第三節(jié)反應器型式和操作方式的評比和選擇

1、 在工業(yè)規(guī)?；瘜W反應器中進行的過程，是比在工業(yè)規(guī)?；瘜W反應器中進行的過程，是比較復雜的。其中既有化學反應過程，又有傳質(zhì)、較復雜的。其中既有化學反應過程，又有傳質(zhì)、傳熱和不均勻流動等物理過程，物理過程與化學傳熱和不均勻流動等物理過程，物理過程與化學反應過程相互影響、相互滲透，影響反應結(jié)果。反應過程相互影響、相互滲透，影響反應結(jié)果。 從本質(zhì)上，物理過程不改變反應過程的動力學從本質(zhì)上，物理過程不改變反應過程的動力學規(guī)律。即反應的動力學方程并不因為物理過程的規(guī)律。即反應的動力學方程并不因為物理過程的存在而發(fā)生變化。但是流體的流動、傳質(zhì)和傳熱存在而發(fā)生變化。但是流體的流動、傳質(zhì)和傳熱過程會影響實際反應場

2、所的濃度和溫度在時間和過程會影響實際反應場所的濃度和溫度在時間和空間上的分布，從而影響反應的最終結(jié)果。也就空間上的分布，從而影響反應的最終結(jié)果。也就是同一反應動力學方程，由于物料的濃度和溫度是同一反應動力學方程，由于物料的濃度和溫度不同，則反應速度也將是不同的不同，則反應速度也將是不同的。 對某個具體反應，選擇反應器和操作條件、操作對某個具體反應，選擇反應器和操作條件、操作方式主要考慮化學反應本身的特征和反應器特征，最方式主要考慮化學反應本身的特征和反應器特征，最終選擇的依據(jù)將取決于所有進程的經(jīng)濟性。終選擇的依據(jù)將取決于所有進程的經(jīng)濟性。過程的經(jīng)濟性主要受兩個因素影響：過程的經(jīng)濟性主要受兩個因

3、素影響：（1 1）反應器的大?。┓磻鞯拇笮?對于單一反應，其產(chǎn)物是確定的，沒有產(chǎn)物的分對于單一反應，其產(chǎn)物是確定的，沒有產(chǎn)物的分布問題，在反應器設計中重要的是反應器大小。布問題，在反應器設計中重要的是反應器大小。（2 2）產(chǎn)物分布（選擇性、收率等）產(chǎn)物分布（選擇性、收率等） 對于復合反應，首先要考慮產(chǎn)物分布。對于復合反應，首先要考慮產(chǎn)物分布。一 反應器生產(chǎn)能力的大小（單一不可逆反應）1、容積效率（有效利用系數(shù)）容積效率（有效利用系數(shù)） 一個化學反應在相同操作條件下，采用一個化學反應在相同操作條件下，采用pfr所需體積所需體積vr,p和和cstr所需體積所需體積vr,c之比，稱為容積效率之比，

4、稱為容積效率。aaa,aaa,acpaaaaaacpa,aa,acpcpc,vp,vc.rp.rx)x(xkcxxkcxlnxx)x(kxxlnkk/xck/xcqqvv 11111111111112000000二級反應：二級反應：一級反應：一級反應：零級反應：零級反應：性性能能。平平推推流流的的串串聯(lián)聯(lián)，使使之之盡盡可可能能接接近近式式結(jié)結(jié)構構，則則可可采采用用多多釜釜如如果果反反應應器器只只能能采采用用釜釜流流反反應應器器；化化率率高高時時，應應采采用用平平推推；級級數(shù)數(shù)越越高高，要要求求的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)程程度度，即即轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化率率的的高高低低進進行行的的，而而且且要要考考慮慮過過程程要要求求不不但

5、但要要考考慮慮反反應應的的級級數(shù)數(shù)結(jié)結(jié)論論：確確定定反反應應器器型型式式大大。越越高高，返返混混的的影影響響也也越越即即過過程程要要求求進進行行的的程程度度兩兩者者體體積積相相差差越越顯顯著著。，隨隨著著轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化率率的的增增加加，的的體體積積比比等等于于和和時時響響較較小小，當當轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化率率趨趨于于器器性性能能受受流流動動狀狀態(tài)態(tài)的的影影當當轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化率率很很小小時時，反反應應，需需要要更更大大的的體體積積。應應，使使用用越越小小，反反應應級級數(shù)數(shù)高高的的反反數(shù)數(shù)越越高高，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化率率一一定定時時，反反應應級級大大。比比越越小小。轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化率率大大時時，越越大大，都都小小于于其其它它正正級級數(shù)數(shù)的

6、的容容積積效效率率于于轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化率率。無無關關，即即不不取取決決是是溫溫度度的的函函數(shù)數(shù)，與與濃濃度度零零級級反反應應的的反反應應速速率率只只無無影影響響。反反應應器器型型式式對對反反應應速速率率，零零級級反反應應，10431211cstrpfr)(cstr)(vvx)(,vv)(p,rc,rac,rp,r 2.不同型式反應的組合不同型式反應的組合目的：若反應器的型式、大小已經(jīng)確定，如何把它們組目的：若反應器的型式、大小已經(jīng)確定，如何把它們組合起來，以在確定的動力學條件下，發(fā)揮更大的效益。合起來，以在確定的動力學條件下，發(fā)揮更大的效益。不同的化學反應，動力學不同，但反應速率和反應濃度不同的化學反

7、應，動力學不同，但反應速率和反應濃度的關系只可能包括：的關系只可能包括： 單調(diào)增；單調(diào)增； 單調(diào)減；單調(diào)減； 有最大值；有最大值； 有最小值。有最小值。（1）單調(diào)增）單調(diào)增 反應濃度越高，反應速率越大。在選用組合反應器的反應濃度越高，反應速率越大。在選用組合反應器的型式或選擇加料方式時，應使反應物盡可能維持最高濃度。型式或選擇加料方式時，應使反應物盡可能維持最高濃度。p 平推流反應器，物料不發(fā)生返混，其反應物濃度隨流動平推流反應器，物料不發(fā)生返混，其反應物濃度隨流動方向的變化正是反應過程濃度的分布，即它維持了反應濃方向的變化正是反應過程濃度的分布，即它維持了反應濃度的最高水平。度的最高水平。p

8、 全混釜沒有濃度分布，只是在一個最低濃度水平下反應，全混釜沒有濃度分布，只是在一個最低濃度水平下反應，這個最低濃度水平是在進口濃度一定，進了速率一定時，這個最低濃度水平是在進口濃度一定，進了速率一定時，隨著物料的平均停留時間的增長而降低，即隨著反應器體隨著物料的平均停留時間的增長而降低，即隨著反應器體積增大，器內(nèi)濃度減小。積增大，器內(nèi)濃度減小。p因此，應選用平推流反應器。假設現(xiàn)有平推流、小全混釜因此，應選用平推流反應器。假設現(xiàn)有平推流、小全混釜和大全混釜三個反應器，要求最優(yōu)組合，應該按物流方向，和大全混釜三個反應器，要求最優(yōu)組合，應該按物流方向，聯(lián)結(jié)方式是平推流聯(lián)結(jié)方式是平推流 小全混釜小全混釜 大全混釜。大全混釜。（2 2）單調(diào)減）單調(diào)減 應選用全混釜。當有不同型式反應器時，優(yōu)化組應選用全混釜。當有不同型式反應器時，優(yōu)化組合與（