chap 2 復合反應與反應器選型

1、12CBA CABA PPPAPA 連串反應連串反應平行反應平行反應 自催化反應自催化反應可逆反應可逆反應aA+bBcC+dD3NMNNMNMMMNJNNJNJJJNNNNNNNNAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA113322111133221121123232221211111313212111 或，MJNIIJINIIJIAMJA1110) 2, 1,( , 0JI計量系數(shù)，反應物為“”，生成物為“+”（得到為正，失去為負） 4 BCD3 D3BC B2AC2 C2B2A 反應4反應4反應3反應3反應2反應2反應1反應12A+B2CC+B3Dr1r2r3r44341DD432141C

2、C32141BB2141AA3D2BCD4BC3DBC32C2BAC2B2A1CBA1332222113-31-1-122- 21-2- iiii444333222111rrrrrrrrrrrrrrrrrrrckrrrrcckrrrrckrrrrcckrrrriiii5MJrrMJJIJII， 2, 1,167) 1/( 1)1()1/( 1)1ln()1/( 11111)()11 111 111 10100100nxxxnxxxndxxxxxxVVxxkCxCSTRdxxxkCPFRxxkCkCdtdnVrnAnAAPmAAAPmxAnAAAnAAAAPRmRPmnAAAnAAmxAnAAA

3、nAPnAAAnAnAAAAA恒容恒容相同時相同時當初始條件和反應溫度當初始條件和反應溫度物料衡算方程：物料衡算方程：動力學方程：動力學方程：設計方程設計方程作反應作反應P的n級不可逆等溫操P的n級不可逆等溫操對A對A（891011niiiixxxixxiirxrxFVFVrxcFVAA1AA1A0AAAAA0RA0RAAA0A0Rdd Nd 個反應器串聯(lián)：單個反應器：12cA0,xA0,FA0,V0cA1,xA1,cA2,xA2,cAN,xAN,cAi,xAi,13為平推流反應器上式變?yōu)椋?，不變，而即如果總反應體積不變，釜串聯(lián)，可得：NxAAiRNiiiRiiAAiAiiAAiAiAiRAA

4、AfAAfRArdxcdNVVNVVrxcrxxcVVcVFrxxVF00001011000001014Nii1xA1xANcA0/(-rA)i15NiANNiAANjiNiiAANAAAAAAAAAAAkxkcckcckkckcckccckcckccc11111111101021021222121011101同理可證，則：停留時間相同，如果各釜體積相同，即以此類推，16i1AiiAi1AiAi2Aii2AiAi1Aii2AAk2ck411c0ccckkccckcr17A0AA00R)/(1/xAdxrcVV18A-PFR ; B-小小CSTR；C-大大CSTRCBA A BC A BC CB

5、A CSTRPFRPFRCSTRPFRCSTRCSTRPFRCSTRPFRPFRCSTRCSTRPFR后先后先宜采用宜采用19201101021)(AAxxAAARxFrdxFVPFRAA，需解決假定根據(jù))1)(1 ()1 ( )1 ( )1 ( )1 ( )1 ( ( 0 ,/102010002003001020011011202002030122302323AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAxFxFFFFFFFFFFFFxFFxxFxFFFFFFFxAMFFxFFFF而；整體衡算入手：從入手：從結(jié)點衡算）進行衡算點對在設循環(huán)比21222221100101

6、021)()1 ( )()1 ()( 1 AAAAAAxxAAAxxAAAxxAAARAArdxcVrdxFrdxFVxx22CSTRCSTRrxcVrxxcVVxCSTRxxxPFRrdxFVAAAAAAARAAAAxAAARA時，整體上可看作一般，當恒定，非理想反應器微分反應器，整體上為25 (5) ,)( )(1)1 ( (4) ,0 (3) ,1 , (2) ,)( 0, (1) 220022200222100223)2( 2) 1 ( 121PPPAPAkk反應反應2425PAAAAAAcckckrrdtdcr2121 )()(02121000200021000lnln , 0)(

