化學(xué)反應(yīng)工程復(fù)習(xí)+公式指導(dǎo)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上化學(xué)反應(yīng)工程復(fù)習(xí)總結(jié)一、知識點1.化學(xué)反應(yīng)工程的研究對象與目的，研究內(nèi)容?；瘜W(xué)反應(yīng)工程的優(yōu)化的技術(shù)指標(biāo)。2.化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)轉(zhuǎn)化率、收率與選擇性的概念。反應(yīng)速率的溫度效應(yīng)和活化能的意義。反應(yīng)速率的濃度效應(yīng)和級數(shù)的意義。3.理想反應(yīng)器與典型反應(yīng)特征理想反應(yīng)器的含義。等溫間歇反應(yīng)器的基本方程。簡單不可逆反應(yīng)和自催化反應(yīng)的特征和計算方法?？赡娣磻?yīng)、平行反應(yīng)和串聯(lián)反應(yīng)的動力學(xué)特征和計算方法。4.理想管式反應(yīng)器管式平推流反應(yīng)器的基本方程典型反應(yīng)的計算。停留時間、空時和空速的概念。膨脹因子和膨脹率的概念。5.連續(xù)流動釜式反應(yīng)器全混流模型的意義。全混流反應(yīng)器的基本方程全混流反應(yīng)器的計

2、算。循環(huán)反應(yīng)器的特征與計算方法。返混的概念、起因、返混造成的后果。返混對各種典型反應(yīng)的利弊及限制返混的措施。6.停留時間分布與非理想流動停留時間分布的意義，停留時間分布的測定方法?；钊骱腿炝魍Ａ魰r間分布表達(dá)式，固相反應(yīng)的計算方法。多釜串聯(lián)模型的基本思想，模型參數(shù)微觀混合對反應(yīng)結(jié)果的影響。7.反應(yīng)器選型與操作方式簡單反應(yīng)、自催化和可逆反應(yīng)的濃度效應(yīng)特征與優(yōu)化。平行反應(yīng)、串聯(lián)反應(yīng)的濃度效應(yīng)特征與優(yōu)化。反應(yīng)器的操作方式、加料方式。 8氣固催化反應(yīng)中的傳遞現(xiàn)象催化劑外部傳遞過程分析，極限反應(yīng)速率與極限傳遞速率。Da和外部效率因子的定義及相互關(guān)系。流速對外部傳遞過程的影響。催化劑內(nèi)部傳遞過程分析，和

3、內(nèi)部效率因子的定義及相互關(guān)系。擴散對表觀反應(yīng)級數(shù)及表觀活化能的影響。一級反應(yīng)內(nèi)外效率因子的計算。內(nèi)外傳遞阻力的消除方法。9.熱量傳遞與反應(yīng)器熱穩(wěn)定性定態(tài)、熱穩(wěn)定性、臨界著火溫度、臨界熄火溫度的概念。催化劑顆粒熱穩(wěn)定性條件和多態(tài)特性。全混流反應(yīng)器、管式固定床反應(yīng)器熱穩(wěn)定條件。最大允許溫差。絕熱式反應(yīng)器中可逆放熱反應(yīng)的最優(yōu)溫度分布。專心-專注-專業(yè)二、具體內(nèi)容解析一、 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

4、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

5、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)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)

6、（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

7、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)絕熱溫升十五、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，影響因素。多態(tài)A、B、C點的穩(wěn)定性3. 最大允許溫差 三、名詞解釋優(yōu)化的經(jīng)濟指標(biāo)：1.技術(shù)上是可行的；2.經(jīng)濟上的合理的；3.生產(chǎn)的安全程度。生產(chǎn)成本中原料費用比例大小已成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程先進性的重要標(biāo)志。三個決策變量：1.結(jié)構(gòu)變量；2.操作方式。3.工藝條件。反應(yīng)器的操作方式按其操作連續(xù)性可以分為間歇操作

8、，連續(xù)操作和半連續(xù)操作。工業(yè)反應(yīng)過程開發(fā)就其核心問題而言，需要解決三方面的問題；1.反應(yīng)器的合理選型；2.反應(yīng)器操作的優(yōu)選條件；3.反應(yīng)器的工程放大。均相反應(yīng)應(yīng)當(dāng)滿足的兩個條件：1.反應(yīng)系統(tǒng)可以成為均相；2.預(yù)混合過程的時間遠(yuǎn)小于反應(yīng)時間.活化能的工程意義是反應(yīng)速率對反應(yīng)溫度敏感程度的一種度量。活化能越大，表明反應(yīng)速率對溫度變化愈敏感，即溫度的變化會使反應(yīng)反應(yīng)速率發(fā)生較大的變化。反應(yīng)級數(shù)的工程意義是表示反應(yīng)速率對于反應(yīng)物濃度變化的敏感程度。反應(yīng)級數(shù)的高低并不單獨決定反應(yīng)速率的大小，但反應(yīng)了反應(yīng)速率對濃度的敏感程度。級數(shù)越高，濃度變化對反應(yīng)速率的影響越大。（P34）反應(yīng)器設(shè)計基本方程：反應(yīng)器設(shè)計

