常州大學(xué)化學(xué)反應(yīng)工程考試

1、化學(xué)反應(yīng)工程1、 化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)是一門研究涉及化學(xué)反應(yīng)的工程問題的學(xué)科。2、 化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)不僅研究化學(xué)反應(yīng)速率與反應(yīng)條件之間的關(guān)系，即化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)，而且，著重研究傳遞過程對化學(xué)反應(yīng)速率的影響；研究不同類型反應(yīng)器的特點(diǎn)及其與化學(xué)反應(yīng)結(jié)果之間的關(guān)系。3、 化學(xué)反應(yīng)和反應(yīng)器的分類：按反應(yīng)系統(tǒng)涉及的相態(tài)分類，分為均相反應(yīng)，包括氣相均相反應(yīng)和液相均相反應(yīng)。非均相反應(yīng)，包括氣固相，氣液相，氣液固相反應(yīng)等。按操作方式分類，分為間歇操作，是指一批物料投入反應(yīng)器后，經(jīng)過一定時間的反應(yīng)再取出的操作方法。連續(xù)操作，指反應(yīng)物料連續(xù)地通過反應(yīng)器的操作方式。半連續(xù)操作，指反應(yīng)器中的物料，有一些是分批地加入或取出，而另

2、一些則是連續(xù)流動通過反應(yīng)器。按反應(yīng)器型式來分類，分為管式反應(yīng)器，一般長徑比大于30槽式反應(yīng)器，一般高徑比為13塔式反應(yīng)器，一般高徑比在330之間按傳熱條件分類，分為等溫反應(yīng)器，整個反應(yīng)器維持恒溫，這對傳熱要求很高。；絕熱反應(yīng)器，反應(yīng)器與外界沒有熱量交換，全部反應(yīng)熱效應(yīng)使物料升溫或降溫。；非等溫、非絕熱反應(yīng)器，與外界有熱量交換，但不等溫。4、 化學(xué)反應(yīng)工程的基本研究方法是數(shù)學(xué)模型法。5、 化學(xué)反應(yīng)式：6、7、轉(zhuǎn)化率：一個化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的程度。8、化學(xué)反應(yīng)速率：反應(yīng)速率定義為單位反應(yīng)體積內(nèi)反應(yīng)程度隨時間的變化率 nA：反應(yīng)體系內(nèi)，反應(yīng)物A的摩爾數(shù)； V：反應(yīng)體積 t：時間例題：9、反應(yīng)動力學(xué)方程：定

3、量描述反應(yīng)速率與影響反應(yīng)速率因素之間的關(guān)系式。10、動力學(xué)方程： cA，cB：A，B組分的濃度 mol.m-311、阿累尼烏斯關(guān)系：12、kc0 ：指前因子，又稱頻率因子，與溫度無關(guān)，具有和反應(yīng)速率常數(shù)相同的因次。E：活化能，J·mol-1，從化學(xué)反應(yīng)工程的角度看，活化能反映了反應(yīng)速率對溫度變化的敏感程度。13、反應(yīng)級數(shù)：m，n：A，B組分的反應(yīng)級數(shù)，m+n為此反應(yīng)的總級數(shù)。14、15、對一級不可逆反應(yīng)，恒容過程，有：16、半衰期：定義反應(yīng)轉(zhuǎn)化率達(dá)到50%所需要的時間為該反應(yīng)的半衰期。除一級反應(yīng)外，反應(yīng)的半衰期是初始濃度的函數(shù)。17、定義反應(yīng)轉(zhuǎn)化率達(dá)到50%所需要的時間為該反應(yīng)的半衰

