可逆反应和平行反应优化

六.化学反应过程与设备的优化※1.可逆反应过程的优化（1）反应物浓度的优化对反应速率的影响对于可逆反应反应速率可用下式表示：(6-1)六.化学反应过程与设备的优化当达到化学平衡时，－rA=0，则有：由上式可求得：代入式（6－1）得：（6－2）六.化学反应过程与设备的优化对可逆反应过程，没有副产物的形成，故优化的目标为反应速率最大，即达到规定转化率时所需的反应器体积最小。由式（6－2）可见，在反应温度恒定下，提高反应物初始浓度（CA0），降低转化率，有利于反应速率的提高。六.化学反应过程与设备的优化（2）最优反应温度和最优温度序列对可逆反应过程，温度的影响较之浓度效应复杂。对可逆放热反应，k1、k2随温度升高而增大，而平衡转化率（xAe）则随温度升高而减少，因此对每一个转化率应存在一个使反应速率为最大的最优反应温度。对可逆吸热反应，k1、k2和xAe均随温度升高而增大。由式（6－2）可见，反应速率也随温度升高而增大。所以最优反应温度也就是反应体系能承受的最高温度。六.化学反应过程与设备的优化对于可逆放热反应，显然，最优反应温度应满足如下条件：(6-3)将式（6－1）改写为：(6-4)六.化学反应过程与设备的优化由（6－3）和（6－4）可求得最优反应温度为：(6-5)式中：六.化学反应过程与设备的优化由式（6－5）可见，最优反应温度不仅与反应特性有关，而且随转化率的变化而变化，并随xA增加而降低。即对可逆放热反应，其最优温度序列总是先高后低的。图6－3中所示的最优温度曲线。图6－3最优温度线与平衡温度线六.化学反应过程与设备的优化当达到化学平衡时，－rA=0，由式（6－4）可求得化学平衡的反应温度：（6－6）将式（6－6）标绘在T－xA相平面上，得到图6－3所示的平衡温度曲线。六.化学反应过程与设备的优化由以上分析可知，存在最优温度序列是可逆放热反应的一个重要特征，对反应过程的优化具有重要的意义。为使达到预定转化率的反应器体积最小，反应温度应随转化率增加沿最优温度曲线逐步降低。六.化学反应过程与设备的优化2.平行反应过程优化（1）浓度对平行反应产物选择性的优化①一种反应物生成两种生成物的平行分解反应其反应生成目标产物R和副产物P的反应动力学方程式为：（6－7）（6－8）六.化学反应过程与设备的优化选择性：（6－9）可见优化的目标是使SR尽可能增大，亦得到较多的R。对于给定温度下的反应系统，k1、k2、a1、a2均为常数。故改善产物分布和选择性的唯一手段是调节反应物浓度CA，这取决于主反应和副反应级数的相对高低。六.化学反应过程与设备的优化a.当a1＜a2时，CA↓，SR↑有利于生成较多的产物R，所以全混流反应器有利于提高R的选择性，但所需的反应器体积较间歇反应器或管式活塞流反应器大。故应做全面分析，再作选择。b.当a1＞a2时，CA↑，SR↑所以应选择间歇反应器或活塞流反应器，有利于生成较多的产物R。b.当a1=a2时，SR=k1/k2=constant,选择性与反应物浓度无关六.化学反应过程与设备的优化反应物为两种反应物生成一种主产物和一种副产物的平行反应，即：其反应动力学方程式分别为：六.化学反应过程与设备的优化故反应的选择性为：(6-10)六.化学反应过程与设备的优化(2)温度对平行反应产物分布（即选择性）的优化当反应温度改变时，式（6－9）或（6－10）中的k1/k2将随之改变，从而影响产物分布。根据Arrhennius方程代入k1/k2得出:(6-11)六.化学反应过程与设备的优化由式（6