1、2022年7月31日星期日 2022年7月31日星期日4 间歇反应器的最优操作时间1 物料衡算第一节 间歇式完全混合反应器第三章 理想反应器2 热量衡算3 反应容积的计算2022年7月31日星期日反应器设计的基本内容反应器设计的基本内容1）根据化学反应的动力学特性来选择合适的反应器形式；）根据化学反应的动力学特性来选择合适的反应器形式；2）结合动力学和反应器两方面特性来确定操作方式和优化）结合动力学和反应器两方面特性来确定操作方式和优化 的操作设计；的操作设计；3）根据给定的产量对反应装置进行设计计算，确定反应器）根据给定的产量对反应装置进行设计计算，确定反应器 的几何尺寸并进行某些经济评价。
2、的几何尺寸并进行某些经济评价。2022年7月31日星期日（无返混）（无返混）（返混程度最大）（返混程度最大）理想反应器理想反应器理想混合反应器理想混合反应器（完全混合）（完全混合）平推流平推流反应器反应器（无（无返混返混）间歇式完全混合间歇式完全混合连续式完全混合连续式完全混合2022年7月31日星期日 返返 混混：不同停留时间的粒子间的混合不同停留时间的粒子间的混合 平推流平推流：反应物料以相同的流速和一致的方向进行移动，反应物料以相同的流速和一致的方向进行移动，所有的物料在器内具有相同的停留时间。所有的物料在器内具有相同的停留时间。2022年7月31日星期日 第一节第一节 间歇式完全混合反
3、应器间歇式完全混合反应器2022年7月31日星期日特点：特点：反应器内各处温度始终相等，无需考虑反应器内的热反应器内各处温度始终相等，无需考虑反应器内的热量传递问题量传递问题 所有物料具有相同的反应时间所有物料具有相同的反应时间 优点：优点：操作灵活，易于适应不同操作条件与不同产品品种，操作灵活，易于适应不同操作条件与不同产品品种，适用于小批量，适用于小批量，多品种，反应时间较长的产品生产多品种，反应时间较长的产品生产 缺点：缺点：装料，卸料等辅助操作时间长，产品质量不易稳定装料，卸料等辅助操作时间长，产品质量不易稳定2022年7月31日星期日对于间歇釜式反应器：对于间歇釜式反应器：假设釜的有
4、效反应容积为假设釜的有效反应容积为VR ，单位时间内反应掉的，单位时间内反应掉的A量量为：为：RAVr)(积累积累 dtdnA1 物料衡算物料衡算单位时间单位时间输入的物输入的物料料A量量 单位时间单位时间输出的物输出的物料料A量量 单位时间单位时间内反应掉内反应掉的的A量量 A在反应在反应器内积累器内积累速率速率_=dtcVdAR输入输入=输出输出=02022年7月31日星期日dtcVdVrARRAAARncVdtcVdARdtdxVnrARAA0积分得：积分得：AxARAArVdxn00 间歇完全混合反应器的设计方程间歇完全混合反应器的设计方程AAxn10dtdxnAA0AxAAArdxc
5、00AAccAArdc0RAVr2022年7月31日星期日2 热量衡算热量衡算 单位时间单位时间内输入的内输入的热量热量单位时间单位时间内输出的内输出的热量热量单位时间单位时间的反应热的反应热单位时间单位时间内累积的内累积的热量热量_=输入热量输入热量TTUAm输出的热量输出的热量=0单位时间的反应热单位时间的反应热 rRAHVr对于间歇式反应器：对于间歇式反应器：2022年7月31日星期日对于恒容过程对于恒容过程 ：TTUAHVrdtdTVcmrRARv积累积累 dtTVcdRv dtTVcdVrHTTUARvRArmTTVcUAcHrdtdTmRvvrATTVcUAdtdxccHmRvAv
