釜，第二釜，第n釜，第釜，第N釜的积累转化率，而第釜的积累转

23、化率，而第n釜内的转化率为釜内的转化率为xAn-xAn-1。如图：如图：N 反映反应器的返混程度，实际反反映反应器的返混程度，实际反应器常用应器常用N表示返混程度的大小。表示返混程度的大小。N=管式反应器管式反应器无返混无返混,=常数常数14541-25二、设计方程二、设计方程 由于多级串联反应器一般只进行液相反应，视为定容反由于多级串联反应器一般只进行液相反应，视为定容反应。由于各小釜内应。由于各小釜内CA,(-rA)不随时间不随时间t和位置变化，故每一和位置变化，故每一个小釜就是一个全混流反应器，所以个小釜就是一个全混流反应器，所以逐釜应用全混流反应逐釜应用全混流反应器的设计方程器的设计方

24、程，可求出每一个小釜的容积，则反应器总容，可求出每一个小釜的容积，则反应器总容积可求。积可求。全混流反应器的设计方程为：全混流反应器的设计方程为：对第一釜有：对第一釜有：一、多级串联反应器特点一、多级串联反应器特点 各小釜内各小釜内CA，(-rA)既不随时间而变，又不随位置而变，既不随时间而变，又不随位置而变，存在强烈的返混，存在强烈的返混，t停停分布在分布在t1t2区间内；但区间内；但CA，(-rA)随随N变化。整个反应器存在一定程度的返混，各物料微团的变化。整个反应器存在一定程度的返混，各物料微团的t停停分布在分布在t1t2区间内。区间内。式中：式中：CAn第第n釜的出口浓度釜的出口浓度,

25、是从是从1n逐釜降为逐釜降为CAn的的,第第n釜中的浓度变化量为釜中的浓度变化量为CAn-1-CAn,而不是而不是CA0-CAn。对第对第n釜有：釜有：对第二釜有：对第二釜有：.xAn第第n釜的出口转化率釜的出口转化率,是从是从1n釜釜,逐釜升至逐釜升至xAn的的,第第n釜中的转化率为釜中的转化率为xAn-xAn-1，而不是，而不是xAn-xA0。1.解析法：适用于已知动力学方程及解析法：适用于已知动力学方程及N、VRi、Ti、v0的的反应反应体系体系(1)逐釜计算求逐釜计算求xAn(2)已知各釜的已知各釜的逐釜逐釜计算计算可求得可求得VR1、VR2、VRT。例例7：8-7(P39)，与例，与

26、例8-5和和8-6比较比较解解:液相（定容二级反应）液相（定容二级反应）据上式：据上式：(而单釜而单釜VR=7.234 m3)341-24(3)对于一级反应，可得简式：对于一级反应，可得简式：一釜一釜:二釜二釜:N釜：釜：即：即：或：或：例例8 某一级反应在等温某一级反应在等温25三个等容积小釜中进行三个等容积小釜中进行,k=9.48h-1，CA0=1kmol/m3，XA3=0.95，求各小釜的有效，求各小釜的有效容积、总容积以及各釜出口浓度。容积、总容积以及各釜出口浓度。解：若在全混流反应器中进行，则：若在全混流反应器中进行，则：求各釜出口浓度：求各釜出口浓度：0513331-242.图解法

27、：适用有动力学数据而无动力方程或动力学方程图解法：适用有动力学数据而无动力方程或动力学方程太复杂的体系。太复杂的体系。对第对第 i 釜有：釜有：第第i釜的出口转化率必须同时满足上两式釜的出口转化率必须同时满足上两式,解此方程组解此方程组,可在可在xA-(-rA)上绘出两条线上绘出两条线,两线交点对应的两线交点对应的xAi即为方程组的解即为方程组的解(1)求求xAN：已知已知k、n或或xA-(-rA)数据数据 (等温反应等温反应)a.作作xA-(-rA)动力学曲线动力学曲线MNb.作第一釜操作线作第一釜操作线(截距为截距为0)是过原点是过原点,斜率为斜率为的直线的直线OP1,由交点可求由交点可求