9、的基本方程包括反應(yīng)動力學(xué)方程式。物料衡算方程式、熱量衡算方程式和動量衡算方程式。反應(yīng)動力學(xué)方程式是化學(xué)反應(yīng)器設(shè)計的基礎(chǔ)。自催化反應(yīng)指的是反應(yīng)產(chǎn)物本身具有催化作用，能加速反應(yīng)的進行。自催化反應(yīng)的特性是自催化反應(yīng)必須加入微量產(chǎn)物才能啟動。平行反應(yīng)選擇率的溫度效應(yīng)是：提高溫度有利于活化能高的反應(yīng)；反之，降低溫度則有利于活化能低的反應(yīng)。平行反應(yīng)選擇率與反應(yīng)物濃度的關(guān)系：提高反應(yīng)物濃度CA,有利于級數(shù)高的反應(yīng)；反之，降低反應(yīng)物濃度CA,則有利于級數(shù)低的反應(yīng)?？諘r、空速和停留時間:空時又稱空間時間，其定義為反應(yīng)器體積VR與流體進反應(yīng)器的體積流量v0的比值?？账偈强諘r的倒數(shù)，其物理意義是單位時間單位反應(yīng)器體

10、積所能處理進口物料的體積。停留時間指的是反應(yīng)物料從進入反應(yīng)器時算起到離開反應(yīng)器時為止所經(jīng)歷的時間。表征反應(yīng)前后分子數(shù)變化程度的方法有膨脹率法和膨脹因子法。膨脹率的定義：是反應(yīng)組分A全部轉(zhuǎn)化后系統(tǒng)體積變化的分率。膨脹因子：是原料A消耗1摩爾時，反應(yīng)系統(tǒng)總物質(zhì)的量的變化。返混：停留時間不動的物料之間的混合，稱為逆向混合或返混。返混的原因：1.設(shè)備中存在不同尺度的環(huán)流；2.不均勻的速度分布。主要措施是分割。1停留時間分布的表達(dá)有停留時間分布密度和停留時間分布函數(shù)。2停留時間分布密度，以f（x）來表達(dá)。其定義為，在定常條件下的連續(xù)流動系統(tǒng)中，對于某一瞬間t=0時流入反應(yīng)器的物料，在反應(yīng)器出口流體物料中

11、停留時間介于t與t+dt之間的物料所占的分率應(yīng)為f（t）dt。3停留時間分布函數(shù)，以F(t)表示。其定義為，在定常態(tài)下的連續(xù)流動系統(tǒng)中，相對于t=0瞬間流入反應(yīng)器內(nèi)的物料，在反應(yīng)器出口物料流中停留時間小于t的物料所占的分率。4停留時間分布的實驗測定：停留時間分布通常由實驗測定，主要方法是應(yīng)答技術(shù)，即用一定的方法將示蹤物加入反應(yīng)器進口，然后在反應(yīng)器出口物料中檢測示蹤物的信號，以獲得示蹤物在反應(yīng)器中停留時間分布規(guī)律的實驗數(shù)據(jù)。5示蹤物的輸入方法有階躍注入法、脈沖注入法及周期輸入法等。6示蹤物的基本要求：1.示蹤物必須與進料具有相同或非常接近的流動性能，兩者應(yīng)具有盡可能相同的物理性質(zhì)。2.示蹤物要具

12、有易于檢測的特殊物質(zhì)，而且這種物質(zhì)的檢測愈靈敏、愈簡捷，試驗結(jié)果就越精確。3.示蹤物不能與反應(yīng)物料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或被吸附，否則就無法進行對示蹤物的物料衡算。4.用于多相系統(tǒng)檢測的示蹤物不發(fā)生由一相轉(zhuǎn)移到另一相的情況。連續(xù)反應(yīng)過程的考察方法：在同一個連續(xù)釜式反應(yīng)器中分別進行均相反應(yīng)和固相反應(yīng)采用的是完全不同的兩種分析方法。兩種方法的根本區(qū)別在于考察的對象不同；均相反應(yīng)是以反應(yīng)器作為考察對象，而固相反應(yīng)則以反應(yīng)物料為考察對象。滴際混合：是指液滴合并、再分散過程起到了液滴之間的相互混合的作用，稱為滴際混合。擴散模型:擴散模型是一種適合于返混程度較小的非理想流動的流動模型。所謂擴散模型即是仿照一般的分子

