化学反应工程复习+公式指导

PAGEPAGE4化学反应工程复习总结一、知识点化学反应工程的优化的技术指标。化学反应动力学转化率、收率与选择性的概念。反应速率的浓度效应和级数的意义。3.理想反应器与典型反应特征理想反应器的含义。等温间歇反应器的基本方程。简单不可逆反应和自催化反应的特征和计算方法。可逆反应、平行反应和串联反应的动力学特征和计算方法。理想管式反应器管式平推流反应器的基本方程典型反应的计算。停留时间、空时和空速的概念。膨胀因子和膨胀率的概念。连续流动釜式反应器全混流模型的意义。全混流反应器的基本方程全混流反应器的计算。循环反应器的特征与计算方法。返混的概念、起因、返混造成的后果。返混对各种典型反应的利弊及限制返混的措施。停留时间分布与非理想流动停留时间分布的意义，停留时间分布的测定方法。活塞流和全混流停留时间分布表达式，固相反应的计算方法。多釜串联模型的基本思想，模型参数微观混合对反应结果的影响。反应器选型与操作方式简单反应、自催化和可逆反应的浓度效应特征与优化。平行反应、串联反应的浓度效应特征与优化。反应器的操作方式、加料方式。气固催化反应中的传递现象催化剂外部传递过程分析，极限反应速率与极限传递速率。Da催化剂内部传递过程分析，Φ和内部效率因子的定义及相互关系。扩散对表观反应级数及表观活化能的影响。一级反应内外效率因子的计算。内外传递阻力的消除方法。热量传递与反应器热稳定性定态、热稳定性、临界着火温度、临界熄火温度的概念。催化剂颗粒热稳定性条件和多态特性。全混流反应器、管式固定床反应器热稳定条件。最大允许温差。绝热式反应器中可逆放热反应的最优温度分布。二、具体内容解析一、绪论研究目的是实现工业反应过程的优化决策变量：反应器结构、操作方式、工艺条件掌握转化率、收率与选择性的概念工程因素T反应结果r工程因素T反应结果r，C动力学问题反应器型式操作方式操作条件工程问题二、化学反应动力学工程问题基本特征、分析判断化学反应速率的工程表示反应速率＝ 反应量(反应时间)(反应区)工业反应动力学规律可表示为：rrf (C)f )i C i T度。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)k RT T1 1 2E——cal/mol，j/mol T——KR=1.987cal/mol.K=8.314j/mol.K三、PFR与CSTR基本方程t

cAf dcA

xAf dxAv c0 A0

(rA

A0 xA0

(r)A理想PFR：

RcAf dcA

xAf dxAVp v cV0 A0

(rA

A0xA0

(r)A

V V

c c A0

c xA0 A

p v (rA

) (r)Aτ/cA0 τ0 xAf xA四、简单反应的计算n=1,0,2浓度、转化率、反应时间关系式PFR→CSTR，CSTR←PFR

c c (1x)A A0 A基本关系式 PFR（间歇） CSTR5PAGEPAGE7 RcAf dc

R

c cA0 A p

(r

m v (r)n=0

0 A0 A Ac x c x A0 A pc x A0 A pklnp11xAcA0m kcAkk1cAp1cA0cA0m kc2A五、可逆反应 A k1 Pk2(r)kC kC kC k(C C )A 1 A 2 P 1 A 2 A0 A(k k)(C12C )A AexAxA(k k)C1 2(x xA0 Ae)A1Kkk1 C A0CAeAex221xAeAe3TT浓度效应：(r(r)0Aeq

E E2 1k xARln[20Ak10

]x )Ad(r)A 0dTd(r)A 0dT1opt

E k xRln[ 2 20 A ]E k1 10

(1x )APFR积分式((kk)tlnCA0CAeln12C CA AexAex xAe ACSTR：由基本方程导出六、平行反应k1Pk1Ak2 S（副反应）P11A r kCn P11A1r r kCn kCn21P S 1 A 2 A Cpf

CAfr C A P

dCp

C

dCC CA0 Af

C ACA0

(rA

) dCA

pf C AA0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：8β~C曲线——对应面积=CA Pβ~X=C/CA P A0②最优加料方式：p163-164平行反应A+B

P r kp 1

A BS rkCs 2

n2Cm2A B七、串联反应Ak1

2 S(r)kCA 1 Ar kCP 1 A

kC2 Pr kCS 2 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C /C 增大的因素对串连反应选择率总是不P A利的。9①串联反应的计算PFR CSTRC C eA A0

物料衡算kC 1 k

(ektekt)12P k－k 2 112C C C CA0 A P S②串联反应的最优反应时间、转化率与最大收PFR CSTRklnk2k 1

1opt

k k2 1

opt kk1 21x 1ek1

opt

kx 1

optopt

opt

1k1

optc p,max

(

k221)kk21max c kA0 21c1 p,maxmax cA0八、自催化反应

[(k2)k1

A＋P (rA

)kCCA P(C ) CT0CA0CP0Aopt 2 2C CA0 P0

C C CA P T010反应器组合优化C ktlnCA0/CAT0 C /CP0 P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A

