本文將討論有關(guān)化學動力學導致的一些因素,這些因素對一特定的反應(yīng)將影響其反應(yīng)器的選型。可以證明,某種反應(yīng)器型式比其他型式可能取得較高的收率或較好的產(chǎn)品質(zhì)量。而且這些化學因素對生產(chǎn)的成本也會有重要的影響。但是,還有其他一些因素諸如設(shè)備投資費用和由勞動力、動力、蒸汽等等構(gòu)成的生產(chǎn)費用等,也可能是同樣重要的。
對任何工廠裝備來說安全是更加重要的一個因素。做到這一點的費用是能夠估算的,但是它所獲得的利潤卻無法以貨幣額來計算,這就給予從經(jīng)濟上進行最優(yōu)化處理帶來困難和不夠精確。例如,硝化和氧化反應(yīng)是激烈放熱的,對這種情況,連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器可能比管式反應(yīng)器有利,因為即使后者在化學方面是有利的,但前者的溫度控制比后者容易得多。此外,反應(yīng)器型式應(yīng)便于開車和停車,它和操作控制樣,在經(jīng)濟上也是重要的。
當考慮了這樣一些因素之后,常使得所要選的反應(yīng)器型式完全不同于僅僅按化學動力學因素考慮的反應(yīng)器型式。所以這里的主題僅涉及選擇反應(yīng)器總過程中的化學方面的問題,然而這也是一個重要的方面。
所要討論的內(nèi)容當然和最優(yōu)化問題緊密地聯(lián)系在一起,嚴格地講,反應(yīng)器最好的選型,并不象前面所講的那樣,而應(yīng)當是按照所有各種可能性,從事最優(yōu)化研究的結(jié)果。但是,應(yīng)予提出,僅僅就動力學因素來講,一般在應(yīng)用了十分簡單的討論之后對最適宜的反應(yīng)器就能形成一種完整的概念。這些動力學因素的討論關(guān)系到主要反應(yīng)器型式間的差別,這些差別可按以下幾方面進行分析:
(a)逗留時間分布的差別;
(b)濃度變化過程的差別;
(c)溫度變化過程的差別。
這里有二個實際問題:(i)從對已知動力學參數(shù)如何完善地設(shè)計一個裝置,(ii)如何政變動力學參數(shù)以改進設(shè)計。在這里我們主要關(guān)心這些問題中的第一個,因此與(a)和(b)有關(guān)。上面的因素(c)與第二個問題有關(guān),它將在后面討論。
這里我們將討論間歇反應(yīng)器、管式反應(yīng)器和連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器。事實上,許多重要的變型,包括流化床反應(yīng)器在內(nèi),都是工業(yè)上常見的。雖然這里限制了討論的廣泛性,但以上考慮的這些限制了的和理想化了的型式仍足以提出實質(zhì)性的因素。這些因素在需要時可應(yīng)用于其他反應(yīng)器型式。