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第二章 反应器的类型和操作方式的选择 化学反应器的设计步骤 1．考虑反应系统的特点。设计者必须掌握有关反应系统性质的速率方程式或模型反应数据 、全部反应物和生成物的物理性质 、催化剂的特性. 2．根据第一步中的各因素，选择理想的操作条件使反应器的体积最小和(或)目的产物的产率最大。 3．根据第一项的各因素，选择理想的反应器类型和加料方案，使反应器费用最小，和(或)目的产物的产率最大。 4．根据第一项各因素，选择传热方式。 5．不要选择任何可以导致安全事故的那类反应器。 6．选择或创造一种实际的反应器，尽可能使之接近理想反应器的型式和操作条件。在选择实际设计时，必须考虑到传递过程。 7．计算反应器在设计条件下的大小和性能．必要时应同时考虑化学和物理速率过程。此时应考虑到各种合理的设计方案，而且要仔细做经济分析。 8．寻求最佳操作方案 2.1单个反应操作条件的选择 2.2 反应器尺寸最小的理想化反应器类型 对于一定的转化率，理想的间歇式反应器和活塞流反应器所需的容积相同，这个容积总是比搅拌—槽式连续反应器为小，因为后者在相应于出口转化率的较低反应速率下操作。间歇式反应器在各次操作之间，需要有清理时间。对于生产能力较低或经常变化的情况或者用于规模大小不拘，产品繁多而又彼此类似时，选用间歇式反应器是有利的。 在设计新工厂时，这种系统必须重新加以审查。间歇式系统的初次投资是较低的，但每单位产量的操作费用有时则是较高的。连续式活塞流反应器的工艺过程易于控制，而且产品质量稳定，因此是最有利的。 如把大小不等的反应器串连起来可以获得较小的总反应器容积，实际上这种最优化方法必定是没有效果的。订购几种大小不同的反应器会额外增加工程和设备加工费用，从而使总的费用要比采用数量相等而大小一样的反应器(总容积较大)所需费用大得多。 当需要反应器的容积很大时， (长停留时间)人们应当考虑采用搅拌—槽式连续反应器。当需要大的反应容积时，采用几个较大的搅拌槽往往比采用管式反应器更经济。 2.3 多个反应的准则 1．选择性和产率 目的产物R的选择性（SR）表示如下： 目的产物R的产率YR定义如下： 对于间歇式和活塞流： 对于一个搅拌—槽式连续反应器： 2．取得R的最大产率的操作条件 (1)????? 对于具有共同反应物(或几种共同反应物)的并行反应, 高浓度有利于级数较高的反应，低浓度有利于级数较低的反应。 (2)????? 在连串式反应中，如果中间产物R是所希望的产物，会存在一个最佳的转化率或获得最高收率的时间。 （3）如果在递降分解的连串反应系统中，反应级数彼此不同，高浓度将有利于较高级数的反应。 3．适用于R的最大产率的理想化反应器型式 （1）平行反应 一个间歇式或活塞流反应器将比搅拌—槽式连续反应器有较高的平均浓度。采用活塞流或间歇反应器有利于较高级数的反应；采用搅拌—槽式连续反应器则有利于较低级数的反应。如果需要用活塞流反应器．但由于别的一些理由又不能应用时，则可把几个搅拌—槽式连续反应器串联应用。 （2）连串反应 在连串反应如 A→R→S中，其中R能进一步转化。搅拌—槽式连续反应器所能得到的最大收率R将比活塞流反应器所能得到的为低。 4．聚合反应的特殊性 （1）反应不会终止，或聚合物的生长期比它在反应器内的停留时间为长的时候。 在间歇式或活塞流式反应器中，对于给定的流量而言，所有的分子有同样的停留时间，而且由于反应没有终止，所有的分子将长成为大致相等的长度，从而形成一个狭窄的分子量分布。 相反，搅拌—槽式连续反应器将形成很宽的分子量分布，这是由于生成聚合物分子的停留时间不同。 （２）聚合物生长期比它在反应器内停留时间为短时。 在间歇式或活塞流系统中，单体和自由基的浓度是在减少，其结果是随着停留时间的增加，链长度也增加了，因而形成了很宽的分子量分布。 搅拌—槽式连续反应器均匀地保持低浓度的单体，因此就有一个相对恒定的链终止速率，这样就形成了狭的分子量分布。 5．为取得R的最大产率的加料方法 6. 选择性和催化剂 从速率方程推导选择性 (2) 催化剂孔结构对选择性的作用 1．对于一个约定的催化剂，不同化合物对同一活性表面的竞争： 2．同一反应物的平行反应： 当反应物的反应级数相等时，孔径与选择性无关，因为选择性只与k1／k2有关，而且不受孔内浓度变化的影响。但是当反应级数不同时，小孔中浓度或分压的梯度将影响选择性。 3．包含递降分解的连串反应： 小孔径催化剂对生成R的选择性比无孔催化剂或大孔催化