2.4.2　平行復雜反應

在并聯復雜反應體系中,至少有兩個反應。如果副反應速率低,對工藝過程的經濟性不致有太大的影響,因而還可以用于生產:

主反應(1):?A+BR,速度快,二級反應速率常數k₁,目標產物R;

副反應(2):?C+BQ,速度較慢,消耗原料B,二級反應速率常數k₂,生產價值低的副產物Q。

當含B的溶液,與含A和C的溶液在反應器內混合時,若混合(特別指微觀混合)好時,主、副反應均按本征動力學進行,生成的副產物Q很少,B生成R的選擇性為:

S=(2.15)

S接近于1,生產可以滿意。

當微觀混合很弱時,則產生很多的Q。因此可以用下式定義的指標(離集指數):

XQ=(2.16)

半定量地指示反應器中微觀混合的好壞,XQ值越小,反應器微觀混合效能越好。微觀混合很差,或稱為體系完全離集(分隔)時,R和Q的生成量近似正比于反應物濃度cA和cC,式(2.16)的數值較大;而微觀混合很好時,則反應體系濃度均勻,R和Q的生成量與反應動力學常數有關,XQ=k₂/(k₁+k₂)→0,為很小的數值。因此,微觀混合與進行并聯復雜反應的反應器效能密切相關。

混合效果的一個直觀解釋見圖2.6。若加料流束僅含B,另一流束含A+C。宏觀混合不好,使微觀混合無法發揮作用。若B加料濃度高于A的濃度,則混合不好時團塊2中B的濃度高于團塊1中A的濃度,則通常在兩團塊的交界面上,由于主反應很快,B的濃度仍為有限值,而A的濃度幾乎為0。而C的反應比較慢,故在界面上C還沒有因反應而耗盡,C的濃度大于0。這種情況是有利于副反應在界面和團塊2內部進行。此時界面區域反應的選擇性為

S=(2.17)

由于界面濃度cBi是共同的,接近于0,所以

S≈(2.18)

但k₁很大,cAi很小,而k₂很小,但cCi很大,雖然此時的選擇性不能確定,但肯定比式(2.15)小得多。而且C在團塊2內部的反應應該計入式(2.18)的分母中。

在介于微觀混合狀況良好和宏觀混合不好之間的情況,產物R的選擇性和原料B的轉化率的定量評估,則要基于宏觀混合和微觀混合的數學模型進行數值模擬了。