2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型復(fù)合反應(yīng)定義：反應(yīng)系統(tǒng)中同時(shí)發(fā)生兩個(gè)或兩個(gè)以上化學(xué)反應(yīng)時(shí)，稱該反應(yīng)系統(tǒng)為復(fù)合反應(yīng)過程復(fù)合反應(yīng)基礎(chǔ)類別：

可逆反應(yīng)、自催化反應(yīng)平行反應(yīng)、連串反應(yīng)1chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!復(fù)合反應(yīng)中組分生成速率的求?。航M分I的生成速率等于其在各個(gè)反應(yīng)中的生成速率的代數(shù)和復(fù)合反應(yīng)及其速率表達(dá)正/逆反應(yīng)均顯著進(jìn)行產(chǎn)物能自動(dòng)加快反應(yīng)的進(jìn)行(催化劑?),多出現(xiàn)在生化反應(yīng)中反應(yīng)物同時(shí)進(jìn)行2個(gè)反應(yīng)。取代、加成和分解反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)一步反應(yīng)。水解、鹵化、氧化等2chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!不失一般性，對N個(gè)AI物種參與的M個(gè)反應(yīng)的復(fù)雜反應(yīng)系統(tǒng)（J－反應(yīng)），化學(xué)反應(yīng)方程式為：

移項(xiàng)得化學(xué)計(jì)量關(guān)系（文獻(xiàn)常見形式）JI－計(jì)量系數(shù)，反應(yīng)物為“－”，生成物為“+”（得到為正，失去為負(fù)）3chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!復(fù)合反應(yīng)先將復(fù)合反應(yīng)分解為簡單反應(yīng)再加合，一般用組分生成速率表示遵從關(guān)系復(fù)合反應(yīng)過程的動(dòng)力學(xué)方程4chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!2.1單一不可逆反應(yīng)過程與反應(yīng)器2.1.1PFR和CSTR的比較（n級(jí)反應(yīng)AP）5chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!如何根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)的要求和化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)特性選取或組合適宜類別的化學(xué)反應(yīng)器？6chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!結(jié)論確定反應(yīng)器型式不僅要考慮轉(zhuǎn)化率的高低，還要考慮到反應(yīng)級(jí)數(shù)的大小！對于反應(yīng)級(jí)數(shù)比較大的反應(yīng)過程，若要求的轉(zhuǎn)化率比較高，就應(yīng)當(dāng)選取PFR反應(yīng)器，對于只能采用釜式反應(yīng)器（CSTR）的情況，則應(yīng)采用多釜串聯(lián)操作方式（近PFR方式操作），工業(yè)上比較經(jīng)濟(jì)的串聯(lián)釜數(shù)為3~4個(gè)7chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!由于平推流反應(yīng)器不存在返混，串聯(lián)相當(dāng)于反應(yīng)器的延長，相當(dāng)于反應(yīng)體積的簡單增加2CSTR串聯(lián)操作特性示意圖假定：各釜之間沒有返混，定常態(tài)、恒容cA0,xA0,FA0,V0cA1,xA1,cA2,xA2,cAN,xAN,cAi,xAi,8chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!顯然除最后一釜外，其余各釜的濃度都高于最終出口濃度，對大多數(shù)反應(yīng)，濃度升高反應(yīng)速率加快。而且，各釜之間不存在返混，因此，總反應(yīng)體積小于單個(gè)全混釜xA1xANcA0/(-rA)τi9chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!對于二級(jí)反應(yīng)10chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!2.1.3不同反應(yīng)器的組合給定三種反應(yīng)器：A-PFR;B-小CSTR；C-大CSTR11chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!12chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!討論13chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!特點(diǎn)：在一定區(qū)域內(nèi)，反應(yīng)速率隨著反應(yīng)進(jìn)行而加快，顯示出負(fù)反應(yīng)級(jí)數(shù)的特性。14chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!反應(yīng)物濃度多大時(shí)可以獲得最快的反應(yīng)速率？15chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!（1）PFR與CSTR選擇低轉(zhuǎn)化率時(shí)

