化學(xué)反應(yīng)工程陳甘棠第二章第三節(jié)

02九月2023三、復(fù)合反應(yīng)

復(fù)合反應(yīng)：在同一反應(yīng)物系中同時(shí)進(jìn)行若干個(gè)化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)的數(shù)目與獨(dú)立的計(jì)量方程數(shù)相同。

1、幾個(gè)術(shù)語(yǔ)

1）收率φp：

生成的目的產(chǎn)物p的摩爾數(shù)與反應(yīng)掉的著眼組分A的摩爾數(shù)之比。

02九月2023恒容反應(yīng)的瞬時(shí)收率為:

2）得率XP

:生成的目的產(chǎn)物P的摩爾數(shù)與著眼組分A的起始摩爾數(shù)之比得率、收率、轉(zhuǎn)化率之間的關(guān)系為：

當(dāng)xA=1時(shí)，02九月20233）選擇性SP：

生成目的產(chǎn)物P的摩爾數(shù)與生成某副產(chǎn)物S的摩爾數(shù)之比2、平行反應(yīng)

從相同的反應(yīng)物按各自的計(jì)量關(guān)系同時(shí)發(fā)生的幾個(gè)反應(yīng)稱(chēng)為平行反應(yīng)。02九月2023恒容、間歇反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行的平行反應(yīng)

設(shè)：

速率方程分別為：

02九月2023反應(yīng)物A總的反應(yīng)速率-rA為：瞬時(shí)收率為：02九月2023分析：

1)α=β時(shí)，則

即僅與T有關(guān)，在等溫反應(yīng)時(shí)，討論：T水平的高低對(duì)和有何影響？02九月2023代入上式

02九月20232)α≠β時(shí)，

02九月2023積分02九月20233、串聯(lián)反應(yīng)

不可逆串聯(lián)反應(yīng)：

特點(diǎn)：①無(wú)論目的產(chǎn)物是P還是S,提高A的轉(zhuǎn)化率總是有利的。②目的產(chǎn)物若為S,可加速兩個(gè)反應(yīng)，目的產(chǎn)物若為P,應(yīng)盡量加大前一反應(yīng)，而減弱后一反應(yīng)，則P出現(xiàn)極大值。02九月2023以一級(jí)反應(yīng)為例，各組分的速率方程為：

（1）（2）（3）（1）式積分得：（4）將（4）式代入（2）式，積分得：02九月2023根據(jù)物料衡算有：

設(shè)cp0=cs0=002九月2023當(dāng)Cp取得最大時(shí)，反應(yīng)時(shí)間t*

則02九月2023CA0CAtoptCp,maxCPCSt002九月2023解得：

km——對(duì)數(shù)平均速率常數(shù)當(dāng)k1=k2時(shí)，

得02九月2023用轉(zhuǎn)化率來(lái)表示瞬時(shí)收率02九月2023令k2/k1=B，則采用常數(shù)變易法求解：02九月2023由dCp/dxA=0,得

02九月2023

可見(jiàn)，P的最大得率隨比值k2/k1的下降而增大，且相應(yīng)于此最大得率的轉(zhuǎn)化率xA亦增大，因此，對(duì)于這類(lèi)不可逆一級(jí)串聯(lián)反應(yīng)，為了提高中間產(chǎn)物P的得率，應(yīng)盡可能降低k2/k1的值。02九月20234、反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)

反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)：由平行反應(yīng)和串聯(lián)反應(yīng)組合在一起的更為復(fù)雜的復(fù)合反應(yīng)稱(chēng)為反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)

例：

ABCDk1k2k3k4k5

設(shè)各個(gè)反應(yīng)均為一級(jí)不可逆反應(yīng)，以各組分表示的反應(yīng)速率分別為：02九月2023組分D可由總物料衡算求得，通常可簡(jiǎn)化處理。

02九月2023例如：最簡(jiǎn)單的催化裂化反應(yīng)模型為：

重質(zhì)油

汽油

焦炭+輕質(zhì)氣體