6、Ar0变温操作热衡算式，操作方程变温操作热衡算式，操作方程2022年7月31日星期日对于非等温操作：对于非等温操作：00,0,0TTxcctAAA与设计方程联立，用龙格库塔法求解与设计方程联立，用龙格库塔法求解对于绝热操作：对于绝热操作：0UdtdxccHdtdTAvAr00,0,0AAxxTTt积分：积分：000AAvArxxccHTT2022年7月31日星期日3 反应容积的计算反应容积的计算00ttQVR：反应时间：反应时间t：辅助时间：辅助时间0t0Q：辅助时间单位时间内处理的反应物料的体积：辅助时间单位时间内处理的反应物料的体积2022年7月31日星期日 实际反应器的体积实际反应器的体
7、积fVVR 装填系数，装填系数，0.4-0.85。一般由实验确定，也可根据反应。一般由实验确定，也可根据反应物料的性质不同而选择。物料的性质不同而选择。对于对于沸腾或起泡沫沸腾或起泡沫的液体物料，可取的液体物料，可取0.4-0.6 对于对于不起泡或不沸腾不起泡或不沸腾的液体，可取的液体，可取0.7-0.85:f2022年7月31日星期日例例 3-1 用间歇反应器进行乙酸和乙醇的酯化反应，每天生用间歇反应器进行乙酸和乙醇的酯化反应，每天生 产乙酸乙酯产乙酸乙酯12000kg，其化学反应式为：，其化学反应式为：OHHCCOOHCH523原料中反应组分的质量比为原料中反应组分的质量比为A:B:S=1
8、:2:1.35,反应液的反应液的密度为密度为1020kg/m3,并假定在反应过程中不变，每批装并假定在反应过程中不变，每批装料，卸料及清洗等辅助操作时间为料，卸料及清洗等辅助操作时间为1h，反应在，反应在100下等温操作，其反应速率方程如下：下等温操作，其反应速率方程如下：KcccckrSRBAA1OHHCOOCCH252312kk2022年7月31日星期日100时时：min/1076.441mollk平衡常数平衡常数K=2.92，试计算乙酸转化，试计算乙酸转化35%时所需的反应时所需的反应体积，根据反应物料的特性，若反应器填充系数去体积，根据反应物料的特性，若反应器填充系数去0.75，则反应
9、器的实际体积是多少？，则反应器的实际体积是多少？2022年7月31日星期日分析：分析：fVVR求求RV求求V00ttQVR0t已知已知求求0Q和和t0Qt设计方程设计方程已知已知2022年7月31日星期日解：解：首先计算原料处理量首先计算原料处理量 0Q每小时的乙酸用量为：每小时的乙酸用量为：ARxM2412000由于原料液中由于原料液中A:B:S=1:2:1.35kg35.435.121原料液中含原料液中含1kg乙酸乙酸原料液量为：原料液量为：102035.46023.16hm/155.4335.0248812000hkmol/23.162022年7月31日星期日原料液的起始组成：原料液的起
10、始组成：155.423.160Ac46260908.30Bc1835.160908.30Sc由由AxAAArdxct00求反应时间求反应时间lmol/908.3lmol/2.10lmol/59.172022年7月31日星期日AARxcc0 AASSxccc00AAAxcc10 AABBcccc00先将题给的速率方程变换成转化率的函数：先将题给的速率方程变换成转化率的函数：代入速率方程，整理后得：代入速率方程，整理后得：2021AAAccbxaxkr式中：式中：00ABccc 908.32.1061.22022年7月31日星期日AxAAAAcbxaxdxckt02011kccccbAsAB000
11、01ka1192.2908.359.17908.32.10192.21115.5acbbaxacbbaxacbckAAA4242ln41222016575.02022年7月31日星期日61.2235.0434.415.562.2235.0434.415.5ln434.4908.31076.414t所需的反应体积为：所需的反应体积为：00ttQVR反应器的实际体积为：反应器的实际体积为：75.038.12Vmin8.1181608.118155.4338.12m351.16macb426575.061.2415.52434.42022年7月31日星期日4 4 间歇反应器的最优操作时间间歇反应器的