4、期。除一級反應(yīng)外，反應(yīng)的半衰期是初始濃度的函數(shù)。18、二級反應(yīng)：19、動力學(xué)方程表現(xiàn)的是化學(xué)反應(yīng)速率與反應(yīng)物溫度、濃度之間的關(guān)系。而建立一個動力學(xué)方程，就是要通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸出上述關(guān)系。20、積分法：例如：一級反應(yīng)：例題1：等溫條件下進(jìn)行醋酸 (A)和丁醇(B)的醋化反應(yīng)：CH3COOH+C4H9OH=CH3COOC4H9+H2O醋酸和丁醇的初始濃度分別為0.2332和1.16kmolm-3。測得不同時間下醋酸轉(zhuǎn)化量如表所示。試求反應(yīng)的速率方程。第一步；題目沒有交代這個反應(yīng)是幾級反應(yīng)，所以設(shè)這個反應(yīng)是幾級反應(yīng)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別按0、1和2級處理并得到t-f(cA)的關(guān)系21、化學(xué)反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)：物

5、料衡算方程22、23、24、停留時間t和平均停留時間 停留時間又稱接觸時間，用于連續(xù)流動反應(yīng)器，指流體微元從反應(yīng)器入口到出口經(jīng)歷的時間。25、空間時間 其定義為反應(yīng)器有效容積VR與流體特征體積流率V0之比值。即26、空間時間是一個人為規(guī)定的參量，它表示處理在進(jìn)口條件下一個反應(yīng)器體積的流體所需要的時間。27、空間速度SV ：空速的一般定義為在單位時間內(nèi)投入單位有效反應(yīng)器容積內(nèi)的物料體積。28、返混：如果發(fā)生混合前的物料在反應(yīng)器內(nèi)停留時間不同，反應(yīng)程度就不同，組成也不會相同。混合之后的物料組成與混合前必然不同，反應(yīng)速率也會隨之發(fā)生變化，這種發(fā)生在停留時間不同的物料之間的均勻化過程。29、按返混情況

6、不同反應(yīng)器被分為以下四種類型：、間歇反應(yīng)器: 在反應(yīng)器中物料被充分混合，但由于所有物料均為同一時間進(jìn)入的，物料之間的混合過程屬于簡單混合，不存在返混。、平推流反應(yīng)器：在連續(xù)流動的反應(yīng)器內(nèi)物料允許作徑向混合（屬于簡單混合）但不存在軸向混合（即無返混）。、全混流反應(yīng)器：連續(xù)操作的充分?jǐn)嚢璨坌头磻?yīng)器（簡稱全混流反應(yīng)器）。在這類反應(yīng)器中物料返混達(dá)最大值。、非理想流反應(yīng)器：物料在這類反應(yīng)器中存在一定的返混，即物料返混程度介于平推流反應(yīng)器及全混流反應(yīng)器之間。30、間歇反應(yīng)器：反應(yīng)物料一次投入反應(yīng)器內(nèi)，在反應(yīng)過程中不再向反應(yīng)器內(nèi)投料，也不向外排出，待反應(yīng)達(dá)到要求的轉(zhuǎn)化率后，再全部放出反應(yīng)物料。31、間歇反應(yīng)

7、器特點(diǎn)：由于劇烈攪拌、混合，反應(yīng)器內(nèi)有效空間中各位置的物料溫度、濃度都相同；由于一次加料，一次出料，反應(yīng)過程中沒有加料、出料，所有物料在反應(yīng)器中停留時間相同，不存在不同停留時間物料的混合，即無返混現(xiàn)象；出料組成與反應(yīng)器內(nèi)物料的最終組成相同；為間歇操作，有輔助生產(chǎn)時間。一個生產(chǎn)周期應(yīng)包括反應(yīng)時間、加料時間、出料時間、清洗時間、加熱（或冷卻）時間等。32、間歇反應(yīng)器設(shè)計(jì)方程：恒容條件下：33、間歇反應(yīng)器內(nèi)為達(dá)到一定轉(zhuǎn)化率所需反應(yīng)時間tr，只是動力學(xué)方程式的直接積分，與反應(yīng)器大小及物料投入量無關(guān)。34、例題：某廠生產(chǎn)醇酸樹脂是使己二酸與己二醇以等摩爾比在70用間歇釜并以H2SO4作催化劑進(jìn)行縮聚反應(yīng)

