平行反应化学反应工程.PPT

化学反应工程(Chemical Reaction Engineering) 西南科技大学 　　对于复杂反应，目的产物的收率和选择性是非常重要的，反映了原料的有效利用程度。收率和选择性与反应器的型式，操作方式和操作条件密切相关。 第六节 釜式反应器中复合 反应的收率和选择性 或： 其中，μPA的物理意义是生成1mol的目的产物 P要消耗A的摩尔数。 一、 总收率与总选择 §3-6 复合反应的收率和选择性 前面曾经给出瞬时收率的定义 瞬时收率可能随时间变化。间歇反应器就是一例； (2) 对于连续反应器（在定态下操作），瞬时选择性不随，时间变化，但可能随位置变化，这时要用到总收率，其定义为： YPf是总收率，针对整个反应器而言的。如果用S0表示总选择性(对整个反应而言)，那么 §3-6 复合反应的收率和选择性 一、 总收率与总选择 讨论：(1) XA↑时，S↓的情形 图 3.10 釜式反应器的最终收率 §3-6 复合反应的收率和选择性 一、 总收率与总选择 对于间歇釜式反应器 对于连续釜式反应器 从图中可以看出,多釜串联系统介于间歇釜式反应器和连续釜式反应器之间，即: =整个曲边梯形的积分面积 =矩形的面积 (2)　对于XA↑时，S↑的情况结果恰恰与上面的相反 §3-6 复合反应的收率和选择性 一、 总收率与总选择 二、平行反应 设在釜式反应器中进行平行反应： 假设P为目的产物，则瞬时选择性为 : A+B→P　 A+B→Q　 §3-6 复合反应的收率和选择性 反应组分A和B的浓度CA、CB，以及温度T均对选择性S有影响。可以根据 的相对大小，选择适当的反应组分浓度和温度，来提高反应的选择性S。 和 反应器中各组分的浓度与反应器型（釜式、管式……）、操作方式、加料浓度、原料配比，以及加料方式等因素密切相关。 §3-6 复合反应的收率和选择性 二、平行反应 (1)如果要求CA，CB↑，选择 （a）间歇釜（b）多釜串联 （如果体积不等，从小到大排列）（请说出原因，为什么是这样的？）。 (2)如果要求CA，CB↓，单釜连续操作（f），如果串联最好从大→小排列（为什么是这样呢？）。 (3)如果要求CB↑，CA↓，选择（d）B先加入，A流加。 §3-6 复合反应的收率和选择性 二、平行反应 加料方式的选择（a） §3-6 复合反应的收率和选择性 二、平行反应 图3.11 加料方式的选择（b） §3-6 复合反应的收率和选择性 二、平行反应 另外，要得到较高的生产强度，反应过程需要在较高的温度下进行。 当E2E1 或E2=E1时，温度高对过程有利； 当E2E1时，虽然温度低有利于选择性的提高，但应尽能使反应在较高的温度下进行，实际上存在一个最佳温度值。 §3-6 复合反应的收率和选择性 二、平行反应 在等温间歇反应器中，可以得到最佳反应时间 §3-6 复合反应的收率和选择性 三、 连串反应 假设如下的连串反应均为一级，P为目的产物 目的产物P的最佳收率 但如果是在连续釜式反应器进行上述连串反应， 最佳空时（不是反应时间）和最佳收率又怎样呢？ §3-6 复合反应的收率和选择性 三、 连串反应 首先根据物料衡算式，有 §3-6 复合反应的收率和选择性 三、 连串反应 这样就可以得到： 由导数 即 §3-6 复合反应的收率和选择性 三、 连串反应 最佳收率为： 目的产物收率与组成的关系可以表示为： 即 §3-6 复合反应的收率和选择性 三、 连串反应 而对于间歇釜式反应器，则有： 请看图3-12，对比间歇釜式反应器和连续釜式反应器性能的差别。 当k1=k2时， §3-6 复合反应的收率和选择性 三、 连串反应 在相同条件下， 应该特别关注 最大收率的轨 迹线。 图3—12连串反应时的反应率和收率 §3-6 复合反应的收率和选择性 三、 连串反应 注意： 可以通过改变操作温度的办法来改变k2/k1 的相对大小，但无论E2和E1相对大小如何，一般采用较高的反应温度，以提高反应器的生产程度； 可以使用催化剂来改变k2/k1当然，如果Q 是目的产物，问题就简单多了。采用反应时 间t↑、空时τ↑的办法即可。 §3-6 复合反应的收率和选择性 三、 连串反应