1、“化學反應工程”總結1一、緒論1研究對象是工業反應過程或工業反應器研究目的是實現工業反應過程的優化2決策變量：反應器結構、操作方式、工藝條件3優化指標技術指標：反應速率、選擇性、能耗掌握轉化率、收率與選擇性的概念4工程思維方法反應器型式T操作方式工程因素反應結果 r，操作條件C工程問題動力學問題二、化學反應動力學1. 反應類型：簡單反應、自催化、可逆、平行、串聯反應基本特征、分析判斷2. 化學反應速率的工程表示反應速率反應量( 反應時間)( 反應區 )3. 工業反應動力學規律可表示為：rif C (Ci )f T (T )a) 濃度效應 n 工程意義是：反應速率對濃度變化的敏感程度。b) 溫度

2、效應 E 工程意義是：反應速率對溫度變化的敏感程度。已知兩個溫度下的反應速率常數k，可以按下式計算活化能E：ln k2E ( 11 )k1R T 1T 2E cal/mol，j/molTKR = 1.987cal/mol.K = 8.314 j/mol.K“化學反應工程”總結2三、 PFR與 CSTR基本方程VcAfdcAxAfdxA1.理想間歇： tRcA0v0cA0 ( r A )x A0( r A )VcAfdcAxAfdxA2.理想 PFR：RcA0pv0cA0 ( r A )xA 0( rA )3.CSTR：VRcA 0c AcA0 xApv( rA )(rA )4. 圖解法/cA0

3、0xAfxA四、簡單反應的計算n=1,0,2 級反應特征cAcA0 (1xA )濃度、轉化率、反應時間關系式PFRCSTR，CSTRPFR基本關系式PFR（間歇）CSTRpVRcAfdcAVRcA0 cAv0cA 0 ( rA)mv( rA )n=0cA0 xAkpcA0 xAk pn=1kln1cA 0cApxAm1kcAn=2k11cA 0cApcAcA 0mkc2A“化學反應工程”總結3k1五、可逆反應APk2( rA ) k1CAk2CPk1 CAk2 (CA0 CA )(k1k2 )(C AC Ae )xAxA(k1k2 )C A0 ( xAexA )k1CA 0CAexAeKCAe

4、1 xAe1k22溫度效應：3濃度效應：( r A ) 0TeqE2E1k20xARl n (1k10xA )d( r A )ToptE2E10E2k20xAdTRlnk10(1 xA )E1TPFR積分式(k1kCA 0CAexAe2 )t lnC AelnCAxAexACSTR：由基本方程導出“化學反應工程”總結4六、平行反應k1P（主反應）Ak2S（副反應）rPk1CAn1n ，rPrSnk1CA1k2CA2CpfC AfdCACA0CA 0C AfCA0CAfrPdCpC ACpfdCA( rA )dCAC A0溫度效應：溫度升高有利于活化能大的反應濃度效應：濃度升高有利于級數大的反應

5、計算： 由基本方程 PFR、CSTR 推出反應器選型與組合優化：各種情況分析。CA曲線對應面積 =C PXA曲線對應面積 =C P/CA0最優加料方式： p193-194平行反應Prpk1CA n1CB m1A+BSrsk2CA n2CB m2“化學反應工程”總結5七、串聯反應Ak1k2PS(rA ) k1C ArPk1C Ak 2CPrSk2CP溫度效應：溫度升高有利于活化能大的反應（同平行反應）濃度效應：凡是使CP / C A 增大的因素對串連反應選擇率總是不利的。串聯反應的計算PFRCSTRC AC A0 e k1t物料衡算C Pk1CA 0 ( e k1te k2t )k2k1C A

6、0C ACP CS串聯反應的最優反應時間、轉化率與最大收率PFRCSTRln k21optk1optk2k1k k21x1ek1o p tk1optxoptopt1 k1 optc p, maxkk2c1(1)k2kp, maxmax1max1cA0k2cA0k22()21k1“化學反應工程”總結6八、自催化反應A PPP( rA )kCA CPCT0C A0C P 0(C A ) opt22CA 0CP0CACPCT 0CT 0ktln C A0/ C ACP 0/ CP反應器組合優化九、變分子反應空速 SV的物理意義與因次Vx A 1VxA 0膨脹率的定義 AVxA0膨脹因子的物理含義 A

7、( p s) ( a b)a變分子反應中停留時間t與空時 的大小關系“化學反應工程”總結7十、循環反應器的計算vRRv0C A 0RCAfC A1R1dCAVC Af(1R)v0C A1 ( rA )十一、返混1. 不同年齡的物料相互之間的混合返混（ CSTR）相同年齡的物料相互之間的混合混合（間歇反應器）2. 返混的起因：空間上的反向流動不均勻的速度分布3. 返混的結果：反應器內的濃度變化（ C A CP ）4. 改善措施：分割橫向分割和縱向分割5. f (t ) 和 F (t) 含義6.2數學期望 t 與方差2無因次方差2tt2tt7.CSTR1tF (t)1 et t21f (t )et

8、PFRf (t) 和 F (t )208. 固相反應的計算cAcA (t)c A0f (t) dt0 cA0xA0x A (t) f (t )dt9. 微觀混合對反應結果的影響(1) 大于一級的反應，上凹曲線，不利(2) 小于一級的反應，下凹曲線，有利(3) 一級反應的情況，線性關系，無關“化學反應工程”總結8十二、外部傳遞過程與內部傳遞過程內容與反應的關系外部傳遞過程串連過程內部傳遞過程串-并連過程傳遞準數DakcnA,bRPkc nA,es濃度、溫度關 系效率因子計算方法判別kg a cA,bcA,escA,b , cP ,es cP, bTesTb (放熱反應 )1R(1 1Da )nk

9、cA,bn當 n=1 時，111Da當Da <1,11Da >5,11 外部傳Da遞阻力起控制作用。準數1DaR判kg acAbDec A,escA ,iscA,es , cP ,iscP,esTisTes (放熱反應 )R2 kcnA,es當 n=1 時2 3(1 1) th當<1,21，當5時，23 內部阻力影響嚴重。用實驗準數22r P2 R 來判斷。當De c Ab方法實驗方法斷。當準數 0.1，外部準數 1 ，內部傳遞阻力阻力影響消除。無影響；當準數 15 ，內部傳遞阻力嚴重。SV 不變，改變氣速或保持實驗條件不變，改轉速，測定反應速率的變催化劑顆粒直徑 d P ，變化。測定反應速率的變化。“化學反應工程”總結9表 觀 動 力 學 n1, E(4 12) kJ moln1n法2說明外部傳遞阻力起EEDEE22控制作用。說明內部傳遞阻力影響嚴重。溫度狀態TTesTbTmax10T(1cA,es )adcA,b改變措施增 大 操 作 線 速 度 dp2uRekg雙孔結構，擴孔措施等。Da1(H )cA,b絕熱溫升TadcPShA Re1 2 Sc1 3十三、工程思維方法工程因素T返混反應場所反應結果 r ，外擴散C內擴散工程問題動力學問題“化學反應工程”總結10十二、熱量傳遞與反應器的熱穩定性1.