8、而生產(chǎn)的，實(shí)驗(yàn)測得反應(yīng)動力學(xué)方程為： cA0=4 kmol.m-3 若每天處理2400kg己二酸，每批操作輔助生產(chǎn)時間為1h，反應(yīng)器裝填系數(shù)為0.75，求： (1)轉(zhuǎn)化率分別為xA=0.5，0.6，0.8，0.9時，所需反應(yīng)時間為多少? (2)求轉(zhuǎn)化率為0.8，0.9時，所需反應(yīng)器體積為多少? 解：(1)達(dá)到要求的轉(zhuǎn)化率所需反應(yīng)時間為：xA=0.5 xA=0.6 tr=3.18h xA=0.8 tr=8.5h xA=0.9 tr=19.0h (2)反應(yīng)器體積的計(jì)算 xA= 0.8時：tt=tr+t=8.5+1=9.5h 每小時己二酸進(jìn)料量FA0，己二酸相對分子質(zhì)量為146，則有： 處理體積為：

9、 實(shí)際反應(yīng)器體積VR： 反應(yīng)器有效容積VR： 實(shí)際反應(yīng)器體積VR： 當(dāng)xA=0.9時： tt=19+1=20h VR=0.171×20=3.42m3 VR=3.420.75=4.56m335、平推流反應(yīng)器：通過反應(yīng)器的物料沿同一方向以相同速度向前流動，像活塞一樣在反應(yīng)器中向前平推，36、理想置換反應(yīng)器的特性：由于流體沿同一方向，以相同速度向前推進(jìn)，在反應(yīng)器內(nèi)沒有物料的返混，所有物料在反應(yīng)器中的停留時間都是相同的；在垂直于流動方向上的同一截面，不同徑向位置的流體特性（組成、溫度等）是一致的；在定常態(tài)下操作，反應(yīng)器內(nèi)狀態(tài)只隨軸向位置改變，不隨時間改變。實(shí)際生產(chǎn)中對于管徑較小、長度較長、流

10、速較大的管式反應(yīng)器，列管固定床反應(yīng)器等，?？砂雌酵屏鞣磻?yīng)器處理。37、理想置換反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方程：進(jìn)入量-排出量-反應(yīng)量=累積量 故 FA-(FA+dFA)-(-rA)dVR=0 由于 FA=FA0(1-xA) 微分 dFA=-FA0dxA 所以 FA0dxA=(-rA)dVR 例1-4條件同例1-3，計(jì)算轉(zhuǎn)化率分別為80、90時所需平推流反應(yīng)器的大小。 對PFR： 代入數(shù)據(jù)xA=0.8時：38、變?nèi)莘磻?yīng)過程膨脹因子和膨脹率：為了表征由于反應(yīng)物系體積變化給反應(yīng)速率帶來的影響，引入兩個參數(shù)，膨脹因子和膨脹率。39、膨脹因子 膨脹因子：即關(guān)鍵組份A的膨脹因子等于反應(yīng)計(jì)量系數(shù)的代數(shù)和除以A組分計(jì)量系數(shù)

11、的相反數(shù)例題：40、膨脹因子的物理意義：關(guān)鍵組分A消耗1mol時，引起反應(yīng)物系摩爾數(shù)的變化量。對于恒壓的氣相反應(yīng)，摩爾數(shù)的變化導(dǎo)致反應(yīng)體積變化。A>0是摩爾數(shù)增加的反應(yīng)，反應(yīng)體積增加。A<0是摩爾數(shù)減少的反應(yīng)，反應(yīng)體積減小。A=0是摩爾數(shù)不變的反應(yīng)，反應(yīng)體積不變。41、膨脹率：物系體積隨轉(zhuǎn)化率的變化不僅僅是膨脹因子的函數(shù)，而且與其它因素，如惰性物的存在等有關(guān)，因此引入第二個參數(shù)膨脹率。42、即A組分的膨脹率等于物系中A組分完全轉(zhuǎn)化所引起的體積變化除以物系的初始體積。43、膨脹因子與膨脹率的關(guān)系：44、變?nèi)葸^程轉(zhuǎn)化率與濃度的關(guān)系：例題：均相氣相反應(yīng)A3R，其動力學(xué)方程為-rA=kcA

