化學(xué)反應(yīng)工程總結(jié)

一、緒論1．

研究對(duì)象是工業(yè)反應(yīng)過(guò)程或工業(yè)反應(yīng)器研究目的是實(shí)現(xiàn)工業(yè)反應(yīng)過(guò)程的優(yōu)化決策變量：反應(yīng)器結(jié)構(gòu)、操作方式、工藝條件掌握轉(zhuǎn)化率、收率與選擇性的概念工程因素反應(yīng)器型式操作方式操作條件工程思維方法工程因素反應(yīng)器型式操作方式操作條件工程問(wèn)題T反應(yīng)結(jié)果工程問(wèn)題T反應(yīng)結(jié)果r，C動(dòng)力學(xué)問(wèn)題基本特征、分析判斷化學(xué)反應(yīng)速率的工程表示反應(yīng)速率＝ 反應(yīng)量(反應(yīng)時(shí)間)(反應(yīng)區(qū))工業(yè)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律可表示為：rrf (C)f)i C i T濃度效應(yīng)——n度。溫度效應(yīng)——E度。已知兩個(gè)溫度下的反應(yīng)速率常數(shù)k，可以按下式計(jì)算活化能E：lnlnk2E(11)k1RT1T2E——cal/mol，j/molR= = j/

T——K三、PFRCSTRt

cAf dcA

xAf dxAv c0 A0

(rA

A0 xA0

(r)A理想PFR

RcAf dcA

xAf dxAVp v cV0 A0

(rA

A0xA0

(r)A

c cV A0 V

c xA0 A

p v (rA

) (r)Ac c c (1x)A A0 Aτ/cA0τ0xAfxAn=1,0,2級(jí)反應(yīng)特征濃度、轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)時(shí)間關(guān)系式PFR→CSTR，CSTR→PFR基本關(guān)系式 PFR（間歇） CSTR R

cAf c

R

c cA0 An=0

p v c0 A0

(rA

m v (r)c x c x A0 A pc x A0 A pkklnp11xAcA0m kcAkk1cAp1cA0cA0m kc2A五、可逆反應(yīng) A 1 Pk2(r)kC kC kC k(C C )(k k)(C12C (k k)(C12C )A Ae(k k)C2(x xA0 Ae)1AKKkk1 C A0CAeAexAe21xAe溫度效應(yīng)：濃度效應(yīng)：(r(r)0Aeq

xAxA1xAxA123TT2 1k xRln[20 A ]k x )10 Ad(r)d(r)A 0dTT 2 1opt E k xRln[ 2 20 A ]E k1 10

(1x )APFR積分式((kk)tlnCA0CAeln12C CA AexAex xAe ACSTR：由基本方程導(dǎo)出六、平行反應(yīng)k1kk1k2AS（副反應(yīng)）r kCn P

11 A ，1r r kCn kCn21P S 1 A 2 A Cpf

CAf C AC Crr(r)APdCpdCACCAdCpfCAA0

C ACA0 Af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(jí)數(shù)大的反應(yīng)計(jì)算：由基本方程PFR、CSTR推出①反應(yīng)器選型與組合優(yōu)化：各種情況分析。β~CA曲線——對(duì)應(yīng)面積=CPβ~XA曲線——對(duì)應(yīng)面積=CP/CA0②最優(yōu)加料方式：p193-194平行反應(yīng)A+B

P r kp 1

A BS rkCs 2

n2Cm2A B七、串聯(lián)反應(yīng)AkAk1Pk2(r)kCA 1 Ar kC kP 1 A 2 Pr kCS 2 P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C /C 增大的因素對(duì)串連反應(yīng)選擇率總是P A利的。①串聯(lián)反應(yīng)的計(jì)算PFR CSTRC C CAA0eC Pk1k－kCAC Pk1k－kCA0(ektekt)122 1A0 A P Soptlnoptlnk2k1k k2 1opt1kk1 21x 1ek1

opt

kx 1

optopt

opt

1k1

optccp,maxmaxc(kk1)kkk22 1A02maxcp,maxc1kA0[(2)k1121]2反應(yīng)器組合優(yōu)化反應(yīng)器組合優(yōu)化①空速SV的物理意義與因次②膨脹率的定義A

Vx1AV

Vx0A③膨脹因子的物理含義

x0AA

(ps)(ab)a八、自催化反應(yīng)A＋PP八、自催化反應(yīng)A＋PP＋P(r)kCCA A P(C) CT0CA0CP0AoptC CA0 P02 2C C CA P T0C ktlnCA0/CAT0C /CP0 PRRvRv0C A1C RCA01RAfV(1R)CAfv0CdCA(r)A1 A十一、返混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(yīng)器）返混的起因：①空間上的反向流動(dòng)②不均勻的速度分布返混的結(jié)果：反應(yīng)器內(nèi)的濃度變化（C C ）A P改善措施：分割——橫向分割和縱向分割f(t和F(t含義t數(shù)學(xué)期望與方差tt

無(wú)因次方差2 2 2 t1 t CSTR f(t) e t

F(t)1et

21PFR f(t和F(t)ccAcA00c(t)cA f(t)dtA0x x(t)f(t)dtA0A微觀混合對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響大于一級(jí)的反應(yīng)，上凹曲線，不利小于一級(jí)的反應(yīng)，下凹曲線，有利一級(jí)反應(yīng)的情況，線性關(guān)系，無(wú)關(guān)

20十二、外部傳遞過(guò)程與內(nèi)部傳遞過(guò)程內(nèi) 容 外部傳遞過(guò)程 內(nèi)部傳遞過(guò)程

kcn

串-并連過(guò)程kcnDakg

A,b

A,b

RP

A,esDce A,es

cA,es

cA,b

,cP,es

cP,b

cA,is

cA,es

,cP,is

cP,es關(guān)系 Tes

T放熱反應(yīng)b

T Tis

(放熱反應(yīng))效率因子 1

kcnA,b

(1Da)n1

R2 kcnA,es當(dāng)n=1時(shí)， 當(dāng)n=1時(shí)1 1

3(

1)1 1Da

2 th 計(jì)算方法①當(dāng)

①當(dāng)<1, 1，2Da<1, 11

當(dāng)5時(shí)，2

3內(nèi)部阻Da>5,1

1 外部傳力影響嚴(yán)重。Da遞阻力起控制作用。 ②用實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)數(shù)判別②準(zhǔn)數(shù)Da R別1 kac

判2

r2PDc

來(lái)判斷。當(dāng)g Ab e Ab方 斷。當(dāng)準(zhǔn)數(shù)0.1，外部準(zhǔn)數(shù)1，內(nèi)部傳遞阻力法 阻力影響消除

無(wú)影響；當(dāng)準(zhǔn)數(shù)15，內(nèi)部傳遞阻力嚴(yán)重。實(shí)驗(yàn)方法SV不變，改變氣速或保持實(shí)驗(yàn)條件不變，改轉(zhuǎn)速測(cè)定反應(yīng)速率的變催化劑顆粒直徑d ，P變化。 測(cè)定反應(yīng)速率的變化。表觀動(dòng)力學(xué)表觀動(dòng)力學(xué)法,(4~1)kJmoln說(shuō)明外部傳遞阻力起控制作用。En2EE2DE2說(shuō)明內(nèi)部傳遞阻力影響嚴(yán)重。溫度狀態(tài)TT Tes bT maxTad(1cA,es)cA,b改變措施uRekg2雙孔結(jié)構(gòu)，擴(kuò)孔措施等。dp Da1TadTad(H)cA,bcPShARe12Sc13十三、