12、最优操作时间ttt00t一定一定最优t目标函数目标函数增大增大减小减小tArRr减小减小2022年7月31日星期日1.1.以单位时间的产品产量为目标以单位时间的产品产量为目标反应反应 RA，反应产物反应产物R R的浓度为的浓度为 ，单位时间单位时间Rc的产品产量为：的产品产量为：hmolttVcyRRR/0200ttcdtdcttVdtdyRRRR02022年7月31日星期日 0ttcdtdcRR单位时间产物产量最大所必须满足的条件单位时间产物产量最大所必须满足的条件 00RRcttdtdc求法求法图解法图解法数值法数值法2022年7月31日星期日a)a)图解法图解法McRt0tAt02022
13、年7月31日星期日b)b)数值法数值法 tFcRdtdcR tf 00tttftF用直接迭代法或牛顿用直接迭代法或牛顿-拉夫森法求得满足上述关系的拉夫森法求得满足上述关系的t t值值 dttdF tf0ttcR0tt Rc tF2022年7月31日星期日2.2.以生产费用最低为目标以生产费用最低为目标RRRFTMCVataatA000a：辅助操作费用辅助操作费用a：单位时间内反应操作费用单位时间内反应操作费用Fa：固定费用固定费用TA：单位质量产品的总费用：单位质量产品的总费用2022年7月31日星期日dtdATaatatcdtdcFRR00生产费用最小所必须满足的条件生产费用最小所必须满足的
14、条件2001RRFRRRcdtdcataatacVM02022年7月31日星期日用图解法求解用图解法求解NBaataF00cRt0t2022年7月31日星期日第二节第二节 半间歇式釜式反应器半间歇式釜式反应器以二级不可逆反应为例以二级不可逆反应为例 PBA反应速率方程为：反应速率方程为：BAAckcr 假设假设B B间歇投料，间歇投料，A A缓慢连续加料，则：缓慢连续加料，则：0BBcc ABAckcr0Ack2022年7月31日星期日对对A A进行物料衡算：进行物料衡算：输入输入 =00Acv输出输出 =0 0dtcVdAR积累积累 =反应反应 =RAVrdtcVdVckcvARRAA00d
15、tcVdVrcvARRAA00RAVck2022年7月31日星期日对总物料衡算：对总物料衡算：tvVVRR00分离变量分离变量 tkAARekcvcV100tkRAAetvVkcvc10000试分析反应物试分析反应物A的浓度随时间如何变化？的浓度随时间如何变化？2022年7月31日星期日)(ht0/Acc0/RRcc0/AAcc2022年7月31日星期日产物浓度的表达式：产物浓度的表达式：A反应掉的摩尔数反应掉的摩尔数 ：ARAcVtcv00P生成的摩尔数生成的摩尔数 ：pRcVppRAARAcVcVtcv001pAARApRcVtcvcV002022年7月31日星期日ARApctvVtcvc
16、0000tkRAetktvVkcv10000tkRARAetvVkcvtvVtcv100000000产物产物P的浓度随时间如何变化？的浓度随时间如何变化？2022年7月31日星期日t=0 t=0 时，时，Q=0,Q=0,t时，时，rAHcvQ00对于放热反应，可对于放热反应，可通过控制通过控制A A的加入速度的加入速度00Acv来方便地控制反应的放热速率，来方便地控制反应的放热速率，实现对反应温度的控制实现对反应温度的控制。操作中的反应放热速率：操作中的反应放热速率：ArRrHVQrtkAHecv100rRAHVck2022年7月31日星期日第三节第三节 全混流反应器全混流反应器1 物料衡算2
