连续反应过程可实现提高反应速度,具有反应条件恒定、产品质量稳定等特点,实现连续化工艺。
连续反应过程的必要性因为某些反应过程(比如氧化脱羧反应)有易生成副产物的特性,不仅影响反应速率,甚至阻抑反应的进行。这在间歇反应和半连续反应中是无法解决的。以苯甲酸氧化脱羧制苯酚连续反应为例,焦油增长速度以间歇反应最快,间歇工业生产时间多在7-8小时左右,最终焦油量高达20-40%。这是造成收率低、消耗高的关键所在。半连续反应是对间歇反应的改进,在反应时间短(如<20小时)情况下,其反应效率与连续反应并无区别。然而,当反应到20小时后焦油量迅速上升,35小时后,反应逐步恶化。该实验也是半连续反应类型,估计其补加原料方式不够均匀,时间间隔长,一次加量大。另外,其气体分散不佳,空塔线速较低,故虽有高速搅拌装置弥补 了传质效率,但苯酚的移出速度受到了影响,更重要的原因是该实验采用的分析方法不成熟,造成焦油量及中性物误差大,致使苯酚收率波动较大。采用的单级理想混和反应器具有液层浅和混和完全以及气速大的特点,故利 于苯酚的及时移出,减少其在液相中生成焦油的机会。同时,由于器内液相搅动剧烈,使苯甲酸铜分散度高,水解充分,加快了苯甲酸铜的分解速度,这就使另一途径生成焦油的机会减少。但最根本的措施还在于实现反应物的连续出料,使器内焦油量维持在一个平衡浓度上,从而控制了焦油的进一步增长,保证了反应的顺利进行。
影响因素1、反应停留时间所谓反应停留时间是指从反应物进入反应釜开始到该反应物流出反应釜所消耗的时间称为反应停留时间。在实际的反应过程中反应釜的有效反应体积以及物料的流量决定反应停留时间的长短。若要提高物料的转化率,就要增大停留时间,具体操作可减小反应物的进料流量和反应釜物料出料流量。
2、反应温度有的反应属于放热反应,比如聚合反应。因此,根据反应温度的高低能判断聚合反应速度的快慢。如果反应速率加快,聚合反应过程中放出的热量就会增加,反应釜体系温度升高反之反应釜体系温度下降。一些聚合反应过程中所产生的热量呈指数型增长,该过程是非自衡的危险化学反应过程。如果反应釜内多余的热量不能及时转移,则由于能量的累积温度会不断升高,这种“正反馈”作用将导致“暴聚”事故。此时由于温度超高,系统压力必定超高,如果超过反应器所能耐受的压力,可能发生爆炸与火灾事故。即使不发生恶性事故,由于反应速度太快,聚合生成的都是低分子无规则状聚合物,产品也不合格。控制反应温度的主要手段是根据实际情况改变夹套冷却水的流量。反应温度要求控制在70℃,影响夹套冷却效果的相关因素是反应器内料位的高低、冷却水与反应温度的温度差,反应有效体积大换热面积大,温度差大热交换推动力大。反应温度和反应转化率的变化属于时间常数较大、惯性较大的高阶特性。冷却水流量的变化随阀门的开关变化较快、时间常数较小。当冷却水压力下降时这种干扰在现场时有发生,即使阀位不变,冷却水流量也会下降,冷却水带走的热量减少,反应器中物料温度会上升。
3、反应压力反应釜中反应体系温度和物料的百分比含量是影响反应压力的关键因素。因此,在反应器中必须防止物料的百分比含量过高、反应温度过高的情况发生。另外,在温度不变的条件下,调整反应物与溶剂的进料流量比可以在一定的范围内控制反应器内压力。如果在物料与溶剂的进料流量比保持不变的前提条件下,反应釜内压力随反应体系温度变化而发生变化,即反应温度上升,反应压力也同步上升,反应温度下降,反应压力也同步下降。