题目
对于单一反应组分的平行反应 ,其瞬间收率 随C A 增大而单调下降,则最适合的反应器为()A. 平推流反应器B. 全混流反应器C. 多釜串联全混流反应器D. 全混流串接平推流反应器
对于单一反应组分的平行反应 ,其瞬间收率 随C A 增大而单调下降,则最适合的反应器为()
A. 平推流反应器
B. 全混流反应器
C. 多釜串联全混流反应器
D. 全混流串接平推流反应器
题目解答
答案
B. 全混流反应器
解析
考查要点:本题考察平行反应中不同反应器类型的适用性,关键在于理解反应动力学与反应器性能的匹配关系。
解题核心思路:
- 平行反应特点:主反应与副反应同时进行,需通过反应器选择优化主反应收率。
- 浓度与收率关系:题目中“瞬间收率随$C_A$增大而单调下降”表明高浓度不利于主反应,需快速降低浓度以抑制副反应。
- 反应器特性对比:
- 平推流(PFR):无返混,浓度梯度大,高浓度区域停留时间长,可能加剧副反应。
- 全混流(CSTR):最大返混,出口浓度最低,能快速降低浓度,减少副反应时间。
- 多釜串联/组合反应器:复杂结构,但题目未体现需分阶段控制浓度的需求。
破题关键:全混流通过返混快速降低浓度,符合“高浓度不利”的条件,是最优选择。
反应动力学分析
假设主反应和副反应速率分别为:
$v_{\text{主}} = k_{\text{主}} C_A^m, \quad v_{\text{副}} = k_{\text{副}} C_A^n$
题目中“瞬间收率随$C_A$增大而单调下降”隐含主反应的收率随浓度增加而降低,说明主反应的级数$m \leq 0$(如零级反应),而副反应可能为正级数(如$n > 0$)。此时,高浓度会显著加快副反应,需快速降低浓度以减少副反应的发生。
反应器性能对比
- 平推流反应器(PFR):
- 浓度从入口到出口逐渐降低,高浓度区域停留时间长,副反应有更多时间进行,导致主反应收率下降。
- 全混流反应器(CSTR):
- 最大返混使反应物浓度迅速降低,出口浓度最低,副反应因浓度快速下降而被抑制,主反应收率更高。
- 多釜串联全混流/组合反应器:
- 虽然可分阶段控制浓度,但题目未体现需分阶段优化的需求,且结构复杂性不必要。
结论:全混流反应器通过快速降低浓度,最适合“高浓度不利”的平行反应场景。