3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率
一,平行反应 --- 一个反应物
1,温度效应
nRTE
A ACekr
/
0
??
A
L(主反应 )
M(副反应 )
1
2
提高温度对活化能高的反应有利
降低温度对活化能低的反应有利
若 E1>E2,则在较高温度下进行
若 E1<E2,则在较低温度下进行
若 E1=E2,温度变化对选择性无影响
21
12 )(
nnRT
EE
MA
LA
A
Ce
r
r ??
?
? ?
21
12 )(
nnRT
EE
MA
LA
A
Ce
r
r ??
?
? ?
2,浓度效应
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率 平行反应
若 n1>n2,较高反应物浓度
对主反应有利
若 n1<n2,较低反应物浓度
对主反应有利
若 n1=n2,反应物浓度对
选择性无影响
平推流反应器，低的单程转化率
全混流反应器，加入稀释剂；
反应后物料循环
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率
平行反应 两个反应物
A+B
L(主反应 )
M(副反应 )
1
2
111 mBnAL CCkr ?
222 mBnAM CCkr ?
间歇操作
n1>n2,m1>m2
CA,CB 都高
n1>n2,m1<m2
CA高,CB低
n1<n2,m1<m2
CA,CB 都低
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率
平行反应 两个反应物
A+B
L(主反应 )
M(副反应 )
1
2
111 mBnAL CCkr ?
222 mBnAM CCkr ?
连续流动操作
n1>n2,m1>m2
CA,CB 都高
n1<n2,m1<m2
CA,CB 都低
n1>n2,m1<m2
CA高,CB低
选择率
A
L（主产品）
M（副产品）
对比速率
M
L
r
r??
瞬时选择率
?
?
?
??
?
?
1A
L
ML
L
r
r
rr
rs
总选择率
AfA
Lf
CC
C
S
?
?
0
AfA
C
C A
CC
sd C
S
Af
A
?
?
?
?
0
0
AfA
Lf
MfLf
Lf
CC
C
rr
r
sS
?
?
?
??
0
全混流
通式
收率
收率的定义
式
Af
A
AfA
AfA
Lf
A
Lf Sx
C
CC
CC
C
C
C
Y ?
?
?
??
0
0
00
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率
二, 连串反应 MLA
kk ? ??? ?? 21
A
A
A Ckdt
dCr
1???
LA
L
L CkCkdt
dCr
21 ????
L
M
M Ckdt
dCr
2???
一级反应
CP0=CS0=0
tkAA eCC 10 ??
)()( 210
12
1 tktk
AL eeCkk
kC ?? ?
??
)](11[ 21 12
21
0
tktk
AM ekekkkCC
?? ?
???
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率 一级连串反应
组分 A,单调下降 ；
产物 L,先升后降，有极大值 ；
产物 M,单调上升
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率
流动类型对反应结果的影响
(a) 对反应液整体均匀照射 (b) 对小部分反应液照射
辐射能量相同
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率 L为主产物时
1,温度效应
2,浓度效应
若 E1>E2,则在较高温度下进行
若 E1<E2,则在较低温度下进行
若 E1=E2,温度变化对选择性无影响
若 n1>n2,增加初浓度 CA0
若 n1<n2,降低初浓度 CA0
若 n1=n2,初浓度的变化对选择性无影响
3,转化率 CL/CA随 xA的增大而增大
L的瞬时选择性下降
转化率过高，选择性降低工业上分离再循环
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率
3,流动类型的影响 对于不可逆的连串反应且以反应的中
间物为目的产物时，返混总是对选择
性不利
左
左
右
左
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率
连串反应的最佳反应时间与最大收率
)()( 210
12
1 tktk
AL eeCkk
kC ?? ?
??
间歇反应器或平推流反应器
12
12 )/ln (
kk
kkt
opt ??
最佳反应时间
0?dtdC L
最大出口浓度
最大收率
12
2
)()(
2
1
0m a x
kk
k
ALf k
kCC ??