28、xA1。第二釜操作线截距第二釜操作线截距可求可求,斜率斜率亦可求亦可求,对于操作线方程对于操作线方程,当当(-rA2)=0时，时，xA2=xA1,即第二条操作线过即第二条操作线过(xA1,0)点。故过点。故过(xA1,0)和斜率和斜率线平衡。依此类推，可线平衡。依此类推，可作作N条平行操作线，第条平行操作线，第N条操作线与动力学条操作线与动力学曲线的交点对应的曲线的交点对应的xA即为即为xAN。(两操作线斜率可不同两操作线斜率可不同)。当。当VR1=VR2时，时，可作出第二条操作线可作出第二条操作线,由交点由交点xA2 若各小釜的若各小釜的T和和VR不同，则应不同，则应做做N条不同的动力学曲线

29、和条不同的动力学曲线和N条斜条斜率不同的操作线，据第率不同的操作线，据第n釜的操作釜的操作线与第线与第n条动力学曲线的交点求：条动力学曲线的交点求：则两操作则两操作(2)求等容各小釜的体积求等容各小釜的体积VRi及及VRT：已知：已知k,n或或xA-(-rA)数据数据,v0、N、xAN。(等温反应等温反应)a、作出动力学曲线、作出动力学曲线MNb、作、作N条操作线：从原点出条操作线：从原点出发，假设一斜率，发，假设一斜率，作作N条同条同斜率的操作线，使第斜率的操作线，使第N条操条操作线与动力学线交点对应的作线与动力学线交点对应的xAxAN。否则，重新假设斜否则，重新假设斜率重作，直到刚好符合为

30、止。率重作，直到刚好符合为止。c、据作操作线的斜率、据作操作线的斜率 求例例9：(8-8)P40 根据例根据例8-5数据，求用四个等容积小釜串联时的数据，求用四个等容积小釜串联时的VRT。解：根据题给解：根据题给(-rA)-xA关系式，求得动力学数据关系式，求得动力学数据 (xA=0.8)令一组令一组xA，求得对应的，求得对应的(-rA)xA 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1(-rA)1.89 1.53 1.21 0.93 0.68 0.47 0.3 0.17 0.08 0.02 0a、据表中数据作动力学曲线；、据表中数据作动力学曲线；b、作釜操作

31、线：从原点出发，假设一斜率作四条操作线使第、作釜操作线：从原点出发，假设一斜率作四条操作线使第4条操条操作线与动力学曲线的交点对应的的作线与动力学曲线的交点对应的的xA0.8，用假定的斜率，用假定的斜率(从图上读从图上读得得)求求VRnVRT(1.58m3)。见表。见表8-4：P42 作业作业P45（11）a、绘出动力学曲线、绘出动力学曲线b、作操作线：从原点出发，作斜率为、作操作线：从原点出发，作斜率为(3)、求釜数、求釜数N：已知已知k、n或或xA-(-rA)数据，及数据，及 的操作线，直到某条操作的操作线，直到某条操作线与动力学曲线交点对应的线与动力学曲线交点对应的xAxAN时，所作操作

32、线的条数时，所作操作线的条数=N。7-7浓度对复杂反应的影响浓度对复杂反应的影响一、浓度对一、浓度对可逆反应可逆反应的影响的影响 优化目的优化目的提高提高xA和和(-rA)一级可逆：一级可逆：平衡时:(-rA)=0(-rA)=k1CA-k2CP=k1CA-k2(CA0-CA)=k1CA-k2CA0+k2CA (CP=CA0-CA)=(k1+k2)CA-k2CA0=(k1+k2)(CA-CAe)=(k1+k2)CA0(xAe-xA)定容反应定容反应有惰有惰性气体时：设性气体时：设CT=CA+CP+Ci Ci-惰气惰气 CP=CT-CA-Ci 同理可同理可导得：导得：(-rA)=k1CA-k2(C

33、T-CA-Ci)=(k1+k2)CA-k2(CT-Ci)AP等温可逆反应时可采取措施有：等温可逆反应时可采取措施有：1.据上式知：据上式知：CA，(-rA)，为提高为提高CA 应尽量减少返混，即应尽量减少返混，即采用无反混的反应器。采用无反混的反应器。2.对有多个反应物的反应体系对有多个反应物的反应体系,如如:CO+H2O CO2+H2可提高廉价原料的浓度可提高廉价原料的浓度CH2O，以提高，以提高xCO(e),则则(-rA)提高。提高。为提高为提高(-rA)，可降低，可降低xA，而采用循环流程，在较低转化率，而采用循环流程，在较低转化率时将反应混合物引出反应器。分离出产物后，使反应物返时将反