17、 反应器中其他时间表示方法3 设计方程的应用4 间歇反应器和全混流反应器的比较5 全混流反应器的热衡算与热稳定性2022年7月31日星期日第三节第三节 全混流反应器全混流反应器1 1、物料衡算、物料衡算输入输入=00Acv输出输出 =Acv0积累积累 =0=0 A A的反应量的反应量 =RAVr0)(000RAAAVrcvcvRAAAVrcvcv0002022年7月31日星期日AAARrccvV00AAARrxcvV00 全混流反应器的设计方程全混流反应器的设计方程进料的体积流量反应器的有效容积AAArxcv000vvRAAArxc0定义空时定义空时2022年7月31日星期日代表代表反应器处理
18、物料的能力反应器处理物料的能力变小，处理能力变大变小，处理能力变大对于对于均相反应均相反应：空时空时空速空速1（体积空速）（体积空速）对于对于非均相反应非均相反应，常以催化剂质量多少表示反应器的体积，常以催化剂质量多少表示反应器的体积空速空速:单位反应体积，单位时间内所处理的物料量单位反应体积，单位时间内所处理的物料量2022年7月31日星期日2 2、反应器中其他时间表示方法、反应器中其他时间表示方法 反应物料进入反应器后，从实际发生反应的反应物料进入反应器后，从实际发生反应的 时刻起到反应达某一程度的时间。时刻起到反应达某一程度的时间。指反应物粒子从进入到离开反应器的时间指反应物粒子从进入到
19、离开反应器的时间对于对于间歇反应器间歇反应器和和平推流反应器平推流反应器，反应时间和停留时间相同反应时间和停留时间相同对于对于全混流反应器全混流反应器，由于可能有短路，死区和循环流，物料，由于可能有短路，死区和循环流，物料在器内停留时间不同，具有停留时间的分布，此时常用平均在器内停留时间不同，具有停留时间的分布，此时常用平均停留时间来表征。停留时间来表征。1）反应时间反应时间：2）停留时间）停留时间：2022年7月31日星期日反应器的有效容积与器内物料的体积流速反应器的有效容积与器内物料的体积流速之比。之比。vVtR3）平均停留时间与）平均停留时间与空时空时t和和含义不同含义不同:非恒容过程，
20、非恒容过程，两者不同。两者不同。平均停留时间平均停留时间：0vv 恒容过程恒容过程两者是一致的两者是一致的2022年7月31日星期日例例 3-2 2266575.015.561.2908.31076.4AAAxxr如如上例上例，取，取hmQv/155.430030/908.3mkmolcA30/2.10mkmolcB30/59.17mkmolcS35.0Ax时，hlmolrA/3873.0AAARrxcvV003873.035.0908.3153.43675.14m2022年7月31日星期日3 3 设计方程的应用设计方程的应用0vVR已知已知-rA，可求得不同空时下的组成，可求得不同空时下的组
21、成例例:对于一级不可逆串联反应对于一级不可逆串联反应：SPAkk21求求maxpcAAArcc0AAArxc02022年7月31日星期日AAckr1pApckckr21psckr2对于着眼组分对于着眼组分A有：有：0vvR对于着眼组分对于着眼组分P 有：有：ppprcc0AAArcc0AAAckcc101011kccAApprcpApckckc212022年7月31日星期日pApckckc21211011kkkccAp由于由于:pAAscccc021221011kkkkccAspAckkck210112022年7月31日星期日0ddcp可得可得 maxpc时：时：211kk此时：此时：2211
22、20max1kkccAp2022年7月31日星期日4 间歇反应器和全混流反应器的比较间歇反应器和全混流反应器的比较Ar1cAAccAArdc0BAAc0Ac2022年7月31日星期日对于间歇反应器，不考虑辅助操作时间时，其有效容积：对于间歇反应器，不考虑辅助操作时间时，其有效容积：tQVB0全混流反应器，有效容积：全混流反应器，有效容积：0vVR当当00vQ 时时:tVVRB 即间歇反应器的容积与所需全混流反应器的容积之比即间歇反应器的容积与所需全混流反应器的容积之比等于相应的等于相应的反应时间和空时反应时间和空时之比。之比。2022年7月31日星期日令令:RBVVt-全混流反应器的容积全混流