12
2
)(
2
1
m a x
kk
k
k
kY ??
(*)
一级不可逆连串反应，不论采用哪一种反应器，主产物
最大收率与反应物初浓度无关，只与 k2/k1的比值有关。
)1)(1( 21
10
mm
mA
Lf kk
kCC
??
?
???
全混流反应器
21
1)(
kko p tm
??
最佳反应时间
0?dtdC L
最大出口浓度
最大收率
2
21
0
m a x )1()( kk
CC A
Lf ?? (*)
2
21
m a x )1(
1
kk
Y
?
? (*)
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率
(a) 平推流
(b) 全混流
1,xA,k2/k1相同时,BSTR和 PFR比 CSTR好
2,k2/k1<<1,低转化率下操作
3,k2/k1>>1,高转化率下操作
习题解答提示
3-2 提示
2
ABAA kCCkCr ??
00 BA CC ?
DCBA ???
)1(
0 AfA
Af
xkC
x
t
?
?
习题解答提示
3-4 提示
平推流
1
11 1
1ln
Ax
tk
?
?
2
2
22 1
A
A
x
xtk
?
?
全混流
21 tt ?
RTEekk /
0
??
)1(
)2(
1
2
/
0
/
0
1
2 ??
?
?
RTE
RTE
ek
ek
k
k
（ 1）
（ 2）
习题解答提示
Lm o lC A /5.10.3
2
1
0 ???
3-5 提示
Lm olC B /0.10.2
2
1
0 ???
000 ?? RP CC
8.0?Bfx 533.0
5.1
8.00.1
0
0 ????
A
BfB
Af C
xC
x
)1(0 AfAA xCC ??
)1(0 BfBB xCC ??
BfBRP xCCC 0??
fA
AfAR
r
xC
V
V
)(
0
0
?
AfA
RPBA
xC
CCCCV
0
0
7.18 ??
2
0
0201
VVV ??
习题解答提示
3-8 提示
AfAf
Af
AfAAfA
AfA
RA
AfA
fA
AfAR
xkxk
x
xCkxCk
xC
CkCk
xC
r
xC
V
V
210201
0
21
00
0
)1()1(
)(
??
?
??
?
?
??
21
21
01
2
1
3
1
3
2
3
1
kk
kk
V
V
R
?
?
?
?
21
21
02
1
2
1
2
1
2
1
kk
kk
V
V
R
?
?
?
?
......
01
02 ?
V
V
习题解答提示
3-9 提示
A
P
A
P
dC
dC
r
r
y ??
A
C
C
A
A
C
C
AA
A
A
C
C
A
P
P
dC
C
k
k
dC
CkCk
Ck
dC
r
r
C
Af
A
Af
A
Af
A
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??
?
?
?
??
0
00
1
2
2
21
1
1
1
1,A+( )=(A)
2,(A)=(B)+S
3,(B)=B+( )
1为控制步骤时：
****
1 1
11
MMLLBBAA
i
n
i PbPbPbPb ????
?? ?
?
?
****
*
1 MMLLBBAA
AA
A PbPbPbPb
Pb
??????
BB PP ?*
*SPS不被吸附，分母中没有
p
SB
p
SB
A K
PP
K
PPP ?? **
BB
p
SBA
p
SBAd
Aa
BBAA
AAdAa
AdAaA
Pb
K
PPb
K
PPbk
Pk
PbPb
PbkPk
kPkr
??
?
?
??
?
???
1
1
**
*
0
??
请考虑化学反应
CBA D??? ??? 催化剂
该反应在全混流反应器中进行，反应温度为
20℃,液料的体积流量为 0.5m3/h,
CA0=96.5mol/m3,CB0=184mol/m3,催化剂
的浓度 CD=6.63mol/m3。实验测得该反应的速
度方程为：
rA=kCACD
式中 k=1.15*10-3m3/(mol.ks)。若要求 A的
转化率为 40%，试求反应器的体积。
解：设 A的转化率为 x，则有：
DAA CxkCr )1(0 ??