34、应混合物引出反应器。分离出产物后，使反应物返回反应体系打循环，如合成氨：回反应体系打循环，如合成氨：N2+3H2 2NH3二、浓度对平行反应的影响二、浓度对平行反应的影响 优化目的优化目的提高提高目的产物目的产物的选择率的选择率为提高对目的产物的选择率，对于不情况应采取不同措施：为提高对目的产物的选择率，对于不情况应采取不同措施：1.当当a1 a2 b1b2时，应时，应 CA和和CB：应选管式反应器和间歇釡，一次：应选管式反应器和间歇釡，一次投料，在低投料，在低XA下反应，分离产物后反应物打循环。下反应，分离产物后反应物打循环。2.当当a1 a2，b1b2时，应时，应CA、CB：应选用全混流反

35、应器，滴加：应选用全混流反应器，滴加AB或用稀释剂或产物稀释反应物（产物循环）。或用稀释剂或产物稀释反应物（产物循环）。3.当当a1 a2，b1b2时，应时，应 CA，CB：应选用管式间歇釜或多级串联：应选用管式间歇釜或多级串联釜，釜，B：一次投料，一次投料，A：滴加或分多股多处加入。滴加或分多股多处加入。5.当当a1=a2 b1=b2时，时，与与CA、CB无关，应设法无关，应设法 k1/k2，如改变温度或，如改变温度或加入加入Cat等。等。三、浓度对连串的影响三、浓度对连串的影响 优化目的优化目的提高目的产物的选择率提高目的产物的选择率连串反应大多数为一级反应：即即P k1/k2 P CA/

36、CP 而而CA/CP与与反反有关。如图有关。如图8-18为提高对目的产物的选择率为提高对目的产物的选择率,对于不情况采取不同措施：对于不情况采取不同措施：1.P CA 不不应当应当采用全混流反应器采用全混流反应器。2.反应存在反应存在t最佳最佳，当当k1k2时时，t 最佳最佳较大，较大，可在较高可在较高xA下反应下反应；当当k1k2时时，t最佳最佳较小，较小，应在较低的应在较低的xA下反应下反应,分离产物后反应物循环分离产物后反应物循环;k1k2时时,t 最佳最佳介于前两者之间。介于前两者之间。3.达到达到t最佳最佳时，应迅速终止反应时，应迅速终止反应，如骤然降温，突变，如骤然降温，突变PH值

37、，突然稀释反应物，破坏催化剂等。值，突然稀释反应物，破坏催化剂等。四、反应器的选择和操作条件的确定四、反应器的选择和操作条件的确定 工业反应器一般为流动反应器，而流动引起的返混、工业反应器一般为流动反应器，而流动引起的返混、传热、传质的变化都会影响化学反应，这种影响的大小又传热、传质的变化都会影响化学反应，这种影响的大小又取决于反应本身的特点。取决于反应本身的特点。化学反应器的选择是一个极为困难的问题，一般说化学反应器的选择是一个极为困难的问题，一般说来，来，反应物和催化剂的相态、反应的特点反应物和催化剂的相态、反应的特点(定、变容反应，定、变容反应，简单、复杂反应简单、复杂反应,以及优化目标

38、等）、以及优化目标等）、所要达到的反应要所要达到的反应要求，为实现此要求所需采取的措施，以及为实现工艺条件求，为实现此要求所需采取的措施，以及为实现工艺条件需要满足的传热速率和传质速率等，这些因素都可能对反需要满足的传热速率和传质速率等，这些因素都可能对反应器的选择有决定作用应器的选择有决定作用。同时，。同时，生产规模、产物性质、安生产规模、产物性质、安全、经济等因素也不容忽视全、经济等因素也不容忽视。所以在许多情况下，。所以在许多情况下，反应器反应器都需要专门设计都需要专门设计。选择时须综合考虑以上各种因素，确定反应器类型和选择时须综合考虑以上各种因素，确定反应器类型和操作方法（操作方法（XA的高低、投料方式，是否循环、是否分段反的高低、投料方式，是否循环、是否分段反应、是否流化应、是否流化等）等）作业：作业：P45（9，10，13）0513331-25