本文将讨论有关化学动力学导致的一些因素,这些因素对一特定的反应将影响其反应器的选型。可以证明,某种反应器型式比其他型式可能取得较高的收率或较好的产品质量。而且这些化学因素对生产的成本也会有重要的影响。但是,还有其他一些因素诸如设备投资费用和由劳动力、动力、蒸汽等等构成的生产费用等,也可能是同样重要的。
对任何工厂装备来说安全是更加重要的一个因素。做到这一点的费用是能够估算的,但是它所获得的利润却无法以货币额来计算,这就给予从经济上进行最优化处理带来困难和不够精确。例如,硝化和氧化反应是激烈放热的,对这种情况,连续搅拌釜式反应器可能比管式反应器有利,因为即使后者在化学方面是有利的,但前者的温度控制比后者容易得多。此外,反应器型式应便于开车和停车,它和操作控制样,在经济上也是重要的。
当考虑了这样一些因素之后,常使得所要选的反应器型式完全不同于仅仅按化学动力学因素考虑的反应器型式。所以这里的主题仅涉及选择反应器总过程中的化学方面的问题,然而这也是一个重要的方面。
所要讨论的内容当然和最优化问题紧密地联系在一起,严格地讲,反应器最好的选型,并不象前面所讲的那样,而应当是按照所有各种可能性,从事最优化研究的结果。但是,应予提出,仅仅就动力学因素来讲,一般在应用了十分简单的讨论之后对最适宜的反应器就能形成一种完整的概念。这些动力学因素的讨论关系到主要反应器型式间的差别,这些差别可按以下几方面进行分析:
(a)逗留时间分布的差别;
(b)浓度变化过程的差别;
(c)温度变化过程的差别。
这里有二个实际问题:(i)从对已知动力学参数如何完善地设计一个装置,(ii)如何政变动力学参数以改进设计。在这里我们主要关心这些问题中的第一个,因此与(a)和(b)有关。上面的因素(c)与第二个问题有关,它将在后面讨论。
这里我们将讨论间歇反应器、管式反应器和连续搅拌釜式反应器。事实上,许多重要的变型,包括流化床反应器在内,都是工业上常见的。虽然这里限制了讨论的广泛性,但以上考虑的这些限制了的和理想化了的型式仍足以提出实质性的因素。这些因素在需要时可应用于其他反应器型式。