雖然在極大多數(shù)的情況下,連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器確實比管式反應(yīng)器具有較大的容積,但這也不是水恒不變的。用于零級反應(yīng)連續(xù)攪拌釜和管式反應(yīng)器具有相同的容積。除去這個多少有點純理論的例子外,還有其它重要的反應(yīng)類別,當(dāng)這一類反應(yīng)在連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器中進行時,其所需容積能予減少甚至低于管式反應(yīng)器所需的容積,從而顯示其優(yōu)越性。這類反應(yīng)即是自催化反應(yīng),其中反應(yīng)產(chǎn)物會加快反應(yīng)速率。作為例子,可參考圖14。該圖表示含反應(yīng)物A的液體在初始濃度為c(A0)時,反應(yīng)速度隨A的濃度下降而增加,這是由于反應(yīng)產(chǎn)物濃度的增加,亦即反應(yīng)的自催化所致。最終反應(yīng)速率隨c(A)的消失而下降到零。

嚴(yán)格地講,如果反應(yīng)是自催化的,則當(dāng)產(chǎn)物一點也不存在時,反應(yīng)速率應(yīng)為零,也就是代表開始時的反應(yīng)速率P點應(yīng)該在c(A)軸上。換句話說,反應(yīng)水遠不能開始。然而常常有某些其它非催化反應(yīng)的途徑在起作用,它將持續(xù)到形成足夠的產(chǎn)物以致使它的進一步作用和自催化途徑相比可以忽略不計為止。實際上,將前一批生產(chǎn)的少量產(chǎn)物留在反應(yīng)器中,足以使反應(yīng)再次進行,而在任何情況下,通??梢园逊磻?yīng)產(chǎn)物加在進料中。
連續(xù)攪拌釜的優(yōu)點是未反應(yīng)的進料和產(chǎn)物能連續(xù)地混合,這樣就可能使釜內(nèi)在所有時間內(nèi)均處于最高速率點也就是在點Q操作,因而所需的容積要比間歇式或管式反應(yīng)器為小,因為后者的反應(yīng)速率處在最高速率以外任何一側(cè)的范圍內(nèi)。但是這種方法中離開反應(yīng)釜的出口濃度只能等于c(A1)。如果希望降低c(A)到一個較低值,最好的設(shè)計方案(意味著總體積最?。⑹遣捎靡粋€攪拌釜把c(A0)降到c(A1),再使攪拌釜流出物通過一管式反應(yīng)器,把c(A)降低到最終產(chǎn)物所要求的下限。
例題1
反應(yīng)A→B在稀溶液中進行。此反應(yīng)為自催化反應(yīng),反應(yīng)速率為k[A][B]。溶液中含有1kg mol/m3的A,在反應(yīng)器系統(tǒng)中99%A被分解,每小時處理10m3溶液,在反應(yīng)溫度下k=4.2×10(-4次方)m3(kgmol)(-1次方)s(-1次方)。計算最小的反應(yīng)器容積。
〔答案:43.6m3〕||
例題2
同樣地進行例題1中的反應(yīng),但是此處改用管式反應(yīng)器,并將部分產(chǎn)物予以循環(huán)。當(dāng)反應(yīng)器容積為最小值時循環(huán)比(循環(huán)體積/進料體積)應(yīng)為多少?所得的反應(yīng)器容積最小值是多少?
〔答案:0.19,49.3m3〕||
在生物化學(xué)中有許多自催化作用的例子。其它化學(xué)反應(yīng),有時包括鍵反應(yīng)機理,也表現(xiàn)出這種特性。反應(yīng)的產(chǎn)物(一種中間化合物或最終產(chǎn)物)起著催化主反應(yīng)或鏈增長反應(yīng)的作用。添加其它催化劑,例如過渡金屬離子,也許是有益的。生成像苯酚、乙醛、醋酐或苯乙烯等產(chǎn)物的有機化合物的氧化反應(yīng)也可能涉及自催化作用,而且在這種情況下指定用攪拌釜。這些反應(yīng)還能放出大量熱量,而用攪拌釜時能最有效地控制溫度。