《北学反应工程》敦 第3章理想反应踞 3.6反应器的型式与操作方法的评选 [板书]2.最优操作温度的选定 1)不可逆反应操作温度的选定 [讲解] 对于不可逆反应,由于反应速率随反应温度的增高而增大,所以只要 设备材质允许或不至于产生产物分解等副反应,应尽可能提高反应温度。 2)可逆吸热反应操作温度的选定 对于可逆的吸热反应,提高反应温度不但能提高反应速率,而且还能 提高反应的平衡常K,所以也应在允许限度内尽可能地提高反应温度 3)可逆放热反应操作温度的选定 而对于可逆的放热反应,则由于温度的提高将会使平衡常数K减小, 以存在着最优的操作温度 [举例分析] 例如,对于A4R一级可逆反应,若原料为纯物质A,且为恒容过程时 其反应速率式为 因为:-4=kCA-kCR,CR=C0xA,K=k/k,所以 以及平衡常数K和温度T有如下关系 K=K (3-6-3) 式中:-△H4为反应热T。为参比温度;K。为在T时的平衡常数。 [注释] ①由吉布斯一亥姆霍兹方程 △Gm=- RINk° 所以 dInk ArH ②若MH随温度变化不大,则上式积分有 m)(2(G) [讲解] 将式(3-6-2)、(3-6-3)代入式(3-6-1)中,在恒定的XA下,反应速率 (r4)将是操作温度T的函数,并如图3-6-4所示的性状。即对于可逆吸热 反应,提高操作温度反应速率也随之增大。而对可逆放热反应则存在使反 应速率为最大的最优操作温度 作者:傅杨武重庆三峡学院化学工程系 第8页共11页《化学反应工程》教案 第 3 章 理想反应器 3.6 反应器的型式与操作方法的评选 ［板 书］ ［讲 解］ ［举例分析］ ［注 释］ ［讲 解］ 2. 最优操作温度的选定 １) 不可逆反应操作温度的选定 对于不可逆反应，由于反应速率随反应温度的增高而增大，所以只要 设备材质允许或不至于产生产物分解等副反应，应尽可能提高反应温度。 2) 可逆吸热反应操作温度的选定 对于可逆的吸热反应，提高反应温度不但能提高反应速率，而且还能 提高反应的平衡常Ｋ，所以也应在允许限度内尽可能地提高反应温度。 ３）可逆放热反应操作温度的选定 而对于可逆的放热反应，则由于温度的提高将会使平衡常数Ｋ减小， 所以存在着最优的操作温度。 例如，对于 A ↔ R 一级可逆反应，若原料为纯物质Ａ，且为恒容过程时， 其反应速率式为： 因为： A A CR r kC k − = − − ， R A A C C x = 0 ， = + − K k k ，所以： ( ) ( ) ( )       = − −       = − − − = − = − − − − − K x kC x x k k kC x r kC k C kC x k C x A A A A A A A A R A A A A 1 1 1 0 0 0 0 (3-6-1) 以及平衡常数 K 和温度 T 有如下关系：                 − − ∆ = 0 0 1 1 exp R T T H K K r (3-6-3) 式中：-ΔHr为反应热 To 为参比温度；Ko 为在 To 时的平衡常数。 ① 由吉布斯-亥姆霍兹方程： 2 T rH dT T rG d o m o m ∆ = −         ∆ 而： o o ∆rGm = −RT lnK 所以： 2 ln RT rH dT d K o m o ∆ = ② 若 ∆rHm o 随温度变化不大，则上式积分有： ( ) ( )         − ∆ − = 1 2 2 1 1 1 ln ln R T T rH K T K T o o o m 将式(3-6-2)、(3-6-3)代入式 (3-6-1)中，在恒定的 χA下，反应速率 将是操作温度 T 的函数，并如图 3-6-4 所示的性状。即对于可逆吸热 反应，提高操作温度反应速率也随之增大。而对可逆放热反应则存在使反 应速率为最大的最优操作温度。 ( A −r ) 作者：傅杨武 重庆三峡学院化学工程系 第 8 页 共 11 页