CSTR優(yōu)于PFR高轉(zhuǎn)化率時(shí)

PFR優(yōu)于CSTR，但必須有產(chǎn)物P的存在，否則用PFR是不適宜的，可采用循環(huán)反應(yīng)器圖(a)

xA足夠高，PFR更為適宜圖(c)

xA比較低，

CSTR優(yōu)于PFR16chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!最佳循環(huán)比的求算17chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!18chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!組合：僅從反應(yīng)器體積最小考慮，最優(yōu)組合為CSTR+分離—即，最高速率下操作的CSTR流出物經(jīng)分離后，未反應(yīng)物返回反應(yīng)器。但這種組合的前提是：分離裝置的投資和運(yùn)行費(fèi)用都比反應(yīng)器低得多，否則無意義19chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!概念：在工業(yè)生產(chǎn)條件下，正、逆反應(yīng)均同時(shí)顯著進(jìn)行的反應(yīng)例子：氨的合成、甲醇的合成、芳烴烷基化等化學(xué)反應(yīng)方程式：可逆反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程20chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!可逆化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)※關(guān)鍵組分轉(zhuǎn)化率對反應(yīng)速率的影響等溫下，xAk1f(xA)和k2g(xA)r

數(shù)學(xué)描述為21chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!22chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!可逆放熱反應(yīng)溫度效應(yīng)的特點(diǎn)xA一定，r先隨T而，然后隨T而，存在一個(gè)使反應(yīng)速率最大的極值點(diǎn)—最佳反應(yīng)溫度23chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!24chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!※可逆反應(yīng)特性與反應(yīng)器選型※可逆吸熱反應(yīng)：反應(yīng)速率總是隨反應(yīng)的進(jìn)行而下降，為盡可能在較高濃度下反應(yīng)，應(yīng)選用平推流反應(yīng)器（PFR、適宜高溫）可逆放熱反應(yīng)：存在最佳反應(yīng)溫度，希望反應(yīng)沿最佳溫度曲線進(jìn)行，在不同轉(zhuǎn)化率下有不同最佳溫度，因此多選用全混流反應(yīng)器組合或多段換熱式操作方式（CSTR、PFR多段、最佳溫度）對于可逆反應(yīng)，反應(yīng)器選型決定于其過程的動(dòng)力學(xué)特性和所要求的轉(zhuǎn)化率25chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!工業(yè)操作：按最佳反應(yīng)溫度線操作時(shí)r最大－最佳反應(yīng)操作26chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!2.4平行反應(yīng)特性與反應(yīng)器選型定義：反應(yīng)物同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)或兩個(gè)以上的反應(yīng)例子：取代、加成和分解反應(yīng)優(yōu)化的最主要指標(biāo)是目的產(chǎn)物的選擇性27chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!28chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!29chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!2.4.3影響瞬時(shí)選擇性的因素討論★溫度影響(c恒定)★濃度影響(T恒定)30chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!2.5連串反應(yīng)特性與反應(yīng)器選型定義：指反應(yīng)產(chǎn)物能進(jìn)一步生成其它副產(chǎn)物的過程例子：水解、鹵化、氧化反應(yīng)等2.5.1動(dòng)力學(xué)特性（一級(jí)反應(yīng)）各組分生成速率為31chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!32chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!（3）