23、反应器的容积系数系数AAAccAArccrdctAB0即即:2022年7月31日星期日设反应级数为设反应级数为nAxnAAAnAxdxxx011对于各种对于各种n值求解，结果列于下表中值求解，结果列于下表中:2022年7月31日星期日 n -1 0 1 0.5 1 2 3AAxx15.01AAAxxx1125.0AAAxxx11ln1Ax121Ax表达式2022年7月31日星期日应用结果计算出应用结果计算出n值下值下随随Ax的变化，如图的变化，如图:1n0n2310.80.60.1000.20.40.60.81.0Ax5.02022年7月31日星期日5、全混流反应器的热衡算与热稳定性、全混流反
24、应器的热衡算与热稳定性1）热衡算）热衡算输入输入=TTUATcvmp00输出输出=Tcvp0积累积累=0反应热反应热=rRAHVr0000rRApmpHVrTcvTTUATcv2022年7月31日星期日rRAmpHVrTTUATTcv00绝热时：绝热时：rRApHVrTTcv00 全混流反应器的操作方程全混流反应器的操作方程prRAcvHVrTT00AAArxc02022年7月31日星期日prRAAcvHVxcTT000prAAcHxc0与设计方程联立可求出反应温度与设计方程联立可求出反应温度与间歇釜式反应器对比，反应温度与转化率、反应时间的关系与间歇釜式反应器对比，反应温度与转化率、反应时间
25、的关系)()(000AAvArxxccHTT2022年7月31日星期日反应器的热量衡算式为：反应器的热量衡算式为：rRAmpHVrTTUATTcv00pmpprRAcvUATTcvUATcvHVr00001令：令：prRAgcvHVrQ02）全混流反应器的热稳定性分析）全混流反应器的热稳定性分析反应器内的放热速率反应器内的放热速率2022年7月31日星期日令：令：PrcHpcvUA0则上式变为：则上式变为：AgrQmrTTTQ01当定态操作时：当定态操作时：rgQQ pmprcvUATTcvUATQ0001散热速率散热速率2022年7月31日星期日以一级不可逆反应为例，对于一级不可逆反应，有：
26、以一级不可逆反应为例，对于一级不可逆反应，有：AAAxcRTEkr1exp00由反应器的设计方程得：由反应器的设计方程得：kkxA1kxA111RTEkRTEkcQAgexp1exp0002022年7月31日星期日gQ对对 T 作图为作图为S型曲线，如图型曲线，如图:gQTpArgccHQ/)(0下降v0增大分析分析、v0、CA0、与曲线形状的关系、与曲线形状的关系2022年7月31日星期日由由mrTTTQ01知知，TQr曲线为一直线曲线为一直线 直线的斜率直线的斜率：1截距：截距：mTT 0rQT2022年7月31日星期日分析料液的分析料液的起始温度与曲线形状的关系起始温度与曲线形状的关系：
27、mTT0增大，直线右移，斜率不变。增大，直线右移，斜率不变。rQT0T2022年7月31日星期日提高提高冷却介质的温度冷却介质的温度：mTT0增大，直线右移，斜率不变。增大，直线右移，斜率不变。rQT2022年7月31日星期日分析分析进料流率对散热线的影响进料流率对散热线的影响：rQT0v45绝热，绝热，0v0=0或或A=Tm2022年7月31日星期日若为绝热反应，则由热量衡算式知：若为绝热反应，则由热量衡算式知：PrAAcHxcTT000TTQr在常态下应满足：在常态下应满足：rgQQ 将将TQg和和TQr同时标绘在一张图上：同时标绘在一张图上：2022年7月31日星期日gQTrQgQET4
