反应工程基础(程易)期末复习

反应工程期末复习,2013.6.13,清华大学绿色反应工程与工艺北京市重点实验室FluidizationLaboratoryOfTsinghuaUniversity（FLOTU）,考试范围,内容：前八章、非理想流动+非均相催化+固定床+流化床题型、题量：判断题，选择题，填空题，计算题考试安排：时间：6月24日（星期一）下午2:30-4:30地点：一教201,考试范围,答疑安排：时间：6月23日9:00-11:00、24日9:00-11:30地点：工物馆324东会议室作业：标准答案及作业完成情况将上传到网络学堂，请将作业补齐，截止时间：6月23日上午11:00。助教联系方式：徐鹏程晨熙物馆315A,CH.14Fixed-bedReactor,CH.15FluidizedReactor,前八章,摩尔衡算,动力学,化学计量学,能量衡算,第一章,第二章,第五章,第六章,第三章,综合设计,第四章,第八章,第七章,反应器设计的一般步骤,题型：求体积、转化率、时间、动力学按照步骤依次推导，最后带入数据,解题一般思路,针对某种形式反应器，写出摩尔衡算方程（设计方程）,写出动力学方程（不可逆？可逆？净反应速率？）,利用化学计量学，关联不同组分反应速率、浓度，考虑体积变化影响,将化学计量学处理后的浓度带入动力学，将动力学带入摩尔衡算方程,若非等温，根据反应器形式，写出热量衡算方程,求解方程（组），求V，X，t，rA均可,等温反应器设计习题（不是最难的，但是最有代表性的）苯醌（A）和环二戊烯（B）在298K下的液相加成反应为：，反应在全混流反应器中进行液体进料速度是0.278m3/ks该反应为二级反应，动力学方程为rA=kCACB，k=9.92m3/(kmolks)苯醌（A）和环二戊烯（B）的起始浓度分别为0.08和0.1kmol/m3若要求苯醌的转化率为87.5%，试求下述两种情况中反应器的体积：（1）单个全混釜；（2）三个等体积全混釜,例题,等温反应器设计循环反应器,FA0XA0=0,FA3,FA00XA0=0,FA2,P,Q,V*,Plugflow,V,FA1XA1,FA2XA2,非基元反应动力学准稳态假设，酶反应机理准稳态假设：设定活性中间产物的生成速率等于0活性中间产物：具有高的反应活性，且以低浓度存在求解速率方程步骤：1.确定活性中间产物2.将反应机理中的每个方程视为基元反应3.写出目的产物的生成速率方程和活性中间产物的速率方程4.应用准稳态假设5.联立方程，消去中间产物的浓度项,非理想流动(第九章、第十章),理想反应器vs.非理想反应器停留时间分布的数学描述理想反应器及其组合的RTD宏观混合vs.微观混合非理想反应器模型（预测转化率）,重点概念,理想反应器vs.非理想反应器,理想反应器4种（前8章内容）,间歇釜,CSTR,PFR,反应器特点,1.浓度、温度、反应速率无空间分布；2.非稳态，物理量仅为时间的函数。,1.浓度、温度、反应速率无空间分布；2.稳态,d/dt=0;3.出口量=反应器内量4.空间、时间返混无穷大,1.浓度、温度、反应速率只有轴向分布；2.稳态,d/dt=0;3.径向理想混合、轴向无返混、无时间返混,非理想反应器非理想性源于众多因素：如：非理想流动，非理想混合非理想反应器描述：停留时间分布、混合程度、反应器模型本章重点考虑因素：停留时间分布（RTD）,理想反应器vs.非理想反应器,RTD数学描述的获得统计学概念，流动非理想性总体效果实验测量法：注入示踪剂对所有类型的实际反应器脉冲注入法、阶跃注入法C出口、C入口与t的关系示踪方式不影响RTD特性,停留时间分布的数学描述,停留时间分布密度函数E(t),停留时间分布的数学描述,脉冲示踪：,阶跃示踪：,C(t)为出口浓度,C(t)为出口浓度C0为阶跃浓度,RTD函数的数字特征,停留时间分布的数学描述,平均停留时间：,方差：,无因次RTD函数：,停留时间分布的数学描述,无因次停留时间：,理想CSTR：,理想反应器RTD,RTD特性曲线,RTD特性曲线,RTD特性曲线,CSTR：,PFR：,层流反应器：,间歇釜,理想反应器组合的RTD,nCSTRs：,理想反应器组合的RTD,RTD特性曲线,CSTR+PFR：,宏观混合：RTD微观混合：不同停留时间的分子间的接触情况完全离散（宏观流体）：不同停留时间的分子（流体微团）之间没有进行混合（传质）每个流体微团视为一个小间歇釜，利用间歇釜的物料衡算式及反应动力学，可推导t的关系；又称离析流。例：颗粒流。最大混合（微观流体）：不同停留时间的分子（流体内的分子）之间完全混合（可自由运动）考虑流体微团之间的传质，即考虑分子扩散。,宏观混合vs.微观混合,非理想反应器模型,模型：便于计算；等效性！而非真实性！,非理想反应器零参数模型,离散模型（宏观流体）利用X(t)与RTD特性计算最大混合模型,E(t)具体形式：1）实验获得；2）几类特殊反应器，E(t)有现成表达式：CSTR、PFR、层流,非理想反应器零参数模型,离散模型与最大混合模型比较,非理想反应器单参数模型,多釜串联模型,n,n:calculatedfromRTD,一级反应:,n:整数，非整数,非一级反应:,n:整数,知道RTD即可,非理想反应器单参数模型,返混扩散模型,物理意义：定向流/返向流Pe越大，定向流越强，接近平推流Pe越小，返混越强，接近全混釜,边界条件：,Peclet数：,z=L,密闭容器,敞开容