反應(yīng)工程總復(fù)習(xí)

1、總復(fù)習(xí)總復(fù)習(xí)試卷及試題結(jié)構(gòu) 填空題 10題，20分 判斷題10題，20分 簡答題5題，20分 計(jì)算說明題4題，40分 分值比例： 緒論 24分 第2章 18分22分 第3章 10分15分 第4章 25分 第5章 40分 第6、7章 5分第第1章章 緒論緒論 1. 三傳一反： 質(zhì)量傳遞、熱量傳遞、動量傳遞按反應(yīng)物系的相類特征分類：均相；非均相（催化非催化）均相；非均相（催化非催化） 溫度、反應(yīng)級數(shù)等溫度、反應(yīng)級數(shù)等 具體的反應(yīng)分類具體的反應(yīng)分類按操作方式分類按操作方式分類 間歇操作：操作特點(diǎn) 連續(xù)操作：操作特點(diǎn) 半連續(xù)操作：操作特點(diǎn)工程中的放大問題工程中的放大問題 1.單元操作過程中的三傳是指動

2、量傳遞、物質(zhì)傳遞和能量傳遞。 2. 反應(yīng)動力學(xué)主要研究化學(xué)反應(yīng)的平衡問題。 3. 化學(xué)反應(yīng)按反應(yīng)物系的相類特征分類可分為可逆反應(yīng)和不可逆反應(yīng)。 4. 間歇式反應(yīng)器一般適用于生產(chǎn)量比較大的工藝。 5. 反應(yīng)工程中出現(xiàn)的“放大效應(yīng)”主要是由于“三傳”情況發(fā)生改變引起的。第第2章章 均相反應(yīng)動力學(xué)基礎(chǔ)均相反應(yīng)動力學(xué)基礎(chǔ) 均相反應(yīng)：VdtdnrAA組分的起始摩爾數(shù)組分反應(yīng)掉的摩爾數(shù)kx00kkknnnsikik1)1 (00kkkxynnRTEkkexp0若在間歇反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行恒容反應(yīng)若在間歇反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行恒容反應(yīng)dtdcAABAckc0AAccBAAccdcktAAccBAAccdc0對于零級、對于零級

3、、1級、級、2級反應(yīng)的動力學(xué)方程熟練運(yùn)用級反應(yīng)的動力學(xué)方程熟練運(yùn)用；包括可逆反應(yīng)、平行反應(yīng)、包括可逆反應(yīng)、平行反應(yīng)、串聯(lián)反應(yīng)串聯(lián)反應(yīng)等類型；等類型；熟悉以壓力熟悉以壓力P和轉(zhuǎn)化率和轉(zhuǎn)化率x等不同方式表示的速率方程表等不同方式表示的速率方程表達(dá)式；達(dá)式；復(fù)合反應(yīng)復(fù)合反應(yīng) 收率收率p：AApppnnnn00得率得率XP : :00APPPnnnX00SSPPPnnnnS（主）PAPkA11（副）SASkA22)(21AAAAAckck21spAkk21dtdcAA/Ack1dtdcpp/pAckck21dtdcss/pck2 反應(yīng)進(jìn)度 ， 膨脹因子的定義 ， 反應(yīng)級數(shù)越 與反應(yīng)速度關(guān)系， 速率常數(shù)

4、k的因次和反應(yīng)級數(shù)關(guān)系， 自催化反應(yīng)特點(diǎn)， 反應(yīng)溫度對平行反應(yīng)瞬時(shí)收率的影響，第第3章章 均相反應(yīng)器均相反應(yīng)器（無返混）（無返混）（返混程度最大）（返混程度最大）理想反應(yīng)器理想反應(yīng)器理想混合反應(yīng)器理想混合反應(yīng)器 （完全混合）（完全混合） 平推流平推流反應(yīng)器反應(yīng)器（無（無返混返混）間歇式完全混合間歇式完全混合連續(xù)式完全混合連續(xù)式完全混合返返 混混：不同停留時(shí)間的粒子間的混合不同停留時(shí)間的粒子間的混合 平推流平推流：反應(yīng)物料以相同的流速和一致的方反應(yīng)物料以相同的流速和一致的方向進(jìn)行移動，所有的物料在器內(nèi)具有相同的停向進(jìn)行移動，所有的物料在器內(nèi)具有相同的停留時(shí)間。留時(shí)間。dtcVdVrARRAAAR

5、ncVdtcVdARdtdxVnrARAA0積分得：積分得：AxARAArVdxn00 間歇完全混合反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方程間歇完全混合反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方程AAxn10dtdxnAA0AxAAArdxc00AAccAArdc0RAVr 全混流反應(yīng)器全混流反應(yīng)器1 1 、物料衡算、物料衡算輸入輸入 = =00Acv輸出輸出 = =Acv0積累積累 = 0= 0 A A的反應(yīng)量的反應(yīng)量 = =RAVr0)(000RAAAVrcvcvRAAAVrcvcv000AAARrccvV00AAARrxcvV00 全混流反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方程全混流反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方程進(jìn)料的體積流量反應(yīng)器的有效容積AAArxcv000vvRAAAr

