化学反应工程总结

“化学反应工程”总结1一、绪论1．研究对象是工业反应过程或工业反应器研究目的是实现工业反应过程的优化2．决策变量：反应器结构、操作方式、工艺条件3．优化指标——技术指标：反应速率、选择性、能耗掌握转化率、收率与选择性的概念4．工程思维方法反应器型式T操作方式工程因素反应结果r，操作条件C工程问题动力学问题二、化学反应动力学反应类型：简单反应、自催化、可逆、平行、串联反应基本特征、分析判断化学反应速率的工程表示反应量反应速率＝(反应时间)(反应区)工业反应动力学规律可表示为:rifC(Ci)fT(T)浓度效应——n工程意义是:反应速率对浓度变化的敏感程度。温度效应——E工程意义是:反应速率对温度变化的敏感程度。已知两个温度下的反应速率常数k，可以按下式计算活化能E:lnk2E(11)k1RT1T2E-—cal/mol，j/molT——KR=1.987cal/mol。K=8.314j/mol。K“化学反应工程”总结2三、PFR与CSTR基本方程1.理想间歇：tVRcAfdcAcA0xAfdxAv0cA0(rA)xA0(rA)2.理想PFR:VRcAfdcAcA0xAfdxApv0cA0(rA)xA0(rA)3.CSTR:VRcA0cAcA0xApv(rA)(rA)图解法τ/cA0τ0xAfxA四、简单反应的计算n=1,0，2级反应特征cAcA0(1xA)浓度、转化率、反应时间关系式PFR→CSTR，CSTR→PFR基本关系式PFR(间歇）CSTRpVRcAfdcAVRcA0cAv0cA0(rA)mv(rA)n=0cA0xAkpcA0xAkpn=1kpln1mcA0cA1xAkcAn=2kp11cA0cAcAcA0mkc2A“化学反应工程”总结3k1五、可逆反应Ak2P(rA)k1CAk2CPk1CAk2(CA0CA)(k1k2)(CACAe)xAxA(k1k2)CA0(xAexA)k1CA0CAexAeKCAe1xAe1k22温度效应：3浓度效应：(rA)0TeqE2E1Rln[k20xA]k10(1xA)d(rA)ToptE2E10E2k20xAdT]Rln[k10(1xA)E1

TPFR积分式(k1kCA0CAexAe2)tlnCAelnCAxAexACSTR：由基本方程导出“化学反应工程”总结4六、平行反应k1P（主反应）Ak2S（副反应）rPk1CAn1n，rPrSnk1CA1k2CA2CpfCAfdCACA0CA0CAfCA0CAfrPdCpCpfCA(rA)dCAdCACA0温度效应：温度升高有利于活化能大的反应浓度效应:浓度升高有利于级数大的反应计算:由基本方程PFR、CSTR推出①反应器选型与组合优化:各种情况分析。β～CA曲线-—对应面积=CP~XA曲线--对应面积=CP/CA0②最优加料方式：p193-194平行反应Prpk1CAn1CBm1A+BS

rsk2CAn2CBm2“化学反应工程”总结5七、串联反应k1k2APS(rA)k1CArPk1CAk2CPrSk2CP温度效应：温度升高有利于活化能大的反应（同平行反应)浓度效应:凡是使CP/CA增大的因素对串连反应选择率总是不利的。①串联反应的计算PFRCSTRCACA0ek1t物料衡算CPk1CA0(ek1tek2t)k2－k1CA0CACPCS②串联反应的最优反应时间、转化率与最大收率PFRCSTRlnk21k1optk1optk2k1k2xopt1ek1optk1optxopt1k1optcp,maxk1k2cp,max1)k2k1max(maxk21cA0k2cA02[()21]k1“化学反应工程”总结6八、自催化反应A＋PP＋P(rA)kCACPCT0CA0CP0(CA)opt22CA0CP0CACPCT0CT0ktlnCA0/CACP0/CP反应器组合优化九、变分子反应①空速SV的物理意义与因次②膨胀率的定义VxA1VxA0AVxA0(ps)(ab)③膨胀因子的物理含义Aa④变分子反应中停留时间t与空时τ的大小关系“化学反应工程”总结7十、循环反应器的计算vRRv0CA0RCAfCA1R1VCAfdCA(1R)(rA)v0CA1十一、返混不同年龄的物料相互之间的混合——返混(CSTR)相同年龄的物料相互之间的混合-—混合（间歇反应器）返混的起因:①空间上的反向流动②不均匀的速度分布返混的结果:反应器内的浓度变化（CACP)改善措施:分割——横向分割和纵向分割f(t)和F(t)含义6.数学期望t与方差2无因次方差tt7.CSTRf(t)1etF(t)1etttPFRf(t)和F(t)20

2t2t21固相反应的计算cAcA(t)cA0f(t)dt0cA0xAxA(t)f(t)dt0微观混合对反应结果的影响(1）大于一级的反应,上凹曲线，不利2)小于一级的反应，下凹曲线，有利“化学反应工程”总结8（3）一级反应的情况，线性关系，无关十二、外部传递过程与内部传递过程内容与反应的关系传递准数浓度、温度关系效率因子计算方法判别方法实验方法

外部传递过程内部传递过程串连过程串-并连过程DakcAn,bkcA,esnkgacA,bRPDecA,escA,escA,b,cP,escP,bcA,iscA,es,cP,iscP,esTesTb(放热反应)TisTes(放热反应)1R(11Da)nRn2kcAn,eskcA,b当n=1时,当n=1时113111Da2()th①当①当〈1，21，Da〈1,11当5时,23内部阻Da〉5，11外部力影响严重。Da传递阻力起控制作用。②用实验准数②准数1DaR判2rP2R来判断。当kgacAb2DecAb断。当准数0.1，外部准数1，内部传递阻力阻力影响消除。无影响;当准数15，内部传递阻力严重。SV不变，改变气速或保持实验条件不变，改转速，测定反应速率的变催化剂颗粒直径dP，变化。测定反应速率的变化。“化学反应工程”总结9表观动力学n1,E(4~12)kJn1n法mol2说明外部传递阻力起EEDEE22控制作用。说明内部传递阻力影响严重.温度状态TTesTbTmax10℃Tad(1cA,es)cA,b改变措施增大操作线速度dp2uRekg双孔结构，扩孔措施等。Da1(H)cA,b绝热温升TadcP

ShARe12Sc13十三、工程思维方法工程因素T返混反应场所反应结果r，外扩散C内扩散工程问题动力学问题“化学反应工程”总结10十二、热