对于全混流反应器，应有：
DDA
A
A
A
Cxk
x
CxkC
xC
r
xxC
)1()1(
)(
0
000
?
?
?
????
hks 28.244.87
)63.6)(4.01)(1015.1(
40.0
3 ????? ??
3
0 14.1228.245.0 mVV R ???? ?
某二级液相反应 A+B→C,已知 CAo=CBO,
在间歇反应器中达到 x=0.99，需反应的时
间为 10min,问：
(1) 在全混流反应器中进行时,应为多少？
(2) 在两个串联全混流反应器 (反应体积相
等 )中进行时,又是多少？
例题
m?
m?
000
9.9
)99.01(10
99.0
)1( AAA CCxC
xk ?
?
?
?
?
?
（１）在单个 CSTR中
2
0 )1( xkC
x
A ?
??
解,在间歇反应器中，对二级反应
??? 02020
9 9 0 0
)99.01(
99.0
)1( AAA CCxC
xk ?
?
?
?
?
m in1 0 0 0
0
??
V
V R
m?
(1)=(2) 则
(1)
(2)
(2) 两个 CSTR串联
2
2
12
0
2
2 )1(
AAo
AAR
xkC
xx
V
V
?
????
1212 0100 )1( RAAAA VxkCxCV ??
2
1
1
0
1
1 )1(
AAo
AR
xkC
x
V
V
?
???
2222 01200 )1()( RAAAAA VxkCxxCV ???
CSTR-1:
CSTR-1:
RRR VVV ?? 21 2
20
0
21 )1( AA
R
AA xkCV
Vxx ???
(3)
(4)
m in2.796.3922
0
????
V
V R?6.39
0
?
V
V R
代入 (3)
例题
对平行 -串联反应
BR
RT
BA
RT
CCekrSBR
CCekrRBA
)/(1 6 7 3 6 8
202
2)/(1 2 5 5 2 6
101
?
?
???
???
选取最佳的操作方式。
解：对于 A,SRA nn ?? ???? ?? ?? 12 21
应选用高 CA0,PFR反应器。
对于 B,B
S
R
m
m
?? ??
?? ??
?
?
2
1
2
1
A
B
CB与生成 R无关，尽管 B可以任意方式加入,
为维持高 CA,考虑 B分段加入为佳
对于温度,E1<E2,应选用低温
一,平行反应 --- 一个反应物
1,温度效应
nRTE
A ACekr
/
0
??
A
L(主反应 )
M(副反应 )
1
2
提高温度对活化能高的反应有利
降低温度对活化能低的反应有利
若 E1>E2,则在较高温度下进行
若 E1<E2,则在较低温度下进行
若 E1=E2,温度变化对选择性无影响
21
12 )(
nnRT
EE
MA
LA
A
Ce
r
r ??
?
? ?
21
12 )(
nnRT
EE
MA
LA
A
Ce
r
r ??
?
? ?
2,浓度效应
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率 平行反应
若 n1>n2,较高反应物浓度
对主反应有利
若 n1<n2,较低反应物浓度
对主反应有利
若 n1=n2,反应物浓度对
选择性无影响
平推流反应器，低的单程转化率
全混流反应器，加入稀释剂；
反应后物料循环
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率
平行反应 两个反应物
A+B
L(主反应 )
M(副反应 )
1
2
111 mBnAL CCkr ?
222 mBnAM CCkr ?
间歇操作
n1>n2,m1>m2
CA,CB 都高
n1>n2,m1<m2
CA高,CB低
n1<n2,m1<m2
CA,CB 都低
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率
平行反应 两个反应物
A+B
L(主反应 )
M(副反应 )
1
2
111 mBnAL CCkr ?
222 mBnAM CCkr ?
