对于反应级数 n>0 的不可逆等温反应,为降低反应器容积,应选用 。( )A. 平推流反应器B. 全混流反应器C. 循环操作的平推流反应器D. 全混流串接平推流反应器
A. 平推流反应器
B. 全混流反应器
C. 循环操作的平推流反应器
D. 全混流串接平推流反应器
题目解答
答案
解析
本题考查不同类型反应器在反应级数 $n>0$ 的不可逆等温反应中对反应器容积的影响,解题思路是通过比较不同反应器的性能特点,分析哪种反应器能使反应更高效,从而降低反应器容积。
1. 平推流反应器(PFR)
平推流反应器中,物料以活塞流的方式流动,所有物料在反应器内的停留时间相同,不存在返混现象。对于反应级数 $n>0$ 的反应,反应物浓度沿反应器长度方向逐渐降低。根据反应速率方程 $r = kC^{n}$(其中 $r$ 为反应速率,$k$ 为反应速率常数,$C$ 为反应物浓度),在平推流反应器中,反应物能在较高浓度下进行反应,反应速率较快,能在较短的时间内达到较高的转化率,因此所需的反应器容积相对较小。
2. 全混流反应器(CSTR)
全混流反应器中,物料充分混合,反应器内各处的反应物浓度均匀且等于出口处的反应物浓度。由于反应级数 $n>0$,出口处反应物浓度较低,根据反应速率方程 $r = kC^{n}$,反应速率较慢。为了达到相同的转化率,需要更长的停留时间,也就需要更大的反应器容积。
3. 循环操作的平推流反应器
循环操作的平推流反应器虽然结合了平推流和循环的特点,但循环操作会使部分反应物多次通过反应器,相当于降低了反应物的初始浓度,使得反应速率整体下降,相比单纯的平推流反应器,需要更大的反应器容积才能达到相同的转化率。
4. 全混流串接平推流反应器
全混流串接平推流反应器中,全混流部分会使反应物浓度降低,导致反应速率下降,即使后续接平推流反应器,整体的反应效率也不如单纯的平推流反应器,因此所需的反应器容积也会更大。
综上所述,对于反应级数 $n>0$ 的不可逆等温反应,为降低反应器容积,应选用平推流反应器。