28、TDTBT3TAT4322022年7月31日星期日多重定态：多重定态：满足热平衡条件的状态满足热平衡条件的状态稳态：稳态：当有微小扰动时，具有自衡能力的定态。当有微小扰动时，具有自衡能力的定态。多重定态现象的存在可能使操作条件连续变化的反应器多重定态现象的存在可能使操作条件连续变化的反应器的操作状态发生突变的操作状态发生突变2022年7月31日星期日A B C D E126357489TGQrQ0T增大TaTbTcTdTe2022年7月31日星期日0TTA BCE126D3574892022年7月31日星期日3）全混流反应器热稳定性的判据）全混流反应器热稳定性的判据 所有稳定的定常态点具有的特
29、征：所有稳定的定常态点具有的特征：散热线的斜率大于散热线的斜率大于放热曲线的斜率放热曲线的斜率dTdQdTdQgr1dtdQrdTdxxrTrdTdQAAAAg(a)2022年7月31日星期日定态时，由物料衡算知：定态时，由物料衡算知：AAArxc0AAArcx0dTdxxrTrcdTdxAAAAAA0即：AAAAAAxrcTrcdTdx001(b)2022年7月31日星期日将将(b)代入代入(a)：AAAAAAAgxrcxrcTrdTdQ00111TrA 保守的判据保守的判据TrA2022年7月31日星期日对于绝热反应对于绝热反应n级：级：02001expRTExcRTEkTrnAnAAnA
30、nAAxcRTEkr1exp00代入：代入：2001expRTExcRTEkTrnAnAA2RTErA2RTEQg2022年7月31日星期日绝热操作时，定态点绝热操作时，定态点 0TTQQrg稳态操作：稳态操作：202RTETTRTEQgERTTT20绝热操作的全混流反应器允许的绝热操作的全混流反应器允许的 最大温升最大温升12022年7月31日星期日第四节 多釜串联组合的全混流反应器1.流程2.多釜串联反应器的总容积3 多釜串联全混流反应器的最优容积比2022年7月31日星期日第四节 多釜串联组合的全混流反应器1.流程流程0AC0v1V1AC1ACv1,Ar1,iACiAC,1,NACNAC
31、,iVAiCiAr,NVNAC,NAr,2022年7月31日星期日Ac对对Ar1作图作图 Ar1AcAAcr10Ac1ANcANc2022年7月31日星期日2.多釜串联反应器的总容积多釜串联反应器的总容积1）解析法）解析法 以一级不可逆反应为例，对于恒容系统，任意第以一级不可逆反应为例，对于恒容系统，任意第i个反应个反应器有：器有：AiAiAiircc1AiiAiAickcc1即：即：iiAiAikcc1112022年7月31日星期日假设反应是等温反应，假设反应是等温反应，kki，有：有：nAOANkkkcc1.11121ANx1令各釜的空时令各釜的空时i相等，则：相等，则：NiANkx111
32、11111NANixkN个反应器的总容积个反应器的总容积:RiRNvV 0vNi2022年7月31日星期日2）图解法）图解法当反应级数当反应级数1n可用可用图解法计算。图解法计算。ArAcAiAiAiircc10Ac01211Ac2Ac2022年7月31日星期日3 多釜串联全混流反应器的最优容积比多釜串联全混流反应器的最优容积比对于第对于第i个反应器，有：个反应器，有：AiAiAircc0AiAiAiArxxc10反应流体在反应流体在N个串联全混流反应器的总的空时：个串联全混流反应器的总的空时：Nii1ANANANAAiAiAiArxxcrxxc1010.2120110AAAAAAArxxcr