连续流动操作
n1>n2,m1>m2
CA,CB 都高
n1<n2,m1<m2
CA,CB 都低
n1>n2,m1<m2
CA高,CB低
选择率
A
L（主产品）
M（副产品）
对比速率
M
L
r
r??
瞬时选择率
?
?
?
??
?
?
1A
L
ML
L
r
r
rr
rs
总选择率
AfA
Lf
CC
C
S
?
?
0
AfA
C
C A
CC
sd C
S
Af
A
?
?
?
?
0
0
AfA
Lf
MfLf
Lf
CC
C
rr
r
sS
?
?
?
??
0
全混流
通式
收率
收率的定义
式
Af
A
AfA
AfA
Lf
A
Lf Sx
C
CC
CC
C
C
C
Y ?
?
?
??
0
0
00
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率
二, 连串反应 MLA
kk ? ??? ?? 21
A
A
A Ckdt
dCr
1???
LA
L
L CkCkdt
dCr
21 ????
L
M
M Ckdt
dCr
2???
一级反应
CP0=CS0=0
tkAA eCC 10 ??
)()( 210
12
1 tktk
AL eeCkk
kC ?? ?
??
)](11[ 21 12
21
0
tktk
AM ekekkkCC
?? ?
???
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率 一级连串反应
组分 A,单调下降 ；
产物 L,先升后降，有极大值 ；
产物 M,单调上升
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率
流动类型对反应结果的影响
(a) 对反应液整体均匀照射 (b) 对小部分反应液照射
辐射能量相同
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率 L为主产物时
1,温度效应
2,浓度效应
若 E1>E2,则在较高温度下进行
若 E1<E2,则在较低温度下进行
若 E1=E2,温度变化对选择性无影响
若 n1>n2,增加初浓度 CA0
若 n1<n2,降低初浓度 CA0
若 n1=n2,初浓度的变化对选择性无影响
3,转化率 CL/CA随 xA的增大而增大
L的瞬时选择性下降
转化率过高，选择性降低工业上分离再循环
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率
3,流动类型的影响 对于不可逆的连串反应且以反应的中
间物为目的产物时，返混总是对选择
性不利
左
左
右
左
3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率
连串反应的最佳反应时间与最大收率
)()( 210
12
1 tktk
AL eeCkk
kC ?? ?
??
间歇反应器或平推流反应器
12
12 )/ln (
kk
kkt
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最佳反应时间
0?dtdC L
最大出口浓度
最大收率
12
2
)()(
2
1
0m a x
kk
k
ALf k
kCC ??
12
2
)(
2
1
m a x
kk
k
k
kY ??
(*)
一级不可逆连串反应，不论采用哪一种反应器，主产物
最大收率与反应物初浓度无关，只与 k2/k1的比值有关。
)1)(1( 21
10
mm
mA
Lf kk
kCC
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全混流反应器
21
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kko p tm
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最佳反应时间
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最大出口浓度
最大收率
2
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m a x )1()( kk
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2
21
m a x )1(
1
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Y
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3-8 理想流动反应器中多重反应的选择率
(a) 平推流
(b) 全混流
1,xA,k2/k1相同时,BSTR和 PFR比 CSTR好
2,k2/k1<<1,低转化率下操作
3,k2/k1>>1,高转化率下操作
习题解答提示
3-2 提示
2
ABAA kCCkCr ??
00 BA CC ?
DCBA ???
)1(
0 AfA
Af
xkC
x
t
?
?
习题解答提示
3-4 提示
平推流
1
11 1
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2
2
22 1
A
A
x
xtk
?
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全混流
21 tt ?
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0
??
)1(
)2(
1
2
/
0
/
0
1
2 ??
?
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RTE
RTE
ek
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k
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（ 1）
（ 2）
习题解答提示
Lm o lC A /5.10.3
2
1
0 ???
3-5 提示
Lm olC B /0.10.2
2
1
0 ???
000 ?? RP CC
8.0?Bfx 533.0
5.1
8.00.1
0
0 ????
