催化反應(yīng)工程（華東理工大學(xué)） 反應(yīng)過(guò)程的溫度特征

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1、反應(yīng)過(guò)程的溫度特征簡(jiǎn)單反應(yīng)的溫度特性對(duì)于簡(jiǎn)單反應(yīng)，為了獲得最大反應(yīng)速率，要求采用盡可能高的溫度。其最優(yōu)溫度應(yīng)落在該反應(yīng)過(guò)程有關(guān)約束條件所規(guī)定的邊界極值上，這些約束條件包括催化劑的耐熱溫度、反應(yīng)物或產(chǎn)物熱分解溫度等。平行反應(yīng)的溫度特性目的產(chǎn)物P選擇率的溫度效應(yīng)由主、副反應(yīng)速率常數(shù)k1/k2決定。比值k1/k2的大小隨溫度的變化取決于主、副反應(yīng)活化能的相對(duì)值。當(dāng)E1>E2，即主反應(yīng)活化能大于副反應(yīng)活化能，提高溫度有利于反應(yīng)過(guò)程選擇率的提高；反之，E1

2、選擇率的溫度效應(yīng)由k2/k1所確定，與平行反應(yīng)相同?？赡嫖鼰岱磻?yīng)的溫度特性對(duì)可逆吸熱反應(yīng)，反應(yīng)平衡常數(shù)和反應(yīng)速率常數(shù)都隨溫度升高而增大，即反應(yīng)凈速率隨溫度升高而增大。所以可逆吸熱反應(yīng)與不可逆簡(jiǎn)單反應(yīng)具有相同的反應(yīng)速率溫度效應(yīng)，應(yīng)盡可能在高溫下反應(yīng)?？赡娣艧岱磻?yīng)的溫度特性對(duì)于可逆放熱反應(yīng)，隨著溫度升高，可逆放熱反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)常數(shù)和平衡常數(shù)變化恰恰相反。當(dāng)溫度增加到某一定值時(shí)，，此時(shí)反應(yīng)速率達(dá)到最大值。對(duì)于一定的反應(yīng)物組成，具有最大反應(yīng)速率的溫度，稱(chēng)為相應(yīng)于這個(gè)組成的最優(yōu)反應(yīng)溫度Topt。不同反應(yīng)物組成時(shí)相應(yīng)的最優(yōu)溫度為最優(yōu)

3、溫度線，也稱(chēng)最優(yōu)操作溫度線。根據(jù)求極值原理求得最優(yōu)反應(yīng)溫度相應(yīng)于平衡狀態(tài)的平衡溫度可逆放熱反應(yīng)的溫度特性沿反應(yīng)器長(zhǎng)度，即從反應(yīng)器進(jìn)口到出口，按最優(yōu)操作溫度Topt就要求有一個(gè)由高溫到低溫的溫度序列。對(duì)于可逆放熱反應(yīng)，反應(yīng)器中的溫度控制應(yīng)按最優(yōu)溫度序列要求實(shí)施，然而在實(shí)際應(yīng)用時(shí)受到很多限制。其一是催化劑的活性變化，其結(jié)果使最優(yōu)溫度序列不能恒定。其二，理想的最優(yōu)溫度序列在工業(yè)上無(wú)法實(shí)現(xiàn)，但最優(yōu)溫度的某些近似處理是能夠?qū)崿F(xiàn)的。復(fù)合反應(yīng)過(guò)程的溫度條件復(fù)合反應(yīng)實(shí)際上可分解為基本反應(yīng)的組合。按反應(yīng)速率或反應(yīng)選擇率為技術(shù)目標(biāo)，根據(jù)反

4、應(yīng)的動(dòng)力學(xué)特征，計(jì)算反應(yīng)過(guò)程所需要的優(yōu)化溫度條件或溫度序列。在實(shí)際工業(yè)操作中，需同時(shí)考慮選擇率和反應(yīng)速率這兩類(lèi)目標(biāo)進(jìn)行操作條件優(yōu)化討論。當(dāng)反應(yīng)溫度對(duì)選擇率和反應(yīng)速率影響存在矛盾時(shí)，應(yīng)以反應(yīng)選擇率為主兼顧反應(yīng)速率。對(duì)于不同的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特征，可以采用最優(yōu)溫度序列。對(duì)復(fù)合反應(yīng)，當(dāng)選擇率和反應(yīng)速率兩個(gè)目標(biāo)出現(xiàn)矛盾的操作條件要求時(shí)，需要考慮收率和產(chǎn)量的協(xié)調(diào)。苯氧化生產(chǎn)順丁烯二酸酐的簡(jiǎn)化模型在固定床反應(yīng)器的進(jìn)口部位，由于原料濃度較高，其平行副反應(yīng)是影響反應(yīng)選擇率的主要因素。根據(jù)E1>E3，反應(yīng)器進(jìn)口處應(yīng)取高溫。而在反應(yīng)器的后部，由

5、于產(chǎn)物順酐的生成和原料中苯濃度的減少，這時(shí)串連副反應(yīng)是造成選擇率降低的主要因素。根據(jù)E1