Vx1AV

Vx0Ax0A

(ps)(ab)③膨胀因子的物理含义 A a④变分子反应中停留时间t与空时τ的大小关系十、循环反应器的计算11RvRv0C CA0

RCAf1V

C dCA R)vA0

AfCA1

(r)A十一、返混不同年龄的物料相互之间的混合——返混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（C C ）A P改善措施：分割——横向分割和纵向分割f(t和F(t含义t数学期望与方差2tt

无因次方差2 2 2 t1 t CSTR f(t) e t

F(t)1et

21PFR f(t和F(t)

20cA cAt)ft)dtc 0 cA0 A0x xA 0

x(t)f(t)dtA微观混合对反应结果的影响12小于一级的反应，下凹曲线，有利一级反应的情况，线性关系，无关(H)c绝热温升T ad

A,bcP

ShARe12

Sc13十五、热量传递与反应器的热稳定性定态条件Q Qg r

热稳定条件

dQ dQg rdT dTs s、B、C最大允许温差Tmax

(TT)c

RT2E13PAGEPAGE20三、名词解释安全程度。生产成本中原料费用比例大小已成为现代工业生产过程先进性的重要标志。三个决策变量：1.结构变量；2.操作方式。3.工艺条件。连续操作。工业反应过程开发就其核心问题而言，需要解决三方面的问题；1.23.预混合应速率发生较大的变化。反应级数的工程意义是表示反应速率对于反应物浓度变化的敏感程（P34）反应器设计基本方程：反应器设计的基本方程包括反应动力学方程学方程式是化学反应器设计的基础。自催化反应指的是反应产物本身具有催化作用，能加速反应的进行。自催化反应的特性是自催化反应必须加入微量产物才能启动。之，降低温度则有利于活化能低的反应。

,有利于级A数高的反应；反之，降低反应物浓度C,则有利于级数低的反应。A空时、空速和停留时间:VR

与流体进反应器的体积流量v0进口物料的体积。停留时间指的是反应物料从进入反应器时算起到离开反应器时为止所经历的时间。表征反应前后分子数变化程度的方法有膨胀率法和膨胀因子法。膨胀率的定义：是反应组分A胀因子：是原料A1返混的原因：1.设备中存在不同尺度的环流；2.不均匀的速度分布。主要措施是分割。停留时间分布的表达有停留时间分布密度和停留时间分布函数。f（x）来表达。其定义为，在定常条件t=0tt+dt应为f（t）dt。停留时间分布函数，以F(tt=0t示踪物的输入方法有阶跃注入法示踪物必须与进料具有相同或非常接近2.示踪物要具有易3.4.用于多相系统检测的示踪物不发生由一相转移到另一相的情况。连续反应过程的考察方法：在同一个连续釜式反应器中分别进行均相反应和固相反应采用的滴际混合：是指液滴合并、再分散过程起到了液滴之间的相互混合的作用，称为滴际混合。扩散模型:所谓扩散模型即是仿照一般的分子扩散系数来表征反应器内的质量De是基于如下的基本假设：度；一恒定值多级全混流模型多级全混流模型是假设一个实际设备中的返混情况等效于若干级全混釜串联式的返混。化学反应工程研究的目的是实现工业化学反应过程的优化。所谓优于确定的目标达到最优状态。工业反应过程的经济收益是评价生产过程的主要优化目标。1.自催化反应的优组合(CSTR+PFR)答：最优反应器组合是先用一个全混流反应器，控制在最大速率点处操作，然后接一个平推流反应器，达到高转化率以充分利用原料。2.串联反应，应选择怎样的反应器？（任何使反应器内反应器Cp

增大和原料CA

减小的措施者不利于串联过程选择PFR或间歇反应器）1.气固催化反应步骤（在多孔性催化剂上进行的）答：①反应物从气流主体扩散到催化剂颗粒外表面②反应物从颗粒外表面经催化剂的内孔扩散到颗粒的内表面③反应物在颗粒内表面上进行化学反应④反应产物从内孔深处的孔口逆向扩散⑤反应产物从催化剂外表面扩散打返回气流主体2.三种温度和三种浓度。（1）流体主体的温度Tb（2）温度Te3）催化剂颗粒内表面上的温度Tis（1）流体主体中的浓度Cb;(2)Ce3）催化剂颗粒内表面上的浓度Cis度和浓度才会趋于一致，即Cb≈Ces≈Cis;Tb≈Tes≈Tis.极限反应速率和极限传质速率。(r

kCn r

为极限反应速率。其物理意义是传质过lim b

lim大的可能反应速率。

=kaC N为极限传质速率lim g b limNkg

aCb

C Cbes件下，当Ces0

lim。达姆克勒准数的物理意义：Da

kCnb

(r)

lim

极限反应速率与极限传质速率之比。

kacg

Nl