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化學(xué)間歇反應(yīng)與連續(xù)反應(yīng)


實(shí)驗(yàn)室k / 2019-02-14

       某些以小批量生產(chǎn)的化學(xué)制品——如藥物、染料等等,都是間歇生產(chǎn)的。在生產(chǎn)這類產(chǎn)品的典型工廠內(nèi),人們也許會(huì)注意到有幾百只高壓釜,每只釜每天生產(chǎn)一噸某種產(chǎn)品,下一次又可生產(chǎn)一噸完全不同的產(chǎn)品。這種系統(tǒng)具有極大的靈活性,特別是對(duì)某些特殊的工廠,有幾百種甚至上千種隨時(shí)變更的產(chǎn)品,而每種產(chǎn)品的生產(chǎn)規(guī)模又是很小時(shí),就更是如此。

       間歇操作的另一優(yōu)點(diǎn)是,當(dāng)所需的產(chǎn)量較小時(shí),設(shè)備費(fèi)用往往比相應(yīng)的連續(xù)操作費(fèi)用低。因此,對(duì)新的或未曾試驗(yàn)過的生產(chǎn)過程常采用間歇操作,而到開發(fā)過程較高級(jí)的階段比較需要大規(guī)模生產(chǎn)時(shí),才改用連續(xù)操作。

       為什么幾乎所有的大規(guī)?;どa(chǎn)最終都采用連續(xù)過程呢?其理由主要是:

       (a)由于取消了間歇反應(yīng)器內(nèi)重復(fù)地裝料和卸料的操作,因而減少了人工費(fèi)用;

       (b)便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,這樣做,即使需要支出較大的投資,但亦可減少人工費(fèi)用;

       (c)能維持反應(yīng)條件的長期恒定,從而也就保持了產(chǎn)品質(zhì)量始終穩(wěn)定。

       由此可見,間歇反應(yīng)器與連續(xù)反應(yīng)器的正確選擇,很大程度上取決于投資額和操作費(fèi)用之間的關(guān)系(在操作費(fèi)用中,,人工費(fèi)用可能占據(jù)很大一部分),因此,對(duì)一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家來說是最合適的方案,對(duì)一些工業(yè)比較不發(fā)達(dá)的國家來說,可能就不一定合適。

       至此,人們不禁要問:間歇反應(yīng)與連續(xù)反應(yīng)之間,在科學(xué)上(不是經(jīng)濟(jì)上)的差別究竟是什么?、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究一般是在實(shí)驗(yàn)室中,在間歇操作的條件下進(jìn)行的。當(dāng)其結(jié)果被應(yīng)用于設(shè)計(jì)連續(xù)過程時(shí),并不涉及新的動(dòng)力學(xué)理論,因?yàn)榉肿拥淖兓€是相同的,所不同的是連續(xù)過程的流動(dòng)狀態(tài),可能會(huì)對(duì)反應(yīng)引起宏觀上的重大變化。尤其是并非所有通過流動(dòng)系統(tǒng)的分子,都必定具有相同的逗留時(shí)間,這些分子也并非必定全都經(jīng)歷同樣的濃度或溫度變化過程。這些因素,可能導(dǎo)致連續(xù)過程與間歇過程在收率或平均反應(yīng)速率方面,均有著顯著的差異,特別是具有副反應(yīng)的競爭而使反應(yīng)復(fù)雜化了的情況下,就更是如此。在這種情況下,間歇操作與連續(xù)操作對(duì)所需產(chǎn)品的收率,可能差別很大即是對(duì)二種主要型式的連續(xù)過程,也可能不一樣。對(duì)連續(xù)過程言,反應(yīng)的收率不一定都低,在某些情況下,也可能高。然而對(duì)收率較低的情況,這個(gè)因素可能會(huì)超過連續(xù)操作的一些優(yōu)點(diǎn),因而最好采用間歇操作。

       此外,還應(yīng)注意到某些過程既不是明顯的間歇操作,也不是明顯的連續(xù)操作,而應(yīng)稱之為“半間歇”或“半連續(xù)”的操作。例如:青霉素是在大型發(fā)酵罐內(nèi)制備的,在每批生產(chǎn)周期的開始,先用生產(chǎn)青霉素的菌種進(jìn)行接種,許多小時(shí)后,把發(fā)醇罐內(nèi)的物料排出,并從中提取青霉素。所以,這很像是間歇過程,可是,在每批生產(chǎn)過程中,空氣和諸如糖類的養(yǎng)份是連續(xù)地加入發(fā)酵罐內(nèi)的,而廢氣也是連續(xù)地排除的。


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