化學(xué)反應(yīng)工程復(fù)習(xí)總結(jié)

--考試文檔---考試文檔-一、緒論研究對(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工程思維方法、化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)類型：簡(jiǎn)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)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：r=f（C）?f（T）iCiTa）濃度效應(yīng) n工程意義是：反應(yīng)速率對(duì)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(duì)溫度變化的敏感程度。已知兩個(gè)溫度下的反應(yīng)速率常數(shù)^可以按下式計(jì)算活化能E：Ik E(1 1ln2=(—)

k RTT1 1 2E——cal/mol，j/mol T——KR=1.987cal/mol.K=8.314j/mol.K[dc=—JAf 」=c\o"CurrentDocument"[dc=—JAf 」=c\o"CurrentDocument"c (—r)A0 AxdxxAf AA0xAQ(—r)A0 AV1.理想間歇：t=*v02.理想PFR：--JCAfdAca0(-少xdx—cxAf A-A0xA。(-r)A0 A3.CSTR：4.Pv匕）(1)圖解法0四、簡(jiǎn)單反應(yīng)的計(jì)算XAf XACanCan=1,0,2級(jí)反應(yīng)特征

c—c(1一x)AA0A濃度、轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)時(shí)間關(guān)系式PFRfCSTR,CSTR-PFR基本關(guān)系式PFR(間歇)CSTRn=0n=1n=2Pv0AfcA0dc A-

(-r)Amvc一c-^A0 A(-r)APc一c_A0 Akc

Ac一c-A0 Akc2k2溫度效應(yīng)：濃度效應(yīng)：TeqE-E

2k2溫度效應(yīng)：濃度效應(yīng)：TeqE-E

2 1 kxrRln[20 a ]k(1-x)d(-r