12、，該過程在185，400kPa下在一平推流反應(yīng)器中進(jìn)行，其中k=10-2s-1，進(jìn)料量FA0=30kmol/h，原料含50惰性氣，為使反應(yīng)器出口轉(zhuǎn)化率達(dá)80，該反應(yīng)器體積應(yīng)為多大? 解：該反應(yīng)為氣相反應(yīng)A3R 已知yA0=0.5，因此A=yA0A=1 平推流反應(yīng)器設(shè)計(jì)方程例題2、在一個平推流反應(yīng)器中，由純乙烷進(jìn)料裂解制造乙烯。年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為14萬噸乙烯。反應(yīng)是不可逆的一級反應(yīng)，要求達(dá)到乙烷轉(zhuǎn)化率為80，反應(yīng)器在1100K等溫，恒壓600kPa下操作，已知反應(yīng)活化能為347.3 kJ·mol-1 ，1000K時，k=0.0725 s-1 。設(shè)計(jì)工業(yè)規(guī)模的管式反應(yīng)器。 解：設(shè)A為乙烷，

13、B為乙烯，C為氫氣 反應(yīng)器流出的乙烯的摩爾流率是： 進(jìn)料乙烷的摩爾流率是： 計(jì)算1100K時反應(yīng)速率常數(shù)： 膨脹因子： 膨脹率： 進(jìn)口體積流量： 平推流反應(yīng)器設(shè)計(jì)方程45、流體在反應(yīng)器內(nèi)不存在任何返混，所有流體微元的真實(shí)停留時間都等于平均停留時間。46、恒壓變?nèi)莘磻?yīng)，由于反應(yīng)物系體積隨轉(zhuǎn)化率而變化，其真實(shí)停留時間與空間時間不同。如果反應(yīng)物系體積膨脹，流體流速將逐漸加快，停留時間將小于空間時間；相反，如果反應(yīng)物系體積縮小，停留時間將大于空間時間。 恒容條件下，A=0，上式還原為：47、全混流反應(yīng)器又稱全混釜或連續(xù)流動充分?jǐn)嚢璨凼椒磻?yīng)器，簡稱CSTR。流入反應(yīng)器的物料，在瞬間與反應(yīng)器內(nèi)的物料混合均

14、勻，即在反應(yīng)器中各處物料的溫度、濃度都是相同的。48、全混流反應(yīng)器特性：物料在反應(yīng)器內(nèi)充分返混；反應(yīng)器內(nèi)各處物料參數(shù)均一；反應(yīng)器的出口組成與器內(nèi)物料組成相同；連續(xù)、穩(wěn)定流動，是一定態(tài)過程。49、全混流反應(yīng)器基本設(shè)計(jì)方程：50、恒容條件下又可以簡化為：例題： 條件同例1-3的醇酸樹脂生產(chǎn)，若采用CSTR反應(yīng)器，求己二酸轉(zhuǎn)化率分別80、90時，所需反應(yīng)器的體積。由設(shè)計(jì)方程 代入數(shù)據(jù)，xAf=0.8時 代入數(shù)據(jù)，xAf=0.9時51、從上表可看出，達(dá)到同樣結(jié)果間歇反應(yīng)器比平推流反應(yīng)器所需反應(yīng)體積略大些，這是由于間歇過程需輔助工作時間所造成的。而全混釜反應(yīng)器比平推流反應(yīng)器、間歇反應(yīng)器所需反應(yīng)體積大得多

