化學反應工程總結(jié)

1、.一、緒論1研究對象是工業(yè)反應過程或工業(yè)反應器研究目的是實現(xiàn)工業(yè)反應過程的優(yōu)化2決策變量：反應器結(jié)構(gòu)、操作方式、工藝條件3優(yōu)化指標技術指標：反應速率、選擇性、能耗掌握轉(zhuǎn)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(jié)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(lián)反應基本特征、分析判斷2. 化學反應速率的工程表示反應量反應速率( 反應時間 )( 反應區(qū) )3. 工業(yè)反應動力學規(guī)律可表示為：rifC (C i )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) 溫度效應 E 工程意義

2、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(shù)k，可以按下式計算活化能E：ln k2E ( 1 1 )k1R T1T2E cal/mol ，j/molT KR = 1.987cal/mol.K = 8.314 j/mol.K;.三、 PFR與 CSTR基本方程1.理想間歇： tVRcAf dcAcA0xAfdxAv0c A0 ( r A )x A0 ( r A )2.理想：VRcAf dcAcA0xAfdxAPFRpv0cA0 ( r A )xA0 ( r A)3.：pVRc A0cAcA 0 xACSTRv(rA )(rA )4. 圖解法/cA00xAfxA四、簡單反應的計算

3、n=1,0,2 級反應特征cAcA 0 (1xA )濃度、轉(zhuǎn)化率、反應時間關系式PFRCSTR，CSTRPFR基本關系式PFR（間歇）CSTRpVRc AfdcAVRcA 0 cAv0cA 0( rA )mv( rA )n=0cA0 xAkpcA0 xAk pn=1kpln1mcA1xAcA0kcAn=2kp11cA0cAcAcA 0m2kcA;.k1五、可逆反應Ak2P( r A ) k1C Ak2CPk1C Ak2 (C A0 C A )(k1k2 )(C ACAe )xAxA(k1k2 )C A0 ( xAexA )k1C A0 C Aex AeKC Ae1 xAe1k22溫度效應：3濃

4、度效應：( r A ) 0TeqE2E1Rln k20xAk10(1xA )d( r A )ToptE2E10E2k20xAdTRlnk10(1xA )E1TPFR積分式(k1kCA 0CAexAe2 )t lnC AelnCAxAexACSTR：由基本方程導出;.六、平行反應k1P（主反應）Ak2S（副反應）rPk1CAn1n ，rPrSnk1CA1k2CA2C pfC AfdCACA0CA 0C AfCA0CAfrPdCpCpfC A( rA )dCAdCAC 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(shù)大的反應計算：由基本方程 PFR、CSTR 推出反應器選型與

5、組合優(yōu)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(yōu)加料方式： p193-194平行反應Prpk1CA n1CBm1A+BSrsk2C A n2CB m 2;.七、串聯(lián)反應k1k2APS( rA )k1C ArPk1CAk2 CPrSk2C P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C P / C A 增大的因素對串連反應選擇率總是不利的。串聯(lián)反應的計算PFRCSTRC AC A 0e k1t物料衡算C Pk1CA 0 ( e k1 te k2t )k2k1C A 0C ACP CS串聯(lián)反應的最優(yōu)反應時間、轉(zhuǎn)化率與最大收率PFRC

6、STRln k21k1optk2k1optk1k2x1ek1optk1 optxoptopt1 k1 optc p,maxk1k2cp, max1)k2 k1max(maxk21c A0k2cA02()21k1;.八、自催化反應A PPP( rA )kCA C PCT 0C A 0C P 0(C A ) opt22C A 0CP0CAC PCT 0CT 0ktln CA 0 / C ACP0 / CP反應器組合優(yōu)化九、變分子反應空速 SV的物理意義與因次膨脹率的定義AVx A 1 VxA 0VxA0( ps)(ab)膨脹因子的物理含義Aa變分子反應中停留時間t與空時的大小關系;.十、循環(huán)反應器

7、的計算vRRv0C A 0RC AfC A1R1VC AfdC A(1R)( r A )v0C A1十一、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(jié)果：反應器內(nèi)的濃度變化（ C A C P ）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. 數(shù)學期望 t 與方差2無因次方差tt7. CSTRf (t )1 e tF (t ) 1 e t ttPFRf (t) 和 F (t )208. 固相反應的計算cAcA (t )cA0f (t)dt0

8、 cA0xAxA (t) f (t )dt09. 微觀混合對反應結(jié)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22 t 2t21;.十二、外部傳遞過程與內(nèi)部傳遞過程內(nèi)容外部傳遞過程內(nèi)部傳遞過程與反應的關系串連過程串-并連過程傳遞準數(shù)DakcAn,bkc A,esnkg a cA ,bRPD e cA,es濃度、 溫度cA,escA,b , cP ,escP,bcA ,iscA,es , cP ,is cP ,es關 系TesTb (放熱反應 )TisTes (放熱反應 )效率因子1R(11Da )nRn2kcAn,e

9、skcA,b當 n=1 時，當 n=1 時11311)1Da2(th計算方法當當 <1,21 ，Da <1,11當5 時，3內(nèi)部阻2Da >5,11外部傳力影響嚴重。Da判遞阻力起控制作用。 用 實驗準 數(shù)R22準數(shù)1Da判rP R來判斷。當別kg acAb2De cAb方斷。當準數(shù)0.1，外部準數(shù)1 ，內(nèi)部傳遞阻力法阻力影響消除。無影響；當準數(shù)15 ，內(nèi)部傳遞阻力嚴重。實驗方法SV 不變，改變氣速或保持實驗條件不變，改轉(zhuǎn)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。;.表 觀 動 力 學 n1, E(4 12) kJn1n法mol2說明外部傳遞阻力起EEDEE22控制作用。說明內(nèi)部傳遞阻力影響嚴重。溫度狀態(tài)T TesTbTmax10Tad (1cA ,es )cA ,b改變措施增 大 操 作 線 速 度 dp2uRekg雙孔結(jié)構(gòu)，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(jié)果 r ，外擴散C內(nèi)擴散工程問題動力學問題;.十二、熱量傳遞與反應器的熱