化学反应工程教学案6化工13胡江良

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化学反响工程课程授课设计rIrIj课型理论课√讨论课□课次6课时2（请打实验课□习题课□

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授课题目（授课章、节或主题）：

第2章复合反响与反响器选型

自催化反响特点与反响器选型

可逆反响特点与反响器选型

授课目的、要求（分掌握、熟悉、认识三个层次）：：

1.熟悉自催化反响和可逆反响的特点；

2.认识自催化和可逆反响反响器的选择；

3.认识自催化和可逆反响反响器种类；

授课重点及难点：

重点：自催化反响和可逆反响的特点。

难点：自催化反响和可逆反响反响器的选择。

授课基本内容方法及手段

第2章复合反响与反响器选型解说

自催化反响特点与反响器选型

自催化反响是复合反响中的一类。其主要特点是反响产物能对该反响

过程起催化作用，加速该反响过程的进行。

特点：反响产物中含有对此反响有催化作用的组分。

因此，常在反响开始时加入少量有催化作用的产物。

A组分的耗资速率为：rA(rAj)(rA1)(rA2)k1cAk2cAcP在整个反响过程中，A组分被反响掉了，可是生成了等量的P组分，则A与P的总摩尔数是恒定的，即：cA0cP0cAcPc0cPcA0cP0cArA(rAj)(rA1)(rA2)k1cAk2cAcPk1cAk2cA(cA0cP0cA)dcAk1cA[1(k2/k1)(cA0cP0cA)]dt

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最大反响速率对应的反响物浓度（极值原理）：

(rA)0cAk1k2(cA0cP0)cAop2k2

在反响初期，只管反响物的浓度较高，可是由于产物的浓度很低，所有总反响速率不大；

随着反响的进行，产物浓度增加，反响物浓度诚然降低，可是其值依旧较大，因此，反响速率将是增加的。

当反响进行到某一时辰时，反响物浓度的降低对反响速率的影响高出了产物浓度增加对反响速率的影响，反响速率开始下降。

1、PFR/CSTR

但应注意，自催化反响要求进料中必定保证一些产物，否则PFR是

不合适的，此时应采用循环反响器。

2、循环反响器

VR(1xA2dxA)V0cA0xA2(rA)1

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经过调治循环比，能够改变反响器流动性能，关于必然的反响，能够使得反响器体积最小，这时的循环比称为最正确循环比。

它表示最正确循环比应使反响器进口物料的反响速率的倒数等于反响器内反响速率倒数的平均值。

3、反响器组合

为了使反响器组的整体积最小，在这组反响器中，反响大多数控制在最高速率点或凑近最高速率点进行。

能够使用一个CSTR，它能够不用经过较低反响速率的中间组成，直

接控制在最高速率组成下操作。为了实现高转变率，再使用一个PFR。

仅考虑反响器体积最小的话，最优组合是CSTR串通分别装置，即在最高速率下操作的CSTR的流出物流，经过一个分别器后，将产物分别，反响物又返回反响器连续反响。

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可逆反响特点与反响器选型

工业条件下，正、逆反响均以明显速率进行的反响，比方合成氨反

应：N23H22NH3设可逆反响：aAbBrRsS1）分解：反响1（正反响）：aAbBrRsSr1rA1rB1rR1rS1k1cAnAcBnBk1f(xA)A1B1R1S1反响2（逆反响）：rRsSaAbBr2rA2rB2rR2rS2k2cRnRcSnSk2g(xA)A2B2R2S2

2）求和：

总反响速率应为正逆反响速率之差：

总反响速率应为正逆反响速率之差：

rr1r2k1f(xA)k2g(xA)

其中任意组分的生成速率为：rIrIj

组分的生成速率：

rArAjrA1rA2A1k1f(xA)A2k2g(xA)ak1f(xA)ak2g(xA)平衡时：E1E2r0,k1f(xA)k2g(xA)k10eRTef(xA)k20eRTeg(xA)平衡温度与转变率关系：E1E2Telnf(xA)]R[lnk10k20g(xA)

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可逆反响过程的特点：

1、重点组分转变率对反响速率的影响：

当温度恒准时：xA

k1f(xA)随重点组分转变率的增加，

正反响速率k2g(xA)将随之下降；

而逆反响速率将随之上升；

总反响速率rr1r2k1f(xA)k2g(xA)将随之下降，用数学表达为：rk1f(xA)k2g(xA)(r)T0xA

2、温度对反响速率的影响

1）不可以逆反响kk0exp（－EC）RgT

关于单调反响过程：

当温度高升时，k会增大

A、温度尽可能高，以提高反响速率；

B、有限制条件：材质要求，热能供给，催化剂活性温度和耐热温

度，副反响。

2）可逆反响：

依照Arrhenius方程，有：

dk1k1E1dk2k2E2rr1r2k1f(xA)k2g(xA)dTRT2,dTRT2(r)xAf(xA)dk1g(xA)dk2(r)xE1k1f(xA)E2k2g(xA)TdTdTTART2RT2A、可逆吸热反响：r0k1f(xA)k2g(xA)E12k1f(xA)E22k2g(xA)(r)xRTRTE1E20TA专业技术资料分享WORD文档下载可编写

关于可逆吸热反响而言，随温度的高升，总的反响速率提高。

因此，关于可逆吸热反响，也应尽可能在较高温度下进行，这样既

有利于提高平衡转变率，又可提高反响速率。但同时，也应试虑一

些因素的限制。

比方：天然气的蒸汽转变反响，

CH4H2OCOH2是可逆吸热反响，提高温度有利于提高反响速率并提高甲烷的平衡

转变率，但考虑到设施材质等条件限制，一般转变炉内温度小于

800-850℃。

等速曲线：

曲线上所有点的反响速率相

r0等；平衡曲线：的曲线；

平衡转变率.位于平衡曲线下方的其他曲线为非零的等速曲线，其反响速率

r4r3r2r1大小依次是

则：若反响温度必然，则反响速率随转变率增加而下降；若转变率必然，

则反响速率随温度高升而增加。

B、可逆放热反响：

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当温度较低时，反响净速率随温度高升而加速，抵达某一极值后，随着

温度的连续高升，净反响速率反而下降。这是由于当温度较低的时候，

r过程远离平衡，动力学影响是主要矛盾，其斜率(T)xA0；但r0数下降，对反响速率的影响明显起来，随着温在高温的时候，平衡常(T)xAr度的连续高升，平衡影响成为主要矛盾，其斜率()xA0。曲线的T极大点，斜率为0，即：。

反响器选型

1、重点组分转变率对反响速率的影响：

当温度恒准时：

随重点组分转变率xA的增加，

正反响速率k1f(xA)将随之下降；

而逆反响速率将随之上升；k2g(xA)总反响速率将随之下降，用数学表达为：r)Trk1f(xA)k2g(xA)(0xA随着反响的进行，反响速率是下降的，应尽量使反响器中反响物

浓度较高，同时，为了使反响器体积最小，应采用PFR。

2、温度对反响速率的影响

1）可逆吸热反响：

关于可逆吸热反响而言，随温度的高升，总的反响速率提高。

因此，关于可逆吸热反响，应尽可能在较高温度下进行，这样既有利于提

高平衡转变率，又可提高反响速率。但同时，也应试虑一些因素的限制。

2）可逆放热反响：

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若是反响过程沿着或凑近最正确温度曲线进行时，所需要的反响器体积

最小，但这在工业上推行是有难度的，平常选择CSTR串通组，使每一釜的

温度和浓度都在最正确温度曲线上。

作业、讨论题、思虑题：

名词解说：

参照资料（含参照书