15、，這是由于全混釜的返混造成反應(yīng)速率下降所致。當(dāng)轉(zhuǎn)化率增加時，所需反應(yīng)體積迅速增加。Page 114復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型52、間歇反應(yīng)器與平推流反應(yīng)器：平推流反應(yīng)器在結(jié)構(gòu)和操作方式上與間歇反應(yīng)器截然不同，一個沒有攪拌一個有攪拌；一個連續(xù)操作一個間歇操作；一個是管式一個是釜式，但有一點(diǎn)是共同的，就是二者都沒有返混，所有物料在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間都相同。既然停留時間都相同，沒有不同停留時間（即不同轉(zhuǎn)化率，不同濃度）物料的混合，兩種反應(yīng)器在相同的進(jìn)口（初始）條件和反應(yīng)時間下，就應(yīng)該得到相同的反應(yīng)結(jié)果。53、間歇反應(yīng)器與全混流反應(yīng)器：間歇反應(yīng)器與全混流反應(yīng)器在結(jié)構(gòu)上大體相同，但從返混的角度上看卻是完全不同

16、的。間歇反應(yīng)器完全沒有返混，而全混流反應(yīng)器的返混達(dá)到了極大的程度。因而，二者的設(shè)計(jì)方程不同，同一個反應(yīng)在這兩種反應(yīng)器中進(jìn)行，產(chǎn)生的結(jié)果也就不一樣。54、單一不可逆反應(yīng)過程平推流反應(yīng)器與全混流反應(yīng)器的比較：55、理想流動反應(yīng)器的組合：56、(1)平推流反應(yīng)器的并聯(lián)操作 VR=VRl+VR2 因?yàn)槭遣⒙?lián)操作，總物料體積流量等于各反應(yīng)器體積流量之和： V0=V01+V02由平推流反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方程盡可能減少返混是保持高轉(zhuǎn)化率的前提條件，而只有當(dāng)并聯(lián)各支路之間的轉(zhuǎn)化率相同時沒有返混。如果各支路之間的轉(zhuǎn)化率不同，就會出現(xiàn)不同轉(zhuǎn)化率的物流相互混合，即不同停留時間的物流的混合，就是返混。因此， 57、全混流反

17、應(yīng)器的并聯(lián)操作 多個全混流反應(yīng)器并聯(lián)操作時，達(dá)到相同轉(zhuǎn)化率使反應(yīng)器體積最小，與平推流并聯(lián)操作同樣道理，必須滿足的條件相同。58、平推流反應(yīng)器的串聯(lián)操作：考慮N個平推流反應(yīng)器的串聯(lián)操作，對串聯(lián)的N個反應(yīng)器而言：59、全混流反應(yīng)器的串聯(lián)操作 N個全混流反應(yīng)器串聯(lián)操作在工業(yè)生產(chǎn)上經(jīng)常遇到。其中各釜均能滿足全混流假設(shè)，且認(rèn)為釜與釜之間符合平推流假定，沒有返混，也不發(fā)生反應(yīng)。 對任意第i釜中關(guān)鍵組分A作物料衡算。 對恒容、定常態(tài)流動系統(tǒng)，V0不變， ，故有： 對于N釜串聯(lián)操作的系統(tǒng)，總空間時間： 小于單個全混釜達(dá)到相同轉(zhuǎn)化率xAN操作時的空間時間。 計(jì)算出口濃度或轉(zhuǎn)化率 對于一級反應(yīng)： 如果各釜體積相同

18、，即停留時間相同，則： 對二級反應(yīng)，以上面方法，可以推出： 例2-1 條件同例1-3的醇酸樹脂生產(chǎn)，若采用四釜串聯(lián)的全混釜，求己二酸轉(zhuǎn)化率為80時，各釜出口己二酸的濃度和所需反應(yīng)器的體積。 要求第四釜出口轉(zhuǎn)化率為80%，即 以試差法確定每釜出口濃度 設(shè)i=3h代入 由cA0求出cA1，然后依次求出cA2、 cA3、 cA4，看是否滿足cA4=0.8的要求。將以上數(shù)據(jù)代入，求得： cA4=0.824 kmol·m-3 結(jié)果稍大，重新假設(shè)i=3.14h，求得： cA1=2.202kmol·m-3 cA2=1.437kmol·m-3 cA3=1.037kmol·