6、xc0定義空時(shí)定義空時(shí)代表代表反應(yīng)器處理物料的能力反應(yīng)器處理物料的能力變小，處理能力變大變小，處理能力變大對于對于均相反應(yīng)均相反應(yīng)：空時(shí)空時(shí)空速空速1（體積空速）（體積空速） 對于對于非均相反應(yīng)非均相反應(yīng)，常以催化劑質(zhì)量多少表示反應(yīng)器的體積，常以催化劑質(zhì)量多少表示反應(yīng)器的體積空速空速:單位反應(yīng)體積，單位時(shí)間內(nèi)所處理的物料量單位反應(yīng)體積，單位時(shí)間內(nèi)所處理的物料量反應(yīng)器的有效容積與器內(nèi)物料的體積流速反應(yīng)器的有效容積與器內(nèi)物料的體積流速之比。之比。 vVtR3）平均停留時(shí)間與）平均停留時(shí)間與空時(shí)空時(shí)t和和含義不同含義不同:非恒容過程，非恒容過程，兩者不同。兩者不同。平均停留時(shí)間平均停留時(shí)間：0vv

7、恒容過程恒容過程兩者是一致的兩者是一致的4 間歇反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器的比較間歇反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器的比較Ar1cAAccAArdc0BAAc0Ac1 1 物料衡算物料衡算輸入：輸入： lAlAvcF 輸出：輸出： llAF積累積累=0=0A A的反應(yīng)量：的反應(yīng)量：vrA0llll0AF0vAFAAdFF 即：AxAAArdxc00平推流反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方程平推流反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方程對于恒容過程有：對于恒容過程有：01AAAccx0AAAcdcdx代入設(shè)計(jì)方程：代入設(shè)計(jì)方程：00AARcFvAxAArdx0AAccAAArdcc001多釜串聯(lián)組合的全混流反應(yīng)器1.流程流程0AC0v1V1AC1ACv1

8、,Ar1, iACiAC,1,NACNAC,iVAiCiAr,NVNAC,NAr,2.多釜串聯(lián)反應(yīng)器的總?cè)莘e多釜串聯(lián)反應(yīng)器的總?cè)莘e1）解析法）解析法 以一級不可逆反應(yīng)為例，對于恒容系統(tǒng)，任意第以一級不可逆反應(yīng)為例，對于恒容系統(tǒng)，任意第i個(gè)反應(yīng)個(gè)反應(yīng)器有：器有：AiAiAiircc1AiiAiAickcc1即：即：iiAiAikcc111 反應(yīng)器型式與操作方法的評選反應(yīng)器型式與操作方法的評選 1 1 單一反應(yīng)單一反應(yīng)1 1）反應(yīng)器的選型）反應(yīng)器的選型 )Ar1隨隨Ax單調(diào)遞增單調(diào)遞增 單釜全混流單釜全混流多釜串聯(lián)全混流多釜串聯(lián)全混流間歇全混流間歇全混流平推平推流反應(yīng)器流反應(yīng)器此時(shí)所需的反應(yīng)容積：

9、此時(shí)所需的反應(yīng)容積：（對于（對于n0n0的不可逆等溫反應(yīng)均有此特征）的不可逆等溫反應(yīng)均有此特征）xAAr1xAAr1xAAr10AC0AC01AC02AC03AC平推流反應(yīng)器平推流反應(yīng)器全混流反應(yīng)器全混流反應(yīng)器多釜串聯(lián)全混流多釜串聯(lián)全混流) Ar1隨隨Ax單調(diào)遞減單調(diào)遞減 （對于（對于n0n平推流反應(yīng)器平推流反應(yīng)器多釜串聯(lián)全混流多釜串聯(lián)全混流單單釜全混流釜全混流此時(shí)所需的反應(yīng)容積：此時(shí)所需的反應(yīng)容積：Ar1Ax0AC(全混流全混流反應(yīng)器）反應(yīng)器）0/AC（平推流反應(yīng)器）（平推流反應(yīng)器）Ar1Ax01AC02AC03AC04AC05/AC5100AiACC）Ar1對對Ax的曲線上存在著極小值的曲