13、擴散系數(shù)來表征反應(yīng)器內(nèi)的質(zhì)量傳遞，用一個軸向有效擴散系數(shù)De來表征一維的返混。也就是把具有一定返混的流動簡化為在一個平推流流動上疊加一個軸向的擴散。它是基于如下的基本假設(shè)：1. 沿著與流體流動方向垂直的每一個截面上具有均勻的徑向濃度；2. 在每一個截面上和沿流體流動方向，流體速度和擴散系數(shù)均為一恒定值3. 物料濃度是流體流動距離的連續(xù)函數(shù)。多級全混流模型多級全混流模型是假設(shè)一個實際設(shè)備中的返混情況等效于若干級全混釜串聯(lián)式的返混。化學(xué)反應(yīng)工程研究的目的是實現(xiàn)工業(yè)化學(xué)反應(yīng)過程的優(yōu)化。所謂優(yōu)化，就是在一定的范圍內(nèi)，選擇一組優(yōu)惠的決策變量，使過程系統(tǒng)對于確定的目標(biāo)達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。工業(yè)反應(yīng)過程的經(jīng)濟收益是

14、評價生產(chǎn)過程的主要優(yōu)化目標(biāo)。1.自催化反應(yīng)的優(yōu)組合 (CSTR+PFR)答：最優(yōu)反應(yīng)器組合是先用一個全混流反應(yīng)器，控制在最大速率點處操作，然后接一個平推流反應(yīng)器，達(dá)到高轉(zhuǎn)化率以充分利用原料。2.串聯(lián)反應(yīng)，應(yīng)選擇怎樣的反應(yīng)器？答：返混對于串聯(lián)反應(yīng)工程的選擇率是不利因素，因而平推流反應(yīng)器或多級串聯(lián)全混流反應(yīng)器的選擇率總是優(yōu)于全混流反應(yīng)器。（任何使反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)器Cp增大和原料CA減小的措施者不利于串聯(lián)過程選擇率的提高。）（PFR或間歇反應(yīng)器）1.氣固催化反應(yīng)步驟（在多孔性催化劑上進行的）答：反應(yīng)物從氣流主體擴散到催化劑顆粒外表面反應(yīng)物從顆粒外表面經(jīng)催化劑的內(nèi)孔擴散到顆粒的內(nèi)表面反應(yīng)物在顆粒內(nèi)表面上進

15、行化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)物從內(nèi)孔深處的孔口逆向擴散反應(yīng)產(chǎn)物從催化劑外表面擴散打返回氣流主體2.三種溫度和三種濃度。答：三種溫度：（1）流體主體的溫度Tb；（2）催化劑顆粒外表面上溫度Tes；（3）催化劑顆粒內(nèi)表面上的溫度Tis三種濃度：（1）流體主體中的濃度Cb;(2)催化劑顆粒外表面上濃度Ces；（3）催化劑顆粒內(nèi)表面上的濃度Cis只有當(dāng)內(nèi)外傳遞的阻力降低到很低以至可以忽略不計時，上述三個溫度和濃度才會趨于一致，即CbCesCis; TbTesTis.3.極限反應(yīng)速率和極限傳質(zhì)速率。答：（1） 為極限反應(yīng)速率。其物理意義是傳質(zhì)過程影響可以忽略不計時的反應(yīng)速率，是氣固催化反應(yīng)是所能達(dá)到的最大的可能反應(yīng)速率。 （2）Nlim=kgaCb Nlim為極限傳質(zhì)速率 顆粒外部傳質(zhì)速率： 在氣流主體濃度Cb恒定條件下，當(dāng)Ces趨于0時，傳質(zhì)速率趨于它的極限值Nlim。4.達(dá)姆克勒準(zhǔn)數(shù)的物理意義：極限反應(yīng)速率與極限傳質(zhì)速率之比。5.準(zhǔn)數(shù)（西勒準(zhǔn)數(shù)）是表征內(nèi)擴散過程對化學(xué)反應(yīng)影響的一個重要參數(shù)，其物理意義： 值大，意味著極限反應(yīng)速率大于極限顆粒內(nèi)擴散速率，內(nèi)