化學(xué)反應(yīng)工程

1、一、 緒論1 研究對象是工業(yè)反應(yīng)過程或工業(yè)反應(yīng)器研究目的是實現(xiàn)工業(yè)反應(yīng)過程的優(yōu)化2 決策變量：反應(yīng)器結(jié)構(gòu)、操作方式、工藝條件3 優(yōu)化指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)：反應(yīng)速率、選擇性、能耗掌握轉(zhuǎn)化率、收率與選擇性的概念反應(yīng)器型式操作方式操作條件工程因素TC反應(yīng)結(jié)果r，b工程問題動力學(xué)問題4 工程思維方法二、化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)1. 反應(yīng)類型：簡單反應(yīng)、自催化、可逆、平行、串聯(lián)反應(yīng)基本特征、分析判斷2. 化學(xué)反應(yīng)速率的工程表示3. 工業(yè)反應(yīng)動力學(xué)規(guī)律可表示為：a) 濃度效應(yīng)n 工程意義是：反應(yīng)速率對濃度變化的敏感程度。b) 溫度效應(yīng)E工程意義是：反應(yīng)速率對溫度變化的敏感程度。已知兩個溫度下的反應(yīng)速率常數(shù)k，可以按下式計算

2、活化能E：Ecal/mol，j/molTKR = 1.987cal/mol.K = 8.314 j/mol.K三、PFR與CSTR基本方程1. 理想間歇：2. 理想PFR： 3. CSTR： 4. 圖解法0 xAf xA/cA0四、簡單反應(yīng)的計算n=1,0,2級反應(yīng)特征濃度、轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)時間關(guān)系式PFRCSTR，CSTRPFR基本關(guān)系式PFR（間歇）CSTRn=0n=1n=2五、可逆反應(yīng) A Pk1k2123TxAT溫度效應(yīng)：濃度效應(yīng)：PFR積分式CSTR：由基本方程導(dǎo)出六、平行反應(yīng)P（主反應(yīng)）k1S（副反應(yīng)）k2A， 溫度效應(yīng)：溫度升高有利于活化能大的反應(yīng)濃度效應(yīng)：濃度升高有利于級數(shù)大的反應(yīng)

3、計算：由基本方程PFR、CSTR推出反應(yīng)器選型與組合優(yōu)化：CA曲線對應(yīng)面積=CPXA曲線對應(yīng)面積=CP/CA0最優(yōu)加料方式：p163-164平行反應(yīng) P A+B S 七、串聯(lián)反應(yīng)k1k2A P S溫度效應(yīng)：溫度升高有利于活化能大的反應(yīng)（同平行反應(yīng)）濃度效應(yīng)：凡是使增大的因素對串連反應(yīng)選擇率總是不利的。串聯(lián)反應(yīng)的計算PFRCSTR物料衡算 串聯(lián)反應(yīng)的最優(yōu)反應(yīng)時間、轉(zhuǎn)化率與最大收率 PFRCSTR 八、自催化反應(yīng)AP PP反應(yīng)器組合優(yōu)化九、變分子反應(yīng)空速SV的物理意義與因次膨脹率的定義 膨脹因子的物理含義變分子反應(yīng)中停留時間t與空時的大小關(guān)系十、循環(huán)反應(yīng)器的計算十一、返混1. 不同年齡的物料相互之

4、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(yīng)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(yīng)器內(nèi)的濃度變化（）4. 改善措施：分割橫向分割和縱向分割5. 和含義6. 數(shù)學(xué)期望與方差無因次方差7. CSTR PFR 和8. 固相反應(yīng)的計算9. 微觀混合對反應(yīng)結(jié)果的影響(1) 大于一級的反應(yīng)，上凹曲線，不利(2) 小于一級的反應(yīng)，下凹曲線，有利(3) 一級反應(yīng)的情況，線性關(guān)系，無關(guān)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(yīng)的關(guān)系 串 連 過 程 串-并 連 過 程 傳 遞 準(zhǔn) 數(shù) 濃度、 溫度關(guān)

5、 系 效 率 因 子當(dāng)n=1時，當(dāng)n=1時判別方法計 算 方 法當(dāng)<1,>5,外部傳遞阻力起控制作用。準(zhǔn)數(shù)判斷。當(dāng)準(zhǔn)數(shù)，外部阻力影響消除。當(dāng)<1,，當(dāng)時，內(nèi)部阻力影響嚴(yán)重。用實驗準(zhǔn)數(shù)來判斷。當(dāng)準(zhǔn)數(shù)，內(nèi)部傳遞阻力無影響；當(dāng)準(zhǔn)數(shù)，內(nèi)部傳遞阻力嚴(yán)重。實 驗 方 法SV不變，改變氣速或轉(zhuǎn)速，測定反應(yīng)速率的變化。保持實驗條件不變，改變催化劑顆粒直徑，測定反應(yīng)速率的變化。表觀動力學(xué) 法說明外部傳遞阻力起控制作用。說明內(nèi)部傳遞阻力影響嚴(yán)重。 溫 度 狀 態(tài) 改 變 措 施增大操作線速度雙孔結(jié)構(gòu)，擴(kuò)孔措施等。絕熱溫升工程因素返混外擴(kuò)散內(nèi)擴(kuò)散T反應(yīng)場所C反應(yīng)結(jié)果r，b工程問題動力學(xué)問題十四、工程思維方法的分析與應(yīng)用十五、熱量傳遞與反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性1. 定態(tài)條件熱穩(wěn)定條件 2. 放熱曲線與移熱曲線，