10、線上存在著極小值 （自催化反應(yīng)和絕熱操作的放熱反應(yīng)具有這種特征）（自催化反應(yīng)和絕熱操作的放熱反應(yīng)具有這種特征）當(dāng)當(dāng)xAfxAM時(shí)，時(shí)，與（與（）同，全混流反應(yīng)器最佳，）同，全混流反應(yīng)器最佳， 平推流所需的容積最大平推流所需的容積最大當(dāng)當(dāng)xA0 xAM時(shí)，時(shí)，與（與（）同，平推流反應(yīng)器最佳，）同，平推流反應(yīng)器最佳，單釜全混流反應(yīng)器所需容積最大單釜全混流反應(yīng)器所需容積最大當(dāng)當(dāng)xA0 xAM而而 xAfxAM時(shí)，時(shí)，全混流串接平推流最優(yōu)全混流串接平推流最優(yōu) 循環(huán)操作的平推流反應(yīng)器次之，平推流、全混流循環(huán)操作的平推流反應(yīng)器次之，平推流、全混流 反應(yīng)器最差。反應(yīng)器最差。Ar1AxAMxAfx02/AC0

11、1/ACgQTrQgQET4TDTBT3TAT432 各個(gè)反應(yīng)操作方式對各種不同反應(yīng)類型的影響。 tE:停留時(shí)間分布密度函數(shù)，或壽命分布密度函數(shù)。停留時(shí)間分布密度函數(shù)，或壽命分布密度函數(shù)。0t時(shí)： 0tE0t時(shí)： 0tE且 10dttE tdttEtF0 停留時(shí)間分布函數(shù)停留時(shí)間分布函數(shù): :停留時(shí)間小于停留時(shí)間小于t t的流體粒子所的流體粒子所 占的分?jǐn)?shù)占的分?jǐn)?shù) 1, 00FF可改寫成：可改寫成： dttdFtE第第4章章 非理想流動非理想流動）平均停留時(shí)間）平均停留時(shí)間t 00dttEdtttEt平均停留時(shí)間平均停留時(shí)間t應(yīng)是應(yīng)是 tE曲線的分布中心，即曲線的分布中心，即 tE在所圍的面積

12、的重心在在所圍的面積的重心在t t坐標(biāo)上的投影坐標(biāo)上的投影 曲線曲線 0dtttE 0dtdttdFt 10tFtFttdF）停留時(shí)間分布函數(shù)的特征值停留時(shí)間分布函數(shù)的特征值在數(shù)學(xué)上稱在數(shù)學(xué)上稱t t為為 tE曲線對于坐標(biāo)原點(diǎn)的曲線對于坐標(biāo)原點(diǎn)的一次矩一次矩，又稱，又稱 tE的的數(shù)學(xué)期望數(shù)學(xué)期望。）方差）方差2t表示表示停留時(shí)間分布的分散程度的量停留時(shí)間分布的分散程度的量，在數(shù)學(xué)上是指對于平，在數(shù)學(xué)上是指對于平均停留時(shí)間的二次矩。均停留時(shí)間的二次矩。 0022dttEdttEttt 022tdttEt 02dttEtt令：無因次時(shí)間令：無因次時(shí)間: :tt則：無因次平均停留時(shí)間無因次平均停留時(shí)

13、間1tt 001dttEdE tEtE tEtEdttEdE)()(tt tFF tdFdF 0221dE221tt 0221dttEttt 021dttEtt 021dEtt若以若以2表示以表示以為自變量的方差，則它與為自變量的方差，則它與2t的關(guān)系為：的關(guān)系為：脈沖示蹤和階躍示蹤脈沖示蹤和階躍示蹤第二節(jié)第二節(jié) 理想流動及層流的停留時(shí)間分布理想流動及層流的停留時(shí)間分布1 平推流平推流 tEtt tFtt0 . 1 tEtt 0tt tdttEtF0tt 0tt 1數(shù)字特征為：2t0202tt表明所有的流體粒子在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間相同。 方差越小，說明分布越集中，分布曲線就越窄，停留 時(shí)間分布

14、方差等于零這一特征說明系統(tǒng)內(nèi)不存在返混。對恒容：對恒容：ttt tetF1 dttdFtE eEe1 Fte1et1全混流：全混流：11 tEt tFt數(shù)字特征：數(shù)字特征： 0221dE1102de 021dE2022-4-28平推流與全混流串并聯(lián)模型平推流與全混流串并聯(lián)模型0v0v0vVfm1Vfm平推流區(qū)平推流區(qū)全混流區(qū)全混流區(qū)）按串聯(lián)方式組合（串聯(lián)模型）按串聯(lián)方式組合（串聯(lián)模型）2022-4-28）并聯(lián)模型）并聯(lián)模型VfmVfm10v0v0vIm01vIm2022-4-28帶有短路的全混流模型帶有短路的全混流模型0v0vV0vIm0vIm01vIm2022-4-280v0Iv0vVfm1

