题目

有如下平行反应:A+B k1→R (主反应) A+B k1→RA+B k1→R (副反应) A+B k1→R(1) 若采用间歇操作,试选择合适的加料方式;(2) 若采用连续操作,试选择用合适的反应器型式;(3) 若主、副反应的活化能分别为30和20,反应温度宜高还是宜低?

有如下平行反应:

(主反应)

(副反应)

(1) 若采用间歇操作,试选择合适的加料方式;

(2) 若采用连续操作,试选择用合适的反应器型式;

(3) 若主、副反应的活化能分别为30和20,反应温度宜高还是宜低?

题目解答

答案

解:

(1) 若用间歇操作,应采用向事先含R的BR中同时加入A、B物料;

(2) 若用连续操作,应选用CSTR,A、B同时连续加入;

(3) ∵ E1 〉E2,∴反应温度宜高。(∵温度升高,有利于活化能高的反应)

解析

  1. 平行反应的选择性控制：主反应和副反应竞争消耗A和B，需通过操作条件（加料方式、反应器型式、温度）提高主反应的选择性。
  2. 速率方程特点：主反应速率含产物R浓度，副反应速率不含，说明R的存在会促进主反应。
  3. 温度对活化能的影响：活化能高的反应对温度更敏感，升高温度更有利于活化能高的主反应。

第（1）题

分析选择性表达式

选择性比为：
$S_p = \frac{r_R}{r_s} = \frac{k_1}{k_2} C_R$
关键点：选择性与$C_R$正相关，需维持较高$C_R$以提高主反应速率。

间歇操作加料策略

  • 若初始无R，主反应速率低，副反应占优。
  • 预先加入R可提高主反应初始速率，优先消耗A、B，减少副反应机会。

第（2）题

连续操作反应器选择

  • CSTR特点：物料混合均匀，反应物浓度恒定，适合需快速混合的场景。
  • 连续加入A、B：维持反应物浓度，结合CSTR的均匀混合，使主反应速率稳定占优。

第（3）题

温度对速率常数的影响

根据阿伦尼乌斯方程：
$k = A \exp\left(-\frac{E}{RT}\right)$

  • 主反应活化能更高（$E_1 > E_2$），升温时$k_1$增大幅度大于$k_2$，使$\frac{k_1}{k_2}$增大，选择性提高。