A
BfB
Af C
xC
x
)1(0 AfAA xCC ??
)1(0 BfBB xCC ??
BfBRP xCCC 0??
fA
AfAR
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xC
V
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0
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AfA
RPBA
xC
CCCCV
0
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2
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0201
VVV ??
习题解答提示
3-8 提示
AfAf
Af
AfAAfA
AfA
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xkxk
x
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xC
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xC
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......
01
02 ?
V
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习题解答提示
3-9 提示
A
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dC
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A
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Ck
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0
00
1
2
2
21
1
1
1
1,A+( )=(A)
2,(A)=(B)+S
3,(B)=B+( )
1为控制步骤时：
****
1 1
11
MMLLBBAA
i
n
i PbPbPbPb ????
?? ?
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****
*
1 MMLLBBAA
AA
A PbPbPbPb
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??????
BB PP ?*
*SPS不被吸附，分母中没有
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SB
p
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PbkPk
kPkr
??
?
?
??
?
???
1
1
**
*
0
??
请考虑化学反应
CBA D??? ??? 催化剂
该反应在全混流反应器中进行，反应温度为
20℃,液料的体积流量为 0.5m3/h,
CA0=96.5mol/m3,CB0=184mol/m3,催化剂
的浓度 CD=6.63mol/m3。实验测得该反应的速
度方程为：
rA=kCACD
式中 k=1.15*10-3m3/(mol.ks)。若要求 A的
转化率为 40%，试求反应器的体积。
解：设 A的转化率为 x，则有：
DAA CxkCr )1(0 ??
对于全混流反应器，应有：
DDA
A
A
A
Cxk
x
CxkC
xC
r
xxC
)1()1(
)(
0
000
?
?
?
????
hks 28.244.87
)63.6)(4.01)(1015.1(
40.0
3 ????? ??
3
0 14.1228.245.0 mVV R ???? ?
某二级液相反应 A+B→C,已知 CAo=CBO,
在间歇反应器中达到 x=0.99，需反应的时
间为 10min,问：
(1) 在全混流反应器中进行时,应为多少？
(2) 在两个串联全混流反应器 (反应体积相
等 )中进行时,又是多少？
例题
m?
m?
000
9.9
)99.01(10
99.0
)1( AAA CCxC
xk ?
?
?
?
?
?
（１）在单个 CSTR中
2
0 )1( xkC
x
A ?
??
解,在间歇反应器中，对二级反应
??? 02020
9 9 0 0
)99.01(
99.0
)1( AAA CCxC
xk ?
?
?
?
?
m in1 0 0 0
0
??
V
V R
m?
(1)=(2) 则
(1)
(2)
(2) 两个 CSTR串联
2
2
12
0
2
2 )1(
AAo
AAR
xkC
xx
V
V
?
????
1212 0100 )1( RAAAA VxkCxCV ??
2
1
1
0
1
1 )1(
AAo
AR
xkC
x
V
V
?
???
2222 01200 )1()( RAAAAA VxkCxxCV ???
CSTR-1:
CSTR-1:
RRR VVV ?? 21 2
20
0
21 )1( AA
R
AA xkCV
Vxx ???
(3)
(4)
m in2.796.3922
0
????
V
V R?6.39
0
?
V
V R
代入 (3)
例题
对平行 -串联反应
BR
RT
BA
RT
CCekrSBR
CCekrRBA
)/(1 6 7 3 6 8
202
2)/(1 2 5 5 2 6
101
?
?
???
???
选取最佳的操作方式。
解：对于 A,SRA nn ?? ???? ?? ?? 12 21
应选用高 CA0,PFR反应器。
对于 B,B
S
R
m
m
?? ??
?? ??
?
?
2
1
2
1
A
B
CB与生成 R无关，尽管 B可以任意方式加入,
为维持高 CA,考虑 B分段加入为佳
对于温度,E1<E2,应选用低温