7、.)( PPAAPAAAAAPAAAAPAPAckkckkcctcckcccttcccckckdtdcconstccccc）；（分分離離變變量量積積分分得得代代入入微微分分式式得得)2( 2) 1 ( 121PPPAPAkk反應反應26求得此時的反應速率可由opAPAopAAAPAAAAAAckcckkcccccckckcrc2002100212 求求導導得得對對力力學學方方程程式式積積分分結(jié)結(jié)果果根根據(jù)據(jù)求求極極值值原原理理，將將動動272829最小值，使時的）（即滿足處理時，可按一般當，接近，當時為當RARRxxAAARARVdCVVdVCSTRCSTRPFRrdxCVVFVAA0/ 25

8、 0 100100022最小最小最佳循環(huán)比下，最佳循環(huán)比下，基礎設計方程基礎設計方程301212222211011112121221100AAAAAAAAxAAxxAAAAxxAAAxAxxAAARrxrdxxxrdxxrdrdxddcVVd31121222222211111112111111111111AAxxAAxAAAxAAAxAxAAAxAAxAxxAAxxrdxrxxrxxrrxxrxrrdxAAAAAAAAAA即：3233目的：目的：使反應過程大部分控制在最高速率點或接使反應過程大部分控制在最高速率點或接近最高速率點進行近最高速率點進行343536SRBAsrba)()( 0 )(

9、)( )()( 21/20/10212121AAARTEARTEAAxgkxfkrxgekxfekxgkxfkrrrrr此外逆正凈凈速速率率37得由AAeARTEARTExgxfkkREETxgekxfekreelnln )()(0201021/20/1021 38)()( 21AAxgkxfkr凈凈速速率率0TAxr392222211122/0/0/02121 ; 1)( )()( )()(RTEkdTdkRTEkdTdkRTkERTEekTREekdTekddTdkdTdkxgdTdkxfTrxgkxfkrRTERTERTEAAxAAA 而求求導導，得得 對對凈凈速速率率40rTTrEEE

10、EHxgkxfkxgkxfkrrrRTxgkExfkERTEkxgRTEkxfdTdkxgdTdkxfTrAAxAAAAAAAAAAx0 0:)()( 0)()( /)()( )()( )()(21212121212221122221121對對于于可可逆逆吸吸熱熱反反應應 由410TAxr0AxTr420)()( 0:)()( 0 /)()(221121212122211AAxAAAAxxgkExfkETrEEEEHxgkxfkrRTxgkExfkETrAA可可逆逆放放熱熱反反應應 由43)()( 0)()( 0/)()(2211221122211AAAAAAxxgxfkEkExgkExfkE

11、RTxgkExfkETrA則令的的求求取取最最佳佳反反應應溫溫度度T To op p44eopeeeopopopRTEERTEERTEEAAARTEARTEAARTEERTERTEekkekkEEekkxgxfxgekxfekrxgxfekkEEekEekE/ )(2010/ )(201021/ )(2010/20/10/ )(201021/202/101121212211221 (2) )()( 0)()( (1) )()( 得得將將（2 2）代代入入（1 1）中中而而平平衡衡時時存存在在關(guān)關(guān)系系45的函數(shù)也是的函數(shù)是對數(shù)平均值；為正逆反應活化能的其中AopAemmeeeeopeopRTEE

12、RTEExTxTEEEEEERTTEEEERTTTRTEERTEEEEeeEEeop ln1ln1 ln 12121212121221/ )(/ )(21121246474849505121212121nASSnAPPnAnAAAckdtdcrckdtdcrckckdtdcr521 1 , 01)(0212)(0211)(0212100021212121tkkAStkkAPtkkAAASAPAAASSSPPPAAAeckkkceckkkceccckdtdcckdtdcckckdtdccccccccccttnn積分得和；分別由內(nèi)，在區(qū)間對均為一級的反應，即53AAPPAAAPApAAAAnnnn

