Transcript 3-4 半连续操作的反应器  一种组分先加入，另一种组分慢慢加入（反应速 度快且热效应大，T迅速增加）；  连续出料（产物析出结晶或生成其它新相态） 3-5 均相反应器的最佳选择 1.概述：  优化--在一定范围内，选择一组优惠的决策变量，使过程系统对于确 定的目标达到最优状态（设计优化、操作优化）。  优化核心： 化学因素—反应类型、动力学特性 工程因素—反应器类型(管式、釜式、返混特性)； 操作方式(间歇、连续、半连续、分批加料、分段加料)； 操作条件(反应物系初浓度、转化率、反应温度)  优化目标： 简单反应—反应速率—最优温度和最优浓度 复合反应—选择率—主反应速率与生成副产物的副反应速率相对比值 各种对反应场所浓度（或温度）产生相同影响的工 程因素必定具有等效性。 例如：若原料浓度对反应过程有利：  形式—返混；  加料方式—分批（间歇）、分段（连续）  操作方式—降低进料浓度 （以上各项等效） 2. 单一反应过程反应器形式比较 结论： 1）单一反应、相同操作条件、达到相同转化率时：PFR所 需体积最小，CSTR所需体积最大； 2）反应器体积相同时：xPFR>xCSTR 由图知：    转化率越高，差异越大； 反应级数越大，差异越大； 膨胀率越大，差异越大。 例1：反应器性能比较 A  B  P  R ，当 歇反应器的转化率 k=0.07，试计算： CB  C A M C A0 ln 时，由下列计算式计算间 o 1  M.

3-4 半连续操作的反应器

一种组分先加入，另一种组分慢慢加入（反应速
度快且热效应大，T迅速增加）；

连续出料（产物析出结晶或生成其它新相态）
3-5 均相反应器的最佳选择
1.概述：

优化--在一定范围内，选择一组优惠的决策变量，使过程系统对于确
定的目标达到最优状态（设计优化、操作优化）。

优化核心：
化学因素—反应类型、动力学特性
工程因素—反应器类型(管式、釜式、返混特性)；
操作方式(间歇、连续、半连续、分批加料、分段加料)；
操作条件(反应物系初浓度、转化率、反应温度)

优化目标：
简单反应—反应速率—最优温度和最优浓度
复合反应—选择率—主反应速率与生成副产物的副反应速率相对比值
各种对反应场所浓度（或温度）产生相同影响的工
程因素必定具有等效性。
例如：若原料浓度对反应过程有利：
 形式—返混；
 加料方式—分批（间歇）、分段（连续）
 操作方式—降低进料浓度
（以上各项等效）
2. 单一反应过程反应器形式比较
结论：
1）单一反应、相同操作条件、达到相同转化率时：PFR所
需体积最小，CSTR所需体积最大；
2）反应器体积相同时：xPFR>xCSTR
由图知：



转化率越高，差异越大；
反应级数越大，差异越大；
膨胀率越大，差异越大。
例1：反应器性能比较
A  B  P  R ，当
歇反应器的转化率
k=0.07，试计算：
CB  C A
M
C A0
ln
时，由下列计算式计算间
o
1  M  xA
 C A0 Mkt ，已知40 C时，
(1  M )(1  x A )
1）BR中，CA0=2.2mol/L, M=0.25, T=40oC, t=50min时
xA=? 若使xA=0.98，则需多长反应时间？
2）保持1）中工艺条件，使用CSTR，求达到1）的转化
率和0.98的转换率时所需空时？
3）用两个等体积CSTR串联操作，工艺条件同1），计
算xA=0.98时所需空时？
3. 自催化反应过程反应器型式选择
1）结论：
 低转化率时（xAf较小）：
VPFR大于VCSTR，全混流反应器优于活塞流反应器；
 中等转化率时：
VPFR约等于VCSTR，两种反应器无多大区别；
 高转化率时（ xAf较大）：
VPFR小于VCSTR，活塞流反应器优于全混流反应器。
思考：为什么？
2）对于活塞流反应器，必须采用循环活塞流反应器，否则
反应器入口附近效率会非常低—适当循环比—求导过程见
书P62。
3）反应器组—使反应大部分时间在最高速率点或接近最高
速率组成下进行。（应如何组合？）
4. 并联反应
（1）并联反应器选型—提高平均选择率  和产物浓度 C pf

确定转化率下

非确定转化率下
结论：并联反应的反应器选型取决于并联反应选择率的浓
度特征，即取决于  -- C A曲线的特征
例2：并联反应最大收率
有一并联反应，已知k1=2 mol/(L.min), k2=1mol/(L.min),
k3= 1mol/(L.min), CA0=2mol/L。若不考虑未反应物料回
收，试在等温条件下求：
（1）在CSTR中所能得到的最大产物收率；
（2）在PFR中所能得到的最大产物收率；
（3）假若未反应物料加以回收，采用何种反应器型式较为
合理？
（2）并联反应反应器的操作方式选择
主、副反应级数相对大小—确定反应物浓度高低
—通过操作方式加以控制
例3：操作方式的选择
已知并联反应，rP=k1CACB0.3, k1=k2=1,
CA0=CB0=20mol/L, 分别从反应器进口加入，反应转
化率为0.9，计算它们在PFR中的选择率和收率，并
请选择合理的操作方式以提高该反应过程的平均选
择率和收率。
5. 串联反应
（1）串联反应器选型
—串联反应不能盲目追求高转化率，提高串联反应
的工程措施与并联反应相仿，可以通过反应物初浓
度和转化率的适当选择来实现，但串联反应中的情
况要比并联反应复杂。
（2）反应器选型与操作方式

选型：
返混对于串联反应过程选择率均是不利因素
—PFR（或多级串联的CSTR）优于CSTR

操作：全部从反应器加入或一次投料
例4：串联反应过程的优化
A  P  S ，CA0=1mol/L, Cp0=Cs0=0, 实验测得数据如下
NO.1：CA=1/2, CP=1/6, CS=1/3
NO.2：CA=1/3, CP=2/15, CS=8/15
试问（1）反应动力学特征；
（2）应该选用什么反应器？
（3）在所选用反应器中，产物P的最大浓度是多少？
此时物料A的转化率为多大？