19、;m-3 cA4=0.798kmol·m-3 基本滿足精度要求。 循環(huán)反應(yīng)器: 在工業(yè)生產(chǎn)上，有時為了控制反應(yīng)物的合適濃度，以便于控制溫度、轉(zhuǎn)化率和收率，或?yàn)榱颂岣咴系睦寐?，常常采用部分物料循環(huán)的操作方法，如圖所示。 循環(huán)反應(yīng)器的基本假設(shè)：反應(yīng)器內(nèi)為理想活塞流流動；管線內(nèi)不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；整個體系處于定常態(tài)操作。 反應(yīng)器體積可按下式計(jì)算： 為方便起見，設(shè)循環(huán)物料體積流量與離開反應(yīng)系統(tǒng)物料的體積流量之比為循環(huán)比，即平推流反應(yīng)器設(shè)計(jì)方程中，轉(zhuǎn)化率的基準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)與反應(yīng)器入口處體積流量及這一體積流量下轉(zhuǎn)化率為0時的A組分的摩爾流率對應(yīng): 式中，F(xiàn)A0是一個虛擬的值，它由兩部分組成，新鮮進(jìn)料FA

20、0和循環(huán)回來的物流V3中當(dāng)轉(zhuǎn)化率為0時應(yīng)當(dāng)具有的A的摩爾流率。即： 由此得到循環(huán)反應(yīng)器體積： 當(dāng)循環(huán)比為0時，還原為普通平推流反應(yīng)器設(shè)計(jì)方程。 當(dāng)循環(huán)比時，變?yōu)槿炝鞣磻?yīng)器設(shè)計(jì)方程。 當(dāng)0<<時，反應(yīng)器屬于非理想流動反應(yīng)器。 當(dāng)=0，為平推流反應(yīng)器。當(dāng)，為全混流反應(yīng)器。通過調(diào)節(jié)循環(huán)比，可以改變反應(yīng)器流動性能，對于一定的反應(yīng)，可以使得反應(yīng)器體積最小，這時的循環(huán)比稱為最佳循環(huán)比。 它表示最佳循環(huán)比應(yīng)使反應(yīng)器進(jìn)口物料的反應(yīng)速率的倒數(shù)等于反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)速率倒數(shù)的平均值。如圖所示。圖中KL代表反應(yīng)器進(jìn)口的值，PQ代表整個反應(yīng)器的平均值。自催化反應(yīng)是復(fù)合反應(yīng)中的一類。其主要特點(diǎn)是反應(yīng)產(chǎn)物能對該反

21、應(yīng)過程起催化作用，加速該反應(yīng)過程的進(jìn)行。 反應(yīng)1 反應(yīng)2通常k2值遠(yuǎn)大于k1。在反應(yīng)初期盡管反應(yīng)物的濃度較高，但產(chǎn)物濃度很低，所以總反應(yīng)速率不大。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，產(chǎn)物濃度不斷增加，反應(yīng)物濃度雖然降低，但其值仍然較高。因此，反應(yīng)速率將是增加的。當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到某一時刻時，反應(yīng)物濃度的降低對反應(yīng)速率的影響超過了產(chǎn)物濃度增加對反應(yīng)速率的影響，反應(yīng)速率開始下降。 反應(yīng)1的動力學(xué)方程為： 反應(yīng)2的動力學(xué)方程為： A組分的消耗速率為： 在整個反應(yīng)過程中，A組分被反應(yīng)掉了，但生成了等量的P組分，則A與P的總摩爾數(shù)是恒定的，即 A組分的消耗速率為： 分離變量積分得： 最大反應(yīng)速率對應(yīng)的反應(yīng)物濃度為：反應(yīng)器組合為了

