化学反应工程.ppt

1 课前提问 CSTR PFR停留时间分布对照 方差大小如何反映返混状态 2 用来判断反应器内的流型 并判断其偏离理想流动的程度 3 2 凝集流模型的物理模型和出口转化率 流体以流体元小BR的方式流过反应器 出口处宏观转化率是各不同停留时间的流体元达到的转化率的平均值 4 3 多级串联槽模型方差与N值的关系 N值大小如何反应返混程度 散度为槽数的倒数N值 该反应器的返混程度相当于N个理想混合反应器的串联 CSTR 1 N PFR 5 4 轴向扩散模型的物理模型 彼克列数Pe的物理意义 数值大小如何反映返混 1主体流动为平推流 但叠加一涡流扩散 2涡流扩散遵循费克扩散定律且在整个反应器内扩散系数为常数 6 本章小结 定义物料有空间上的混合而且有时间上的混合 这种混合过程称为返混停留时间规律 二个函数 二个特征值 7 停留时间分布规律 示踪法 8 用对比时间表示停留时间分布 9 两种理想反应器停留时间分布对照 10 用来判断反应器内的流型 并判断其偏离理想流动的程度 11 12 第四章 气固相催化反应本征动力学 13 气固相催化过程 气固相 反应物 产物 气相 催化剂 固相 催化剂参与反应 但在反应过程中不消耗 催化剂的加入可以改变反应速率 催化剂不能改变反应的平衡 催化剂以同样的比例同时改变正逆反应的速率 14 有选择地加速某些反应 路径不同希望催化剂充分发挥作用 应尽可能增加反应物与催化剂的接触 15 非均相催化反应速率表达 对于均相反应 已经定义 催化反应发生在催化剂表面 且催化剂的量对于反应的速率起着关键的作用 因此 反应速率改由催化剂体积来定义 16 1 以催化剂体积定义反应速率2 以催化剂质量定义反应速率3 以催化剂内表面积定义反应速率 17 化学反应主要在催化剂的内表面进行 18 气固相催化反应的7个步骤 3个过程1反应物由气流主体扩散到催化剂外表面 2反应物由催化剂外表面扩散到内表面 3反应物在催化剂表面活性中心上吸附 4吸附在活性中心的反应物进行化学反应 5产物在催化剂表面活性中心上脱附 6产物由催化剂内表面扩散到外表面 7产物由催化剂外表面扩散到气流主体 内扩散 外扩散 化学动力学 19 三个过程进行的速率各不相同 其中进行最慢的称为控制步骤 控制步骤进行的速率决定了整个宏观反应的速率 本章讨论化学动力学过程 20 固体催化剂 高活性 高选择性 高强度 抗毒性 长寿命活性组分 助剂 载体 不能截然分开 半导体 金属 绝缘体 P101 以金属为主 根据不同的用途 有金属氧化物及硫化物等等 活性组分的选择 根据目前的知识水平只能有一个大致的方向 尚不能预先选择 依靠经验资料的技术 21 对载体的要求 高强度 高比表面 以多孔物质为主 如硅藻土 三氧化二铝等 根据不同的需要 有不同的孔径和比表面 作用 有效表面和适合孔结构 提供机械强度 提高热稳定性 提供活性中心 与活性组分形成新化合物 节省活性组分 22 助催化剂加入的量小增加催化活性增加选择性延长催化剂寿命 P102 抑制剂 P103 23 催化剂的制备 活性 化学组成 结构制备 浸渍 沉淀 离子交换 共混 滚涂 溶蚀 热熔 沥滤 络合etc 关键步骤 1 高温煅烧 除挥发分 保持组成 稳定性 保持晶型 大小 孔隙结构 比表面 提高机械强度 24 催化剂的制备 2 催化剂成型 寿命 机械强度 活性 3 使用前的活化 除去吸附和沉积的杂质 4 开工和停工 低压 低浓度 低温 防止氧化 还原 中毒 25 性能 活性 选择性 寿命 比表面积 孔体积和孔体积分布 26 27 28 内表面 空隙体积Vg 空隙半径空隙空间模拟为半径为r的圆柱形孔径分布 孔体积分布 催化剂 多孔物质 大小 不规则 不同催化剂孔大小的分布不同 孔径 反应物分子的孔才有催化意义 测定方法 压汞法和氮吸附法 29 孔径分布 分率 孔径 30 第二章习题解答 P681 2 10 15 18 31 1 动力学方程的实验测定时 有采用循环反应器的 为什么 答 通常采用大循环比操作 25 可认为是等浓度CSTR操作 动力学数据处理大为简化 使反应器保持较好的等温状态 并得到反应速率的点数据 32 2 为什么可逆吸热反应宜选平推流反应器且在高温下操作 而可逆放热反应却不是 根据可逆放热反应的特点 试问选用何种类型反应器适宜 为什么 答 可逆吸热反应的反应速率与化学平衡都随温度的升高而升高 高温下操作对二者都有利 且PFR所需体积小 可逆放热反应的化学平衡随温度的升高向反应物方向移动 对达到高转化率不利 反应沿着或接近最佳温度曲线进行比较好 实际采用CSTR串联组 33 10 A进行平行分解反应 其速率式为 RrR 1kmol m 3min 1A SrS 2cAkmol m 3min 1 TrT cAkmol m 3min 1其中R是所要求的目的产物 cA0 1kmol m 3 试问在下述反应器进行等温操作时 预计最大的cR为多少 1 全混流反应器 2 平推流反应器 解 低浓度操作对生成目的产物R有利 对全混流反应器 可在极低的浓度下操作 34 对平推流反应器 则尽量使其转化率提高 35 15 一级不可逆连串反应 k1 0 25hr 1 k2 0 05hr 1 进料流率V0为1m3hr 1 cA0 1kmol m 3 cB0 cC0 0 试求 采用两个VR 1m3的全混流反应器串联时 反应器出口产物B的浓度 36 18 高温下二氧化氮的分解为二级不可逆反应 在平推