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化學(xué)反響工程課程授課設(shè)計(jì)rIrIj課型理論課√討論課□課次6課時(shí)2(請打?qū)嶒?yàn)課□習(xí)題課□
√)其他□
授課題目(授課章、節(jié)或主題):
第2章復(fù)合反響與反響器選型
自催化反響特點(diǎn)與反響器選型
可逆反響特點(diǎn)與反響器選型
授課目的、要求(分掌握、熟悉、認(rèn)識(shí)三個(gè)層次)::
1.熟悉自催化反響和可逆反響的特點(diǎn);
2.認(rèn)識(shí)自催化和可逆反響反響器的選擇;
3.認(rèn)識(shí)自催化和可逆反響反響器種類;
授課重點(diǎn)及難點(diǎn):
重點(diǎn):自催化反響和可逆反響的特點(diǎn)。
難點(diǎn):自催化反響和可逆反響反響器的選擇。
授課基本內(nèi)容方法及手段
第2章復(fù)合反響與反響器選型解說
自催化反響特點(diǎn)與反響器選型
自催化反響是復(fù)合反響中的一類。其主要特點(diǎn)是反響產(chǎn)物能對該反響
過程起催化作用,加速該反響過程的進(jìn)行。
特點(diǎn):反響產(chǎn)物中含有對此反響有催化作用的組分。
因此,常在反響開始時(shí)加入少量有催化作用的產(chǎn)物。
A組分的耗資速率為:rA(rAj)(rA1)(rA2)k1cAk2cAcP在整個(gè)反響過程中,A組分被反響掉了,可是生成了等量的P組分,則A與P的總摩爾數(shù)是恒定的,即:cA0cP0cAcPc0cPcA0cP0cArA(rAj)(rA1)(rA2)k1cAk2cAcPk1cAk2cA(cA0cP0cA)dcAk1cA[1(k2/k1)(cA0cP0cA)]dt
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最大反響速率對應(yīng)的反響物濃度(極值原理):
(rA)0cAk1k2(cA0cP0)cAop2k2
在反響初期,只管反響物的濃度較高,可是由于產(chǎn)物的濃度很低,所有總反響速率不大;
隨著反響的進(jìn)行,產(chǎn)物濃度增加,反響物濃度誠然降低,可是其值依舊較大,因此,反響速率將是增加的。
當(dāng)反響進(jìn)行到某一時(shí)辰時(shí),反響物濃度的降低對反響速率的影響高出了產(chǎn)物濃度增加對反響速率的影響,反響速率開始下降。
1、PFR/CSTR
但應(yīng)注意,自催化反響要求進(jìn)料中必定保證一些產(chǎn)物,否則PFR是
不合適的,此時(shí)應(yīng)采用循環(huán)反響器。
2、循環(huán)反響器
VR(1xA2dxA)V0cA0xA2(rA)1
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經(jīng)過調(diào)治循環(huán)比,能夠改變反響器流動(dòng)性能,關(guān)于必然的反響,能夠使得反響器體積最小,這時(shí)的循環(huán)比稱為最正確循環(huán)比。
它表示最正確循環(huán)比應(yīng)使反響器進(jìn)口物料的反響速率的倒數(shù)等于反響器內(nèi)反響速率倒數(shù)的平均值。
3、反響器組合
為了使反響器組的整體積最小,在這組反響器中,反響大多數(shù)控制在最高速率點(diǎn)或湊近最高速率點(diǎn)進(jìn)行。
能夠使用一個(gè)CSTR,它能夠不用經(jīng)過較低反響速率的中間組成,直
接控制在最高速率組成下操作。為了實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)變率,再使用一個(gè)PFR。
僅考慮反響器體積最小的話,最優(yōu)組合是CSTR串通分別裝置,即在最高速率下操作的CSTR的流出物流,經(jīng)過一個(gè)分別器后,將產(chǎn)物分別,反響物又返回反響器連續(xù)反響。
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可逆反響特點(diǎn)與反響器選型
工業(yè)條件下,正、逆反響均以明顯速率進(jìn)行的反響,比方合成氨反
應(yīng):N23H22NH3設(shè)可逆反響:aAbBrRsS1)分解:反響1(正反響):aAbBrRsSr1rA1rB1rR1rS1k1cAnAcBnBk1f(xA)A1B1R1S1反響2(逆反響):rRsSaAbBr2rA2rB2rR2rS2k2cRnRcSnSk2g(xA)A2B2R2S2
2)求和:
總反響速率應(yīng)為正逆反響速率之差:
總反響速率應(yīng)為正逆反響速率之差:
rr1r2k1f(xA)k2g(xA)
其中任意組分的生成速率為:rIrIj
組分的生成速率:
rArAjrA1rA2A1k1f(xA)A2k2g(xA)ak1f(xA)ak2g(xA)平衡時(shí):E1E2r0,k1f(xA)k2g(xA)k10eRTef(xA)k20eRTeg(xA)平衡溫度與轉(zhuǎn)變率關(guān)系:E1E2Telnf(xA)]R[lnk10k20g(xA)
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可逆反響過程的特點(diǎn):
1、重點(diǎn)組分轉(zhuǎn)變率對反響速率的影響:
當(dāng)溫度恒準(zhǔn)時(shí):xA
k1f(xA)隨重點(diǎn)組分轉(zhuǎn)變率的增加,
正反響速率k2g(xA)將隨之下降;
而逆反響速率將隨之上升;
總反響速率rr1r2k1f(xA)k2g(xA)將隨之下降,用數(shù)學(xué)表達(dá)為:rk1f(xA)k2g(xA)(r)T0xA
2、溫度對反響速率的影響
1)不可以逆反響kk0exp(-EC)RgT
關(guān)于單調(diào)反響過程:
當(dāng)溫度高升時(shí),k會(huì)增大
A、溫度盡可能高,以提高反響速率;
B、有限制條件:材質(zhì)要求,熱能供給,催化劑活性溫度和耐熱溫
度,副反響。
2)可逆反響:
依照Arrhenius方程,有:
dk1k1E1dk2k2E2rr1r2k1f(xA)k2g(xA)dTRT2,dTRT2(r)xAf(xA)dk1g(xA)dk2(r)xE1k1f(xA)E2k2g(xA)TdTdTTART2RT2A、可逆吸熱反響:r0k1f(xA)k2g(xA)E12k1f(xA)E22k2g(xA)(r)xRTRTE1E20TA專業(yè)技術(shù)資料分享WORD文檔下載可編寫
關(guān)于可逆吸熱反響而言,隨溫度的高升,總的反響速率提高。
因此,關(guān)于可逆吸熱反響,也應(yīng)盡可能在較高溫度下進(jìn)行,這樣既
有利于提高平衡轉(zhuǎn)變率,又可提高反響速率。但同時(shí),也應(yīng)試慮一
些因素的限制。
比方:天然氣的蒸汽轉(zhuǎn)變反響,
CH4H2OCOH2是可逆吸熱反響,提高溫度有利于提高反響速率并提高甲烷的平衡
轉(zhuǎn)變率,但考慮到設(shè)施材質(zhì)等條件限制,一般轉(zhuǎn)變爐內(nèi)溫度小于
800-850℃。
等速曲線:
曲線上所有點(diǎn)的反響速率相
r0等;平衡曲線:的曲線;
平衡轉(zhuǎn)變率.位于平衡曲線下方的其他曲線為非零的等速曲線,其反響速率
r4r3r2r1大小依次是
則:若反響溫度必然,則反響速率隨轉(zhuǎn)變率增加而下降;若轉(zhuǎn)變率必然,
則反響速率隨溫度高升而增加。
B、可逆放熱反響:
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當(dāng)溫度較低時(shí),反響凈速率隨溫度高升而加速,抵達(dá)某一極值后,隨著
溫度的連續(xù)高升,凈反響速率反而下降。這是由于當(dāng)溫度較低的時(shí)候,
r過程遠(yuǎn)離平衡,動(dòng)力學(xué)影響是主要矛盾,其斜率(T)xA0;但r0數(shù)下降,對反響速率的影響明顯起來,隨著溫在高溫的時(shí)候,平衡常(T)xAr度的連續(xù)高升,平衡影響成為主要矛盾,其斜率()xA0。曲線的T極大點(diǎn),斜率為0,即:。
反響器選型
1、重點(diǎn)組分轉(zhuǎn)變率對反響速率的影響:
當(dāng)溫度恒準(zhǔn)時(shí):
隨重點(diǎn)組分轉(zhuǎn)變率xA的增加,
正反響速率k1f(xA)將隨之下降;
而逆反響速率將隨之上升;k2g(xA)總反響速率將隨之下降,用數(shù)學(xué)表達(dá)為:r)Trk1f(xA)k2g(xA)(0xA隨著反響的進(jìn)行,反響速率是下降的,應(yīng)盡量使反響器中反響物
濃度較高,同時(shí),為了使反響器體積最小,應(yīng)采用PFR。
2、溫度對反響速率的影響
1)可逆吸熱反響:
關(guān)于可逆吸熱反響而言,隨溫度的高升,總的反響速率提高。
因此,關(guān)于可逆吸熱反響,應(yīng)盡可能在較高溫度下進(jìn)行,這樣既有利于提
高平衡轉(zhuǎn)變率,又可提高反響速率。但同時(shí),也應(yīng)試慮一些因素的限制。
2)可逆放熱反響:
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若是反響過程沿著或湊近最正確溫度曲線進(jìn)行時(shí),所需要的反響器體積
最小,但這在工業(yè)上推行是有難度的,平常選擇CSTR串通組,使每一釜的
溫度和濃度都在最正確溫度曲線上。
作業(yè)、討論題、思慮題:
名詞解說:
參照資料(含參照書
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