22、使得反應(yīng)器組的總體積最小，設(shè)計(jì)這樣一組反應(yīng)器，在這組反應(yīng)器中，反應(yīng)大部分控制在最高速率點(diǎn)或接近最高速率點(diǎn)處進(jìn)行。為此，可使用一個全混釜式反應(yīng)器，它可以不必經(jīng)過較低反應(yīng)速率的中間組成，而直接控制在最高速率組成下操作。然后再由平推流反應(yīng)器完成最終反應(yīng)可逆反應(yīng)特性與反應(yīng)器選型 設(shè)可逆反應(yīng)： 總反應(yīng)速率(-rA)為正逆反應(yīng)速率之差： 當(dāng)正逆反應(yīng)速率相等時，總反應(yīng)速率為零，反應(yīng)達(dá)到平衡（-rA）=0。 式中：KC為此反應(yīng)在當(dāng)前反應(yīng)溫度下以濃度表示的平衡常數(shù)，因次為濃度單位的n次方；xAe為平衡轉(zhuǎn)化率。 平衡常數(shù)K為熱力學(xué)參數(shù)，無因次，與反應(yīng)速率及其表達(dá)式無關(guān)，可以通過參與此反應(yīng)的各組分的標(biāo)準(zhǔn)生成自由焓求

23、得。 平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系：可逆反應(yīng)過程特點(diǎn) (1) 在溫度恒定時，隨關(guān)鍵組分轉(zhuǎn)化率xA的增加，正反應(yīng)速率k1f(xA)將隨之下降；逆反應(yīng)速率k2g(xA)將隨之上升；總反應(yīng)速率-rA=ak1f (xA)-ak2g(xA)將隨之下降。 (2)溫度對反應(yīng)速率的影響 在一定轉(zhuǎn)化率下，可逆吸熱反應(yīng)的速率總是隨著溫度的升高而增加。 可逆放熱反應(yīng)的速率隨溫度的變化規(guī)律如圖所示，當(dāng)溫度較低時，反應(yīng)凈速率隨溫度升高而加快，到達(dá)某一極大值后，隨著溫度的繼續(xù)升高，凈反應(yīng)速率反而下降。平行反應(yīng)特性與反應(yīng)器選型 反應(yīng)物能同時進(jìn)行兩個或兩個以上的反應(yīng)，稱為平行反應(yīng)。 一般情況下，在平行反應(yīng)生成的多個產(chǎn)物中，只有一個是

24、需要的目的產(chǎn)物，而其余為不希望產(chǎn)生的副產(chǎn)物。在工業(yè)生產(chǎn)上，總是希望在一定反應(yīng)器和工藝條件下，能夠獲得所期望的最大目的產(chǎn)物量，副產(chǎn)物量盡可能小。 考慮下列等溫、恒容基元反應(yīng)： AP(目的產(chǎn)物) AS(副產(chǎn)物) 反應(yīng)物A的消耗速率為：平行反應(yīng)的選擇性平行反應(yīng)是一種典型的復(fù)合反應(yīng)，流動狀況不但影響其所需反應(yīng)器大小，而且還影響反應(yīng)產(chǎn)物的分布。優(yōu)化的主要技術(shù)指標(biāo)是目的產(chǎn)物的選擇性。 （目的產(chǎn)物） （付產(chǎn)物）生成目的產(chǎn)物的反應(yīng)速率： 生成付產(chǎn)物的反應(yīng)速率： 轉(zhuǎn)化率： 式中 nA0、nA為進(jìn)入系統(tǒng)和離開系統(tǒng)A物質(zhì)的摩爾數(shù)。 平均選擇性 式中 (nA)P、(nP)為生成目的產(chǎn)物P消耗的A量和生成目的產(chǎn)物P的量。 收率y 三者關(guān)系： 瞬時選擇性SP 對于上述平行反應(yīng)瞬時選擇性與平均選擇性的關(guān)系 對平推流或間歇反應(yīng)器 對全混流反應(yīng)器 對N個串聯(lián)的全混流反應(yīng)器影響瞬時選擇性的因素 a溫度對選擇性的影響(濃度不變時) 當(dāng)El>E2時，E1-E2>0，隨著溫度的上升， 選擇性SP上升，可見高溫有利于提高瞬時選擇性；當(dāng)E1<E2時，E1-E2<0，隨著溫度的上升，選擇性SP下降，可見降低溫度有利于提高瞬時選擇性。 總之，升高溫度對活化能大的反應(yīng)有利，若主反應(yīng)活化能大，則應(yīng)升高溫度，若主反應(yīng)活化能