第三章 理想流动反应器

CA高, CB低
连续流动操作
选择率
L（主产品） A
M（副产品）
rL 对比速率 rM rL rL 瞬时选择率 s rL rM rA 1
总选择率
S
CLf C A0 C Af rLf rLf rMf CLf
S
C A0 C Af
C Af
C A0
sdCA
(3)
VR 2 x A2 x A1 2 V0 kCAo (1 x A2 ) 2
(4)
VR1 VR 2 VR
VR x A1 x A2 kCA0 (1 x A2 ) 2 V0
VR 2 2 39.6 79.2 min V0
代入(3)
VR 39.6 V0
例题
对平行-串联反应
A B R
2 r1 k10 e 125526 /( RT )C A CB
RBS
选取最佳的操作方式。
r2 k 20 e
167368 /( RT )
CRCB
B
解：对于A,
1 2 2 1 A n R n S
A
应选用高CA0, PFR反应器。 对于B, B
1 1 m R 2 2 m S
CB与生成R无关，尽管B可以任意方式加入, 为维持高CA,考虑B分段加入为佳
对于温度，E1<E2, 应选用低温
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率
一. 平行反应 --- 一个反应物
1
L(主反应) M(副反应)
A
2
rA k0e
1. 温度效应
产物 M: 单调上升
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率
流动类型对反应结果的影响
(a) 对反应液整体均匀照射
CA CA0ek1t
k1 CL ( )C A0 (e k1t e k2t ) k2 k1 1 CM C A0 [1 (k2e k1t k1e k2t )] k1 k2
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率
一级连串反应
组分 A: 单调下降； 产物 L: 先升后降，有极大值；
平行反应
2. 浓度效应
若n1>n2, 较高反应物浓度 对主反应有利 若n1<n2, 较低反应物浓 度对主反应有利 若n1=n2, 反应物浓度对 选择性无影响
rA L e rAM
( E2 E1 ) RT
CA
n1 n2
平推流反应器，低的单程转化率 全混流反应器，加入稀释剂； 反应后物料循环
(1)=(2) 则
VR m 1000min V0
(2)
两个CSTR串联
2 2 V0CA0 xA1 kCA ( 1 x ) 0 A1 VR1
CSTR-1:
VR1 x A1 1 V0 kCAo (1 x A1 ) 2
CSTR-1:
2 2 V0CA0 ( xA2 xA1 ) kCA ( 1 x ) 0 A2 VR 2
通式
C A0 C Af
全混流wenku.baidu.com
Ss
收率 收率的定义 式
Y
CLf C A0

CLf CA0 C Af
C A0 C Af C A0
SxAf
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率 二. 连串反应
一级反应
k1 k2 A L M
CP0=CS0=0
dC A rA k1C A dt dC L rL k1C A k 2C L dt dC M rM k 2C L dt
VR V0 0.5 24.28 12.14m3
例题
某二级液相反应A+B→C，已知CAo=CBO ， 在间歇反应器中达到x=0.99，需反应的时 间为10min,问：
m 应为多少？ (1) 在全混流反应器中进行时，
(2) 在两个串联全混流反应器(反应体积相 等)中进行时， 又是多少？
m
解：在间歇反应器中，对二级反应
x 0.99 9.9 k C A0 (1 x) 10C A0 (1 0.99) C A0
（１）在单个CSTR中
(1)
x kCA0 (1 x) 2
(2)
x 0.99 9900 k 2 2 C A0 (1 x) C A0 (1 0.99) C A0
请考虑化学反应
D A B 催化剂 C
该反应在全混流反应器中进行，反应温度为 20℃，液料的体积流量为0.5m3/h, CA0=96.5mol/m3, CB0=184mol/m3,催化剂 的浓度CD=6.63mol/m3。实验测得该反应的速 度方程为：
rA=kCACD
式中k=1.15*10-3m3/(mol.ks)。若要求A的 转化率为40%，试求反应器的体积。
解：设A的转化率为x，则有：
rA kCA0 (1 x)CD
对于全混流反应器，应有：
C A0 ( x x0 ) C A0 x x rA kCA0 (1 x)CD k (1 x)CD
0.40 87.4ks 24.28h 3 (1.1510 )(1 0.4)(6.63)
间歇操作
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率 平行反应 两个反应物 n1 m1 1 L(主反应) rL k1CA CB A+B 2 M(副反应) r k C n2 C m2
M 2 A B
n1>n2, m1>m2 CA, CB 都高
n1<n2, m1<m2 CA, CB 都低
n1>n2, m1<m2
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率 平行反应 两个反应物
1
L(主反应)
A+B
2
rL k1C C
n1 A
n2 A
m1 B
m2 B
M(副反应)
rM k2C C
n1<n2, m1<m2 CA, CB 都低
n1>n2, m1>m2 CA, CB 都高
n1>n2, m1<m2 CA高, CB低
E / RT
CA
n
rA L e rAM
( E2 E1 ) RT
CA
n1 n2
提高温度对活化能高的反应有利 降低温度对活化能低的反应有利 若E1>E2, 则在较高温度下进行
若E1<E2, 则在较低温度下进行
若E1=E2, 温度变化对选择性无影响
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率