化學(xué)反應(yīng)工程教案6化工13胡江良

1、化學(xué)反響工程 課程教案課次6課時(shí)2課 型請(qǐng)打理論課 討論課 實(shí)驗(yàn)課 習(xí)題課 其他授課題目教學(xué)章、節(jié)或主題：第2章 復(fù)合反響及反響器選型2.2 自催化反響特性及反響器選型教學(xué)目的、要求分掌握、熟悉、了解三個(gè)層次：1. 熟悉自催化反響與可逆反響的特點(diǎn)；2. 了解自催化與可逆反響反響器的選擇；3. 了解自催化與可逆反響反響器類型；教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)：重點(diǎn)：自催化反響與可逆反響的特點(diǎn)。難點(diǎn)：自催化反響與可逆反響反響器的選擇。教 學(xué) 基 本 內(nèi) 容方法及手段第2章 復(fù)合反響及反響器選型2.2 自催化反響特性及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(duì)該反響過程起催化作用，加速該反響過程

2、的進(jìn)展。n 特點(diǎn)：反響產(chǎn)物中含有對(duì)此反響有催化作用的組分。 因此，常在反響開場(chǎng)時(shí)參加少量有催化作用的產(chǎn)物。n A組分的消耗速率為：n 在整個(gè)反響過程中，A組分被反響掉了，但是生成了等量的P組分，那么A及P的總摩爾數(shù)是恒定的，即： 最大反響速率對(duì)應(yīng)的反響物濃度極值原理：n 在反響初期，盡管反響物的濃度較高，但是由于產(chǎn)物的濃度很低，所有總反響速率不大；n 隨著反響的進(jìn)展，產(chǎn)物濃度增加，反響物濃度雖然降低，但是其值仍然較大，因此，反響速率將是增加的。n 當(dāng)反響進(jìn)展到某一時(shí)刻時(shí)，反響物濃度的降低對(duì)反響速率的影響超過了產(chǎn)物濃度增加對(duì)反響速率的影響，反響速率開場(chǎng)下降。n 1、PFR/CSTR但應(yīng)注意，自催

3、化反響要求進(jìn)料中必須保證一些產(chǎn)物，否那么PFR是不適宜的，此時(shí)應(yīng)采用循環(huán)反響器。n 2、循環(huán)反響器n 通過調(diào)節(jié)循環(huán)比，可以改變反響器流動(dòng)性能，對(duì)于一定的反響，可以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總體積最小，在這組反響器中，反響大局部控制在最高速率點(diǎn)或接近最高速率點(diǎn)進(jìn)展。 可以使用一個(gè)CSTR，它可以不必經(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)化率，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串聯(lián)別離裝置，即在最

4、高速率下操作的CSTR的流出物流，經(jīng)過一個(gè)別離器后，將產(chǎn)物別離，反響物又返回反響器繼續(xù)反響。n 工業(yè)條件下，正、逆反響均以顯著速率進(jìn)展的反響，例如合成氨反響：n 設(shè)可逆反響：n 1分解：n 反響1正反響： n 反響2逆反響：n 2求與：n 總反響速率應(yīng)為正逆反響速率之差： n 總反響速率應(yīng)為正逆反響速率之差： n 其中任意組分的生成速率為：n A組分的生成速率：n 平衡時(shí)： n 平衡溫度及轉(zhuǎn)化率關(guān)系：n 可逆反響過程的特點(diǎn)：n 1、關(guān)鍵組分轉(zhuǎn)化率對(duì)反響速率的影響：n 當(dāng)溫度恒定時(shí)：n 隨關(guān)鍵組分轉(zhuǎn)化率 的增加，n 正反響速率 將隨之下降；n 而逆反響速率 將隨之上升；n 總反響速率 將隨之下降

5、，用數(shù)學(xué)表達(dá)為：n 2、溫度對(duì)反響速率的影響 n 1不可逆反響n 對(duì)于單一反響過程：n 當(dāng)溫度升高時(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，催化劑活性溫度與耐熱溫度，副反響。n 2可逆反響：n 根據(jù)Arrhenius方程，有：n A、可逆吸熱反響：n 對(duì)于可逆吸熱反響而言，隨溫度的升高，總的反響速率提高。n 因此，對(duì)于可逆吸熱反響，也應(yīng)盡可能在較高溫度下進(jìn)展，這樣既有利于提高平衡轉(zhuǎn)化率，又可提高反響速率。但同時(shí)，也應(yīng)考慮一些因素的限制。n 例如：天然氣的蒸汽轉(zhuǎn)化反響 ，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)化率，但考慮到設(shè)備材質(zhì)等條

6、件限制，一般轉(zhuǎn)化爐內(nèi)溫度小于800-850。等速曲線：曲線上所有點(diǎn)的反響速率相等 ；平衡曲線 ： 的曲線 ；平衡轉(zhuǎn)化率.位于平衡曲線下方的其他曲線為非零的等速曲線，其反響速率大小依次是那么：假設(shè)反響溫度一定，那么反響速率隨轉(zhuǎn)化率增加而下降；假設(shè)轉(zhuǎn)化率一定，那么反響速率隨溫度升高而增加。 n B、可逆放熱反響： 當(dāng)溫度較低時(shí)，反響凈速率隨溫度升高而加快，到達(dá)某一極值后，隨著溫度的繼續(xù)升高，凈反響速率反而下降。這是因?yàn)楫?dāng)溫度較低的時(shí)候，過程遠(yuǎn)離平衡，動(dòng)力學(xué)影響是主要矛盾，其斜率 ；但在高溫的時(shí)候，平衡常 數(shù)下降，對(duì)反響速率的影響明顯起來，隨著溫度的繼續(xù)升高，平衡影響成為主要矛盾，其斜率 。曲線的極

7、大點(diǎn)，斜率為0，即： 。反響器選型1、關(guān)鍵組分轉(zhuǎn)化率對(duì)反響速率的影響：當(dāng)溫度恒定時(shí)：隨關(guān)鍵組分轉(zhuǎn)化率 的增加，正反響速率 將隨之下降；而逆反響速率 將隨之上升；總反響速率 將隨之下降，用數(shù)學(xué)表達(dá)為：隨著反響的進(jìn)展，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)選用PFR。n 2、溫度對(duì)反響速率的影響n 1可逆吸熱反響：對(duì)于可逆吸熱反響而言，隨溫度的升高，總的反響速率提高。因此，對(duì)于可逆吸熱反響，應(yīng)盡可能在較高溫度下進(jìn)展，這樣既有利于提高平衡轉(zhuǎn)化率，又可提高反響速率。但同時(shí)，也應(yīng)考慮一些因素的限制。2可逆放熱反響：如果反響過程沿著或接近最正確溫度曲線進(jìn)展時(shí)，所需要的反響器體積最小，但這在工業(yè)上實(shí)施是有難度的，通常選擇CSTR串聯(lián)組，使每一釜的溫度與濃度都在最正確溫度曲線上。講解作業(yè)、討論題、思考題：名詞解釋：參考資料含參考書、文獻(xiàn)