13、nnAASSPAnnnAAx01000, 物質(zhì)反應掉的量在系統(tǒng)中量消耗的在系統(tǒng)中生成目的產(chǎn)物平均選擇性?；驘o論生成了物質(zhì)反應掉的量在系統(tǒng)中物質(zhì)的量加入系統(tǒng)中的物質(zhì)反應掉的量在系統(tǒng)中轉(zhuǎn)化率副產(chǎn)物目的產(chǎn)物SBAPBASkBAPkBA21221154 000)(1)(100021101aAfAAfAfAccApAfApnnApAfAppnnAfAApAAApppAAPPAdcSnnSdnSnnSSnndnSPFRrrrSAAPSSxynnAAy恒容時即：積分中值定理擇性的關(guān)系中瞬時選擇性與平均選對上述反應：物質(zhì)的消耗速率在系統(tǒng)中速率消耗的在系統(tǒng)中生成目的產(chǎn)物瞬時選擇性自然應當有如下關(guān)系：物質(zhì)的量加入

14、系統(tǒng)中的量消耗的在系統(tǒng)中生成目的產(chǎn)物收率55物質(zhì)反應掉的量在系統(tǒng)中量消耗的在系統(tǒng)中生成目的產(chǎn)物的出口濃度時，的進口濃度為的恒容過程，對AASccScP0P1ccccSccSccSSccSccSccSccSpAf0Appfp1AAn1AAn1Anpn2A1A2p1A0A1ppAn1Anpn2A1A2p1A0A1pAn1Ap.ppSS 561212212221111020122112222111111)()(11)()()( )( )( bbBaaARTEEAAAAAPbBaAASkBAbBaAAPkBAccekkrrrrrScckrPaBaAacckrPaBaAa副產(chǎn)物目的產(chǎn)物反應：PPSTEE

15、ifSTEEif , , 2121PBAPBAPBASccbbaaifSccbbaaifSccbbaaif & , , & , , & , , 2121212121215758SPAkk21PSSPAPPAAAckdtdcrckckdtdcrckdtdcr221159AAAckdtdcr1)(0)(0)()()( )()()(012011dxexQCeyxQCeyxQxQyxPdxdyeckckdtdcreccdxxPdxxPdxxPtkAPPPtkAA通解則為非齊次方程若通解則為齊次方程若對于一階線性微分方程式得：代入？性微分方程，如何求解性微分方程，如何求解這是一個

16、一階非齊次線這是一個一階非齊次線SPAkk2160tktkAtktktkAtktktkAtktkAtkAAPAAStktkAPtkAPPekekkkceekkkekkkkceekkkeceeckkkecccccceeckkkceckckdtdc12121121121121122102112121021100211000021101211 1 1 系統(tǒng)總摩爾數(shù)不變又）（解得由式6101111 0,2112121210120121221002110000PtkAStkAStktkAStktkAPtkAASPAkkcecckkecckkekekkkcceeckkkcecccccSPA必有只要時間足夠

17、長時：極限為條件下的動力學積分式在初態(tài)應對于一級不可逆連串反626312212210max12120211ln, 0 kkkAPPoptPtktkAPkkccPckkkktPdtdceeckkkc濃度計算式得最大代入濃度最大時的反應時間求得令64PSPAPAAkkckrckckrckrSobjPA2211 21）（APAPAPAAPAPPApccRTEEkkcckkckckckrrrrAAPS 21102012121exp11 )( 一級反應物質(zhì)的消耗速率在系統(tǒng)中速率消耗的在系統(tǒng)中生成目的產(chǎn)物瞬時選擇性65 比較適宜用濃度對反應有利、低高影響因素PFRPAScScSTEEifSTEEifccR

18、TEEkkSPPPAPPAPp:C :Texp12121211020SPAkk2166SobjPAkk21）（AAAAAAAAAAAAfAAfAckccccckckccrccrcc100110001 )()( 基本設計方程67(5) )1)(1 ( )4()3(4) 1 )( 0 )( )2(3) 1/1 ) 1 ( (2) (1) )( 21012102102100010010100000000021kkckckckcVVckckccVckckcVcVkcVVkccVckcVcVVrcVcVPVrcVcVAVSobjPAAPAPRPAPPRPAPPARAARAAARPPPRAAARkk中代入將而得由得由衡算對衡算對體積元）（化學反應68opAPASAopAAPopopRopAPAPkkPcccckkcckkcckkVVVkkkkkkkkkkckckkckcSobjPAc)()/1/()()/1/()( 1 0)1)(1()1 ()1 (