動(dòng)力學(xué)規(guī)律（a）隨反應(yīng)時(shí)間的延長，A濃度呈指數(shù)規(guī)律下降，S濃度連續(xù)上升，中間物P濃度先升后降，存在極大值；（b）中間產(chǎn)物P的濃度極大值受k1和k2的支配（c）措施：為多獲得P，應(yīng)增加k1/k2的值，降低S的濃度33chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!2.5.2目的產(chǎn)物選擇性影響因素分析影響選擇性的因素（T，c，n）：中間物P為目的產(chǎn)物，從選擇性角度討論一級(jí)不可逆反應(yīng)34chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!2.5.3反應(yīng)器計(jì)算一級(jí)不可逆反應(yīng)初始原料濃度：CA=CA0；cP0=cS0=0、恒容過程什么條件下可以獲得最高/較高的cp濃度？怎么得到的？★1CSTR35chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!36chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁!37chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁!思考題自催化反應(yīng)兩條曲線的含義？如何解析圖意？38chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁!思考題2：n級(jí)反應(yīng)VCSTR/VPFR=?●各曲線的含義？●規(guī)律描述（結(jié)論）★1除n=0和xA0外，其它均為：

VCSTR/VPFR>1

if

VCSTR=VPFR

，(xAf)m<(xAf)P

if

xA1，

(VR)m

/(VR)P

+★2

xA一定，n(VR)m

/(VR)P，★3相對于恒容過程（A=0）if

A>1，A(VR)m

/(VR)P，且大于A=0時(shí)的對應(yīng)值。if

A<0，A(VR)m

/(VR)P

，但小于A=0時(shí)的對應(yīng)值●圖示有無問題？（n=1&n=2的規(guī)律是否相同？）39chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁!組分I的生成速率：

工業(yè)實(shí)際：物理與化學(xué)過程的綜合效應(yīng)物理過程的影響：不改變化學(xué)反應(yīng)過程的動(dòng)力學(xué)規(guī)律

流動(dòng)狀況分布（停留時(shí)間分布）組分濃度分布溫度分布?jí)毫Ψ植嫉确磻?yīng)過程與反應(yīng)器之間的相互匹配BR&PFR設(shè)計(jì)方程無本質(zhì)差異（參變量t&位置）討論類別：PFR&CSTR40chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁!41chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第41頁!（1）當(dāng)(VR)m=(VR)P時(shí)，由于PFR推動(dòng)力大于CSTR，所以存在(xAf)m<(xAf)

P分析與討論（2）隨xA增加，返混程度增加

xA0，(VR)m

/(VR)P

1；

xA1，(VR)m

/(VR)P

+（3）xA一定，隨n增加，(VR)m

/(VR)P增加，但對于零級(jí)反應(yīng)(n=0),(VR)m/(VR)P=1（4）相對于恒容過程（A=0）當(dāng)A>1時(shí)，隨A增加，(VR)m

/(VR)P增加，且大于A=0時(shí)的對應(yīng)值；當(dāng)A<0時(shí)，隨A增加，(VR)m

/(VR)P增加,但小于A=0時(shí)的對應(yīng)值42chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第42頁!2.1.2理想流動(dòng)反應(yīng)器組合2.1.2.1理想流動(dòng)反應(yīng)器的串聯(lián)操作1PFR串聯(lián)操作提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率示意圖1FA0,cA0,V0,xA023NxA1xA2xAN43chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第43頁!由單個(gè)全混流反應(yīng)器物料衡算方程44chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第44頁!對于一級(jí)反應(yīng)：(-rA)=kcA45chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第45頁!2.1.2.2理想流動(dòng)反應(yīng)器的并聯(lián)操作1PFR并聯(lián)操作提高生產(chǎn)/處理能力如何使xAf達(dá)到最大或使反應(yīng)器總體積最小？Eg.：兩個(gè)PFR并聯(lián)反應(yīng)器總體積：VR=VRl+VR2

物料流量：V0=V01+V02

PFR設(shè)計(jì)方程：結(jié)論：1＝2流量分配：VRl:VR2

=V01:V02

2CSTR并聯(lián)操作結(jié)論及流量分配同上46chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第46頁!2.1.4循環(huán)反應(yīng)器可使PFR具有部分CSTR的特點(diǎn)基本假定：反應(yīng)器內(nèi)為活塞流；管線內(nèi)不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；

