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1. 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2. 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 )3. 工业反应动力学规律可表示为：rifC (C i )f T (T )a) 浓度效应 n 工程意义是：反应速率对浓度变化的敏感程度。b) 温度效应 E 工程意义

2、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：ln k2E ( 1 1 )k1R T1T2E cal/mol ，j/molT KR = 1.987cal/mol.K = 8.314 j/mol.K;.三、 PFR与 CSTR基本方程1.理想间歇： tVRcAf dcAcA0xAfdxAv0c A0 ( r A )x A0 ( r A )2.理想：VRcAf dcAcA0xAfdxAPFRpv0cA0 ( r A )xA0 ( r A)3.：pVRc A0cAcA 0 xACSTRv(rA )(rA )4. 图解法/cA00xAfxA四、简单反应的计算

3、n=1,0,2 级反应特征cAcA 0 (1xA )浓度、转化率、反应时间关系式PFRCSTR，CSTRPFR基本关系式PFR（间歇）CSTRpVRc AfdcAVRcA 0 cAv0cA 0( rA )mv( rA )n=0cA0 xAkpcA0 xAk pn=1kpln1mcA1xAcA0kcAn=2kp11cA0cAcAcA 0m2kcA;.k1五、可逆反应Ak2P( r A ) k1C Ak2CPk1C Ak2 (C A0 C A )(k1k2 )(C ACAe )xAxA(k1k2 )C A0 ( xAexA )k1C A0 C Aex AeKC Ae1 xAe1k22温度效应：3浓

4、度效应：( r A ) 0TeqE2E1Rln k20xAk10(1xA )d( r A )ToptE2E10E2k20xAdTRlnk10(1xA )E1TPFR积分式(k1kCA 0CAexAe2 )t lnC AelnCAxAexACSTR：由基本方程导出;.六、平行反应k1P（主反应）Ak2S（副反应）rPk1CAn1n ，rPrSnk1CA1k2CA2C pfC AfdCACA0CA 0C AfCA0CAfrPdCpCpfC A( rA )dCAdCAC A0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 推出反应器选型与

5、组合优化：各种情况分析。CA曲线对应面积 =C PXA曲线对应面积 =C P/CA0最优加料方式： p193-194平行反应Prpk1CA n1CBm1A+BSrsk2C A n2CB m 2;.七、串联反应k1k2APS( rA )k1C ArPk1CAk2 CPrSk2C P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C P / C A 增大的因素对串连反应选择率总是不利的。串联反应的计算PFRCSTRC AC A 0e k1t物料衡算C Pk1CA 0 ( e k1 te k2t )k2k1C A 0C ACP CS串联反应的最优反应时间、转化率与最大收率PFRC

6、STRln k21k1optk2k1optk1k2x1ek1optk1 optxoptopt1 k1 optc p,maxk1k2cp, max1)k2 k1max(maxk21c A0k2cA02()21k1;.八、自催化反应A PPP( rA )kCA C PCT 0C A 0C P 0(C A ) opt22C A 0CP0CAC PCT 0CT 0ktln CA 0 / C ACP0 / CP反应器组合优化九、变分子反应空速 SV的物理意义与因次膨胀率的定义AVx A 1 VxA 0VxA0( ps)(ab)膨胀因子的物理含义Aa变分子反应中停留时间t与空时的大小关系;.十、循环反应器

7、的计算vRRv0C A 0RC AfC A1R1VC AfdC A(1R)( r A )v0C A1十一、返混1. 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）2. 返混的起因：空间上的反向流动不均匀的速度分布3. 返混的结果：反应器内的浓度变化（ C A C P ）4. 改善措施：分割横向分割和纵向分割5. 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 )1 e tF (t ) 1 e t ttPFRf (t) 和 F (t )208. 固相反应的计算cAcA (t )cA0f (t)dt0

8、 cA0xAxA (t) f (t )dt09. 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(3) 一级反应的情况，线性关系，无关22 t 2t21;.十二、外部传递过程与内部传递过程内容外部传递过程内部传递过程与反应的关系串连过程串-并连过程传递准数DakcAn,bkc A,esnkg a cA ,bRPD e cA,es浓度、 温度cA,escA,b , cP ,escP,bcA ,iscA,es , cP ,is cP ,es关 系TesTb (放热反应 )TisTes (放热反应 )效率因子1R(11Da )nRn2kcAn,e

9、skcA,b当 n=1 时，当 n=1 时11311)1Da2(th计算方法当当 <1,21 ，Da <1,11当5 时，3内部阻2Da >5,11外部传力影响严重。Da判递阻力起控制作用。 用 实验准 数R22准数1Da判rP R来判断。当别kg acAb2De cAb方断。当准数0.1，外部准数1 ，内部传递阻力法阻力影响消除。无影响；当准数15 ，内部传递阻力严重。实验方法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d P ，变化。测定反应速率的变化。;.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T TesTbTmax10Tad (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TadcPShA Re1 2 Sc1 3十三、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;.十二、热量传递与反应器的热