反应工程课件第三章--公开课件.ppt

* * * * * * * B、对二级不可逆反应 对于多重反应，反应器中的流动情况不仅影响反应器的大小，还要影响反应的选择率。对工业反应过程，选择性的要求比反应器大小更重要。 3.5?多重反应的选择率 3.5.1 平行反应 反应物同时独立地进行两个或两个以上的反应称为平行反应。化工生产中许多取代、加成及分解反应过程存在着平行反应。典型的平行反应可表示为 A L(主反应) M(副反应) 1 2 A+B L(主反应) M(副反应) 1 2 OR 影响因素 ⑴ 选择率的温度效应 ⑵ 选择率的浓度效应 ⑶平行反应加料方式的选择 A+B L(主反应) M(副反应) 1 2 1）对比速率 A L(主反应) M(副反应) 1 2 2）平行反应的选择率 A L(主反应) M(副反应) 1 2 3）反应器的形式与选择率的关系 4）平行反应选择率的影响因素 A L(主反应) M(副反应) 1 2 (1)温度效应 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E1E2, 则在较高温度下进行 若E1E2, 则在较低温度下进行 若E1=E2, 温度变化对选择性无影响 (2)浓度效应 若a1a2, 较高反应物浓度对主反应有利 若a1a2, 较低反应物浓度对主反应有利 若a1=a2, 反应物浓度对选择性无影响 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 提高浓度对级数高的反应有利 降低浓度对级数低的反应有利 A+B L(主反应) M(副反应) 1 2 5)平行反应提高选择率的方法 间歇操作 n1n2, m1m2 CA, CB 都高 n1n2, m1m2 CA高, CB低 n1n2, m1m2 CA, CB 都低 连续流动操作 n1n2, m1m2 CA, CB 都高 n1n2, m1m2 CA, CB 都低 n1n2, m1m2 CA高, CB低 思考题： 对平行反应 A+B→L （副反应），A+B→M （主反应），其中 rL=k10exp(- )CACB1.5 rM=k20exp(- )CA0.5CB2 当A的转化率XA一定时，试分析如何提高主 产物M的选择率 。 3.5.2 连串反应 条件：（1）等温 （2）一级不可逆反应 （3）反应过程无体积变化 1）反应速率 连串反应是指反应主产物能进一步反应成其他副 产物的过程，许多卤化、水解反应都属连串反应。 2）浓度与时间的关系 连串反应的瞬时选择率s可表示为： 3) 连串反应的选择率 4) 连串反应的温度效应 若E1E2, 则在较高温度下进行 若E1E2, 则在较低温度下进行 若E1=E2, 温度变化对选择性无影响 5) 连串反应的浓度效应 A、浓度效应 若n1n2, 增加初浓度CA0 若n1n2, 降低初浓度CA0 若n1=n2, 初浓度的变化对选择性无影响 B、转化率 CL/CA随xA的增大而增大 L的瞬时选择性下降 转化率过高，选择性降低 分离再循环 解决方案 6) 连串反应的最佳反应时间与最大收率 (1)间歇反应器、平推流反应器 (2)全混流反应器 间歇反应器、平推流反应器最大收率 一级不可逆连串反应，不论采用哪一种反应器，主产物最大收率与反应物初浓度无关，只与k2/k1的值有关。 全混流反应器最大收率 7) 连串反应总选择率 讨论： （1）当xA，k1/k2相同时 S平推流、间歇＞S全混流 （2）当k1/k2《1时，xA低时，S大。 （3）当k1/k2》1时，xA高时，S也较大。 * 任何化学反应都有一定的热效应，因此有必要讨论反应器的传热问题，尤其当反应器放热强度较大时，传热过程对化学反应过程的影响，往往成为过程的关键因素。反应过程中的热量传递与传质一样，也可按其尺度分为：设备尺度的热量传递和颗粒尺度的热量传递。 3.3.3??全混流反应器的热稳定性 对放热反应过程，当某些外界因素使得反应温度升高时，根据阿累尼乌斯公式可知反应速率随之加快。然而反应速率的剧增，反应放热速率也愈大这就使反应温度进一步上升，因而就可能出现如下的恶性循环 反应温度上升 反应速率加快 反应放热速率增大 1）热稳定性和参数灵敏性的概念 如果一个反应器是在某一平衡状态下设计并进行操作的，就传热而言，反应器处于热平衡状态，即反应的放热速率应该等于移热速率。只要这个平衡不被破坏，反应器内各处温度将不随时间而变化，处于定态。但是，实际上各有关事数不可能严格保持在给定值，总会有各种偶然的原因而引起扰动。扰动表示为流量、进口温度、冷却介质温度等有关参数的变动。如果某个短暂的扰动使反应器内的温度产生微小的变化，产生