整個(gè)體系定常態(tài)操作。定義循環(huán)比為β，β=V3/V047chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第47頁!48chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第48頁!2.2自催化反應(yīng)特性與反應(yīng)器選型過程實(shí)質(zhì)：反應(yīng)產(chǎn)物對反應(yīng)起到催化作用，產(chǎn)物可以加快反應(yīng)進(jìn)行典型反應(yīng)

k2遠(yuǎn)大于k1。多出現(xiàn)在生化反應(yīng)中

反應(yīng)起始時(shí)，只有A，沒有P，第二個(gè)反應(yīng)無法進(jìn)行，一旦體系中有了P，反應(yīng)速率大大加快，直到A的減少使反應(yīng)速率下降49chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第49頁!A的總消耗速率如何以積分形式表達(dá)？（等mol、恒容）50chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第50頁!自催化反應(yīng)濃度與速率關(guān)系51chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第51頁!（2）循環(huán)反應(yīng)器循環(huán)反應(yīng)器可以表現(xiàn)出介于平推流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器之間的性能，對于自催化反應(yīng)，循環(huán)反應(yīng)器或許更加適合。由循環(huán)反應(yīng)器計(jì)算公式：52chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第52頁!意義：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53chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第53頁!（3）反應(yīng)器組合目的：使反應(yīng)過程大部分控制在最高速率點(diǎn)或接近最高速率點(diǎn)進(jìn)行54chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第54頁!2.3可逆反應(yīng)特性與反應(yīng)器選型可逆吸熱反應(yīng)：反應(yīng)速率總是隨反應(yīng)的進(jìn)行而下降，為盡可能在較高濃度下反應(yīng)，應(yīng)選用平推流反應(yīng)器（PFR、適宜高溫）可逆放熱反應(yīng)：存在最佳反應(yīng)溫度，希望反應(yīng)沿最佳溫度曲線進(jìn)行，在不同轉(zhuǎn)化率下有不同最佳溫度，因此多選用全混流反應(yīng)器組合或多段換熱式操作方式（CSTR、PFR多段、最佳溫度）對于可逆反應(yīng)，反應(yīng)器選型決定于其過程的動(dòng)力學(xué)特性和所要求的轉(zhuǎn)化率55chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第55頁!平衡溫度計(jì)算：當(dāng)正逆反應(yīng)速率相等時(shí)，總速率為零，系統(tǒng)達(dá)到化學(xué)平衡，對應(yīng)的溫度叫化學(xué)平衡溫度，其與關(guān)鍵組分轉(zhuǎn)化率的關(guān)系為56chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第56頁!※溫度對反應(yīng)速率的影響57chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第57頁!可逆吸熱反應(yīng)的特點(diǎn)數(shù)學(xué)描述：（1）TKp

xAe（2）T一定，xAr

（3）xA一定，Tr

58chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第58頁!最佳反應(yīng)溫度定義：在一定條件下（反應(yīng)物系組成、轉(zhuǎn)化率、催化劑類別及濃度等），可逆放熱反應(yīng)速率最大時(shí)對應(yīng)的溫度稱為最佳反應(yīng)溫度或最適宜反應(yīng)溫度59chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第59頁!60chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第60頁!61chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第61頁!62chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第62頁!2.4.1平行反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)特性討論等溫、恒容基元反應(yīng)AP（目的產(chǎn)物）

AS（副產(chǎn)物）根據(jù)加合性原則，各組分生成速率為63chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第63頁!2.4.2選擇性和收率的概念平行反應(yīng)64chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第64頁!對CSTR，反應(yīng)器內(nèi)的操作濃度就是出口濃度，因此：對N個(gè)串聯(lián)的全混釜65chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第65頁!自看例題page6066chap2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第66頁!初態(tài)：cA0，cP0=cS0=0，由式積分得67chap2復(fù)合反應(yīng)與反