反应器基础知识-反应器设计的基本方程

动力学方程式均相反应：本征动力学方程是反应固有动力学，指排除流动、传质、传热等传递过程响条件下的

反应动力学，描述化学反应本身的规律非均相反应：宏观动力学方程考虑包含了传质、传热、传动等因素的动力学，是实际测到的动力学反应速率与影响反应速率的影响因素之间的函数表达式定量描述反应速率与影响因素之间的关系式。反应速率定义:某一时刻单位量的反应体系中反应程度随时间的变化率。或单位时间单位体积物料数量的变化。

注意：1、上述定义无论对反应物和产物均成立。若为反应物则为消失速度.

若为产物则为生成速度.2、反应速率恒为正值3、不同体系：反应体系的量所取不同。均相：反应体积。非均相：相界面积，催化剂的重量或体积4、速度的表示形式和化学计量系数有关对于5、在复杂反应体系中，即在同一反应系统中同时进行若干个化学反应时。对于任意组分i，该组分的反应速率为它所参加的所有化学反应速率的代数和：影响因素温度浓度压力溶剂催化剂固定速率方程或动力学方程定量描述反应速率和温度及浓度的关系式动力学方程式1、基元反应：根据质量作用定律动力学方程式：

rA

一反应速率，kmol/(m3·h)cA

、cB一反应物的浓度，kmol/m3νA、νB

一分别为反应物A、B的反应级数，反应总级数为

n=νA+νBkc

一以浓度表示的反应速率常数，（kmol/m3）1-n·h-1基本方程基本方程2、非基元反应：

可分为几个基元反应，选取其中一个基元反应为控制步骤，一般为对反应起决定性作用的那一个基元反应即反应速率最慢那一个基元反应，其余各步基元反应达到平衡。然后根据质量作用定律推导出动力学方程。对气相反应：理想气体：1、反应分子数和反应级数反应分子数=化学计量系数反应级数=νA、νB

=f(机理）当且仅当基元反应时，反应级数=化学计量系数总反应级数n=νA+νB+…

反应级数2、反应级数的意义：表示物料浓度对反应速率影响的程度。该值可为”“+”、可为“-”、也可为0。但最高绝对值不大于3

反应速率常数定义：也称为比速率k=f（T,Catalyst,pressure,粒子强度，溶剂等）影响：线性关系的斜率为-E/R；活化能越大，温度对反应速率的影响越显著；k与T的关系低温时比高温时更敏感。反应速率常数对于下列化学反应：初始

nA0nB0nR0ns0某一时刻

nAnBnRns反应的量

nA-nA0<0

nB-nB0<0nR-nR0＞0nS-nS0＞0

其中为化学计量系数。对反应物而言为“－”，对生成物而言为“＋”。

生产中的三率反应器计算中常用的几个物理量1、反应程度

根据化学反应方程式可知：生产中的三率定义反应程度：

反应进行到某一时刻，各组分摩尔数与反应程度的关系为：2、转化率生产中的三率注意：1）关键组分的选择2）起始量的选择全程转化率（新鲜物料）单程转化率（反应器入口）转化率与反应程度的关系：某一时刻摩尔数与转化率的关系：初始：nA0nB0nR0ns0某一时刻nAnBnRns3、膨胀因子和膨胀率恒容过程：液相反应一般认为是恒容（密度不变）气相反应反应前后的摩尔数不变特性：V＝V0

nt0=∑ni0=nA0+nB0+nR0+ns0

nt=∑ni=nA+nB+nR+ns

变容过程：生产中的三率3、膨胀因子和膨胀率生产中的三率膨胀因子：

A>0摩尔数↑的反应

A<0摩尔数↓的反应。

A=0等分子反应物理意义:关键组分A消耗1mol时,引起整个物系摩尔数的变化量.3、膨胀因子和膨胀率此时：则：生产中的三率3、膨胀因子和膨胀率膨胀率：当物系体积随转化率变化呈线性关系物理意义：反应物全部转化后系统体积的变化率两者关系：

A=yA0

A

浓度变化关系：生产中的三率4、收率和产率收率：指通入反应器的原料量中有多少生成了目的产品。产率：是指参加反应的原料量中有多少生成了目的产品。也称选择性。三率的关系为：生产中的三率生产中常用的几个概念1、反应持续时间

反应持续时间也叫反应时间，主要用于间歇反应器。指反应物料进行反应达到所要求的转化率所需要的时间。不包括装料、卸料、升温等非生产时间。2、停留时间

停留时间又称接触时间，主要用于连续流动反应器，指流体微元从进入反应器到离开反应器所经历的时间。停留时间分布、平均停留时间。3、空间时间反应器的有效容积VR与流体特征体积流率V0即在反应器入口条件下及转化率为零时的体积流率的比值4、空间速度空速指单位有效反应器容积所能处理的反应混合物料的标准体积流率。

两者关系：生产中常用的几个概念热量衡算衡算范围：衡算对象：衡算原则：衡算方程：衡算意义：T=ƒ(t，位置）微元时间内进入微元时间内离开微元时间微元微元时间微元微元时间微微元体积的物料－微元体积的物料十体积内反应过程十体积内和外界＝元体积内热带入的热量带出的热量的热效应的热交换量量的累积量单位时间单位体积．单位：kJ/s体系内所有物质能量守恒注意事项衡算范围在所选的范围内，操作条件不变。热效应若为放热反应和外界的热交换量前符号为“-”若为吸热反应和外界的热交换量前符号为“+”操作方式

连续操作:累积量（物料、热量）＝０间歇操作:进入和离开的组分量（热量）=0绝热操作:和外界的热交换量＝０操作方式物料衡算热量衡算动力学方程式基本方程反应器设计基本方程式反应器的设计计算反应器的校核计算工艺设计物料衡算衡算范围：衡算对象：衡算原则：衡算方程：衡算意义：ＣA=ƒ(t，位置）

微元时间内微元时间内微元时间微元微元时间微进人微元体积－离开微元体积+体积内变化的=元体积内关键组分量关键组分量关键组分量关键组分的累积量某一物质物料