反应工程基础（程易）反应工程期中复习-253603754

反应工程期中复习2013.04.08

清华大学绿色反应工程与工艺北京市重点实验室FluidizationLaboratoryOfTsinghuaUniversity（FLOTU）期中考试内容

—理想流动：第一章至第六章，第八章题型&题量

—计算题（40~60’），—填空题，判断题（基本概念为主）时间

—4月11日上午第一大节—90分钟目录各章主要内容解题一般思路例题与作业中问题

概述化学反应工程：

化学反应动力学+反应器设计反应动力学—

反应速率、反应机理反应器设计—传递行为—反应器形式、体积，反应时间，操作条件，转化率反应器设计的一般步骤摩尔衡算Chap1Chap2动力学Chap3Chap5Chap6化学计量学Chap3能量衡算Chap8综合设计Chap4Chap8摩尔衡算通式

第一章摩尔衡算进入量流出量生成量积累量-+=四种理想反应器模型

BatchCSTRPFRPBR1.空间分布均匀；2.非稳态（时间的函数）1.空间分布均匀；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.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1.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

第一章摩尔衡算流动模式、反应器参数，etc.最简化四种理想反应器的摩尔衡算微分形式代数形式

第一章摩尔衡算BatchCSTRPFRPBR积分形式速率方程——代数方程，而非微分方程（…）—与反应物性质有关，与反应器形式无关—强度量定义均相反应——单位体积的物质的量变化率非均相反应——单位催化剂质量的变化率

第一章摩尔衡算转化率X—进料A的摩尔数中反应掉的A的摩尔数

第二章转化率和反应器尺寸间歇釜体系流动体系无支流的串联反应器用转化率改写摩尔衡算方程BatchCSTRPFRPBR微分形式代数形式积分形式

第二章转化率和反应器尺寸用转化率改写速率方程*设计反应器

第二章转化率和反应器尺寸图解法设计反应器——Levenspialplot

第二章转化率和反应器尺寸CSTRPFR

第二章转化率和反应器尺寸空时

只与实际入口条件有关；与区别？

空速

代表处理能力；与实际入口条件不一定有关用空时改写摩尔衡算方程*CSTRPFR对液体形式

—

幂律形式V.S.非幂律形式幂律形式的速率方程速率方程中的参数

第三章速率方程和化学计量学反应级数、速率常数、平衡常数反应级数：实验测定速率常数（动力学）Arrhenius公式平衡常数(热力学）A:频率因子E:活化能

第三章速率方程和化学计量学将浓度表示成转化率的函数

—物质的量/摩尔流率转化率

第三章速率方程和化学计量学化学计量表—体积/体积流率转化率组分进入反应器的流率(mol/time)反应器内的变化(mol/time)流出反应器的流率(mol/time)ABCI(惰性)总量化学计量表

第三章速率方程和化学计量学…………——基准？体积/体积流率的变化恒体积间歇釜：

流动体系：

气体液体膨胀因子膨胀率

第三章速率方程和化学计量学恒压，气体不可压缩流体

第三章速率方程和化学计量学以转化率为变量的浓度等温反应器设计思路两种算法（1）以转化率为变量（2）以浓度或摩尔流率为变量

第四章等温反应器设计求解联立方程化学计量学动力学摩尔衡算以转化率为变量的计算步骤a.设计方程(Batch,CSTR,PFR,PBR)b.速率方程c.化学计量学(1)气相

第四章等温反应器设计对填充床(2)液相d.等温操作Gas:Liquid:将浓度带入动力学，将动力学带入摩尔衡算方程，积分求解

第四章等温反应器设计速率方程化学计量学气体液体以摩尔流率为变量的计算步骤摩尔衡算（对每一组分）利用数值方法求解常微分方程组

第四章等温反应器设计几种特殊反应器形式

膜反应器——提高转化率半间歇反应器——提高选择性循环反应器——自催化反应，生化反应微反应器——强化过程，如混合、传热球型反应器——降低压降

第四章等温反应器设计膜反应器摩尔衡算

摩尔衡算

体积：时间的函数

第四章等温反应器设计半间歇反应器循环反应器(只考虑不可压缩液体）PFRM介于CSTR与PFR之间的一种反应器形式循环比无穷：CSTR循环比

0：PFR附加定义：循环比、单程转化率、总转化率

第四章等温反应器设计循环比：单程转化率：总转化率：设计方程：最优循环比：入口反应速率的倒数＝过程反应速率倒数的积分平均值PFRM以浓度为变量求解循环反应器问题

第四章等温反应器设计PFR设计方程摩尔平衡关系反应级数与速率常数的确定

均相反应——间歇反应器

非均相反应——微分反应器

第五章速率方程数据收集分析均相反应测定方法C~t关系

摩尔衡算方程+动力学

微分法：

积分法：

初始速率法：

半衰期法：

第五章速率方程数据收集分析非均相反应测定方法

FP~CA0关系

摩尔衡算方程：

动力学：

联立：

第五章速率方程数据收集分析选择性定义

D：目的产物；U：副产物

第六章复合反应D的瞬时选择性D的总选择性对间歇釜收率定义

第六章复合反应瞬时收率总收率流动体系间歇釜几种简单复合反应的讨论：

平行反应&连串反应（1）平行反应主反应副反应选择性反应级数：反应级数越大

对浓度越敏感

反应器形式活化能：活化能越大对温度越敏感反应温度

第六章复合反应（2）连串反应CiABCt最佳收率（以PBR中的反应为例）

第六章复合反应复杂反应求解的思路摩尔衡算:

写出每种物质的摩尔平衡方程式[摩尔流率（摩尔数）形式]动力学:

写出各种物质的净生成速率化学计量学:

用摩尔流率（摩尔数）表示速率方程中的浓度压降:

写出按摩尔流率得到的气相压降表达式联立:

使用数值方法求解常微分方程组

第六章复合反应稳态热量衡算方程

第八章稳态非等温反应器设计CSTR与PFR(PBR)不同一般可以忽略式中：稳态CSTR中的热量衡算方程（代数方程）

第八章稳态非等温反应器设计稳态PFR/PBR中的热量衡算方程（微分方程）

第八章稳态非等温反应器设计稳态非等温反应器设计思路

第八章稳态非等温反应器设计摩尔衡算方程动力学化学计量学能量衡算方程V=f(X,T)T=h(X)求解V或X，T具体计算公式参考P345图8-4，P351表8-2，P359表8-3CSTR热稳定性——多稳态分析

第八章稳态非等温反应器设计QR>GG>RR>GG>R

T失控判据：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/(kmol·ks)

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（1）可以定性分析出CSTR与PFR的排列顺序对反应结果的影响么？

作业中的问题Sampleanswers：由于曲线后端是上翘的，而CSTR对低浓度敏感，故CSTR应安排在后。与顺序无关？（因为假设了一级反应）

作业中的问题（2）带有相变反应的化学计量学a.有一个反应物过量时，以不足量的反应物作为转化率的基准。b.对于气固反应，可以不考虑固体的蒸气压。这时计算

时，直接在反应方程式中去掉固体产物即可。（3）可逆反应速率方程的写法

二级可逆液相反应

：

检验：