33、xc2022年7月31日星期日满足满足为最小的条件为最小的条件:0Aix10210AiAAiAiAiAiAiAiAAircrxrxxrcx得：AiAiAiAAiAirrxxxr111111满足总容积最小的条件满足总容积最小的条件02022年7月31日星期日对于一级不可逆反应：对于一级不可逆反应：AiAikcrAiAixr1AiAAiAAiAixkcxkcxx1111101012011AiAxkc可得：可得：11111AiAiAiAiAiAixxxxxx2022年7月31日星期日两边同时乘以两边同时乘以00AAkcc，可得：可得：1ii 对于非一级反应，需求解非线性代数方程组得各釜出口转化率，然
34、后再计算反应体积，或用图解法确定各釜出口转化率。2022年7月31日星期日结论：结论：总反应体积最小的条件：总反应体积最小的条件：反应物流流动方向，各釜的体积依次增大，即反应物流流动方向，各釜的体积依次增大，即小小 釜在前，大釜在后。釜在前，大釜在后。n1时时:各釜反应体积依次减小。各釜反应体积依次减小。0n1时时:n=1时时:各釜体积相等。各釜体积相等。n=0时时:串联釜式反应器的总反应体积与单一釜式反应串联釜式反应器的总反应体积与单一釜式反应器的反应体积相等，串联操作无必要。器的反应体积相等，串联操作无必要。单釜操作优于串联操作。单釜操作优于串联操作。n多釜串联全混流多釜串联全混流间歇全混
35、流间歇全混流平推平推流反应器流反应器此时所需的反应容积：此时所需的反应容积：（对于（对于n0n0的不可逆等温反应均有此特征）的不可逆等温反应均有此特征）2022年7月31日星期日xAAr1xAAr1xAAr10AC0AC01AC02AC03AC平推流反应器平推流反应器全混流反应器全混流反应器多釜串联全混流多釜串联全混流2022年7月31日星期日)Ar1随随Ax单调递减单调递减（对于（对于n0n平推流反应器平推流反应器多釜串联全混流多釜串联全混流单单釜全混流釜全混流此时所需的反应容积：此时所需的反应容积：2022年7月31日星期日Ar1Ax0AC(全混流全混流反应器）反应器）0/AC（平推流反应
36、器）（平推流反应器）Ar1Ax01AC02AC03AC04AC05/AC5100AiACC2022年7月31日星期日）Ar1对对Ax的曲线上存在着极小值的曲线上存在着极小值（自催化反应和绝热操作的放热反应具有这种特征）（自催化反应和绝热操作的放热反应具有这种特征）当当xAfxAM时，时，与（与（）同，全混流反应器最佳，）同，全混流反应器最佳，平推流所需的容积最大平推流所需的容积最大当当xA0 xAM时，时，与（与（）同，平推流反应器最佳，）同，平推流反应器最佳，单釜全混流反应器所需容积最大单釜全混流反应器所需容积最大当当xA0 xAM而而 xAfxAM时，时，全混流串接平推流最优全混流串接平推
37、流最优 循环操作的平推流反应器次之，平推流、全混流循环操作的平推流反应器次之，平推流、全混流 反应器最差。反应器最差。2022年7月31日星期日Ar1AxAMxAfx02/AC01/AC2022年7月31日星期日2）最佳操作温度）最佳操作温度不可逆反应：不可逆反应：可逆反应：可逆反应：T,rT,rA A,尽可能提高尽可能提高T。可逆吸热：可逆吸热：T,rT,rA A，K,xA T尽可能高尽可能高可逆放热可逆放热：T,rT,rA A，K,xA存在一最佳温度存在一最佳温度2022年7月31日星期日）等温操作）等温操作 等温操作时，等温操作时，TxFA,当给定当给定后，可求出使后，可求出使Ax最大的
38、操作温度最大的操作温度TopT）变温操作）变温操作AAAxgkxkfr当反应速率最大时有：当反应速率最大时有：0dTkdxgdTdkxfTrAA2022年7月31日星期日其中：其中：RTEkkexp0RTEkkexp0022RTEkxgRTEkxfTrAAAEkkExfxgAA又又:当反应在当反应在Ax下达到平衡时，有：下达到平衡时，有：0Ar2022年7月31日星期日0AeAexgKxfKeeAAKKxfxgeekkEkkEeeRTEkRTEkERTEkERTEkexpexpexpexp0000解出：解出：EEEERTTopteln112022年7月31日星期日2 2 复合反应复合反应产物产