15、Vfm01vI有短路的平推流全混流串聯(lián)2022-4-283) ) 有短路的平推流全混流并聯(lián)有短路的平推流全混流并聯(lián)VfmVfm10v0v0vIm0vIp01vIIpm tEs tEm tEp tE第第5章章 重點(diǎn)內(nèi)容重點(diǎn)內(nèi)容 催化劑 催化劑的物理特性 催化劑常用制備方法要求催化劑具備一定的要求催化劑具備一定的活性活性、選擇性高選擇性高、壽命長壽命長。 氣氣-固催化反應(yīng)的步驟固催化反應(yīng)的步驟 固體催化劑由三部分組成：固體催化劑由三部分組成：主催化劑主催化劑、助催化劑助催化劑和和載體載體 1）蘭格繆爾模型）蘭格繆爾模型Langmuir型型AAadkk該模型假設(shè)的前提條件 Freundlich 弗列

16、得利希模型（經(jīng)驗(yàn)型）弗列得利希模型（經(jīng)驗(yàn)型） 物理吸附和化學(xué)吸附物理吸附和化學(xué)吸附焦姆金模型（焦姆金模型（Temkin型）型） （化學(xué)吸附）（化學(xué)吸附）BET模型模型 (物理吸附）物理吸附）氣氣- -固催化反應(yīng)動力學(xué)方程固催化反應(yīng)動力學(xué)方程 反應(yīng)反應(yīng): : SRBAA A的吸附：的吸附： AAB B的吸附：的吸附： BB表面反應(yīng)表面反應(yīng)： SRBAR R的脫附：的脫附： RRS S的脫附：的脫附： SS丁烯在某催化劑上反應(yīng)的到丁二烯的總反應(yīng)為丁烯在某催化劑上反應(yīng)的到丁二烯的總反應(yīng)為C4H8(A)= C4H6(B)+ H2(C)假設(shè)反應(yīng)按如下步驟進(jìn)行：假設(shè)反應(yīng)按如下步驟進(jìn)行：A+ AA B+CB

17、 B+假定符合均勻吸附模型，試分別推導(dǎo)動力學(xué)方程：假定符合均勻吸附模型，試分別推導(dǎo)動力學(xué)方程：A吸附控制；吸附控制；B脫附控制；脫附控制；1.表面反應(yīng)控制。表面反應(yīng)控制。在氣固相催化劑表面進(jìn)行下列氣相可逆反應(yīng)：在氣固相催化劑表面進(jìn)行下列氣相可逆反應(yīng)：A+B=R其反應(yīng)機(jī)理為：其反應(yīng)機(jī)理為： A+1A1B+2B2A1+ B2R1+2 (速率控制步驟速率控制步驟)R1R+1試用試用Langmuir均勻吸附模型導(dǎo)出該反應(yīng)的本征均勻吸附模型導(dǎo)出該反應(yīng)的本征動力學(xué)方程動力學(xué)方程。 反應(yīng)速率的實(shí)驗(yàn)測定方法反應(yīng)速率的實(shí)驗(yàn)測定方法 ？實(shí)驗(yàn)用反應(yīng)器？實(shí)驗(yàn)用反應(yīng)器？ 本征動力學(xué)？ 內(nèi)外擴(kuò)散的影響等等催化劑顆粒中的擴(kuò)

18、散催化劑顆粒中的擴(kuò)散1 1、孔擴(kuò)散、孔擴(kuò)散 1 1）催化劑中氣體擴(kuò)散的形式）催化劑中氣體擴(kuò)散的形式 擴(kuò)散擴(kuò)散分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散努森擴(kuò)散努森擴(kuò)散構(gòu)型擴(kuò)散構(gòu)型擴(kuò)散表面擴(kuò)散表面擴(kuò)散/2ra1010-2-2，分子間的碰撞分子間的碰撞/2ra 10-2，分子與孔壁的碰撞分子與孔壁的碰撞孔半徑孔半徑(0.5-1.0nm)(0.5-1.0nm)的微孔的微孔內(nèi)表面上分子向表面濃度降低的方向移動內(nèi)表面上分子向表面濃度降低的方向移動10100nm催化劑的有效系數(shù)，西爾模數(shù)的概念等等。非催化氣非催化氣-固相反應(yīng)動力學(xué)固相反應(yīng)動力學(xué) 粒徑不變的縮核模型粒徑不變的縮核模型： 粒徑減小的縮核模型粒徑減小的縮核模型： A通過氣膜擴(kuò)散到固體表面； A經(jīng)過灰層到未反應(yīng)核表面； A與固體間反應(yīng)； 氣態(tài)產(chǎn)物擴(kuò)散通過灰層擴(kuò)散； 產(chǎn)物進(jìn)入氣流主體；2022-4-28氣膜擴(kuò)散控制：ccmPmABdrrdVbdndn24)()()(sSgRsbBAAgGAsAgGABcbkccbkdtdnRb