39、物P P的瞬时收率：的瞬时收率：APPrrAPdcdc总收率：总收率：001AAccAPAAPdccc对于全混流反应器，瞬间收率与总收率相等：对于全混流反应器，瞬间收率与总收率相等：PP2022年7月31日星期日PPAiPiccAiAiPiPicccc11对于多釜串联的全混流反应器系统，其中的任意的对于多釜串联的全混流反应器系统，其中的任意的第第i i釜釜:总收率：总收率：NiiN1NiAiAiPiPicccc111NiAiPicc12022年7月31日星期日1)1)串联反应串联反应SPAkk21一级不可逆串联反应一级不可逆串联反应122210maxkkkAPkkCC相应的反应时间相应的反应时
40、间ToptTopt为：为：1212lnkkkktopt平推流、间歇釜式反应器平推流、间歇釜式反应器2022年7月31日星期日全混流时，产物最大浓度和相应于最大浓度下的空时全混流时，产物最大浓度和相应于最大浓度下的空时25.0120max1kkCCAP211kkopt 对于一级不可逆串联反应，对于一级不可逆串联反应，平推流反应器对产平推流反应器对产物物P P来说总是优于全混流反应器。来说总是优于全混流反应器。2022年7月31日星期日1021kk1.021kkpAx0.121kk平推流全混流2022年7月31日星期日2)2)平行反应平行反应）对于单一反应组分的平行反应，如：）对于单一反应组分的平
41、行反应，如：APs或或:APRs瞬间收率瞬间收率P与与Ac之间可能有三种变化形状：之间可能有三种变化形状：a)P随随Ac的增大而单调地增大的增大而单调地增大 反应器内的返混作用将是不利的反应器内的返混作用将是不利的平推流反应器平推流反应器 多釜串联多釜串联 单釜全混流反应器单釜全混流反应器2022年7月31日星期日c)P对对Ac曲线存在最大值的场合曲线存在最大值的场合 P随随Ac的增大而单调地下降的增大而单调地下降 b)返混有利于收率的提高，返混有利于收率的提高，全混流反应器最佳，其次是多釜串联，平推流。全混流反应器最佳，其次是多釜串联，平推流。P最大值之前，返混有利，之后返混是不利最大值之前
42、，返混有利，之后返混是不利的，的，采用全混流串联平推流反应器最优。采用全混流串联平推流反应器最优。2022年7月31日星期日）两组分参加的平行反应）两组分参加的平行反应A+BPs1111bBaAPcckr 222bBaAScckr 产物产物P P的瞬间选择性为：的瞬间选择性为：SPPrrS 212121bbBaaAcckk可见，为提高产物可见，为提高产物P P的收率，应使的收率，应使PS增大增大 2022年7月31日星期日a)2121,bbaa平推流反应器最优，平推流反应器最优，可使反应过程中可使反应过程中A A和和B B的浓度的浓度尽可能维持在较高浓度下。尽可能维持在较高浓度下。b)2121
43、,bbaa在较高的在较高的Ac和低的和低的Bc下下有利于生成有利于生成P P的主反应速率占主要的主反应速率占主要地位，此时应采用适宜的进料方式来调节地位，此时应采用适宜的进料方式来调节A A和和B B的浓度，的浓度，如果产物如果产物P P和反应物和反应物B B易于与易于与A A分离，则在反应器后串接分离，则在反应器后串接一个分离器的操作将更为有利提高一个分离器的操作将更为有利提高P P的收率。的收率。2022年7月31日星期日c)2121,bbaa应使应使A A和和B B的浓度维持在低的水平，采用的浓度维持在低的水平，采用全混流反应全混流反应器最佳。器最佳。d)主反应活化能1E副反应活化能2E 应采取尽可能高的操作温度下进行反应，应采取尽可能高的操作温度下进行反应，21EE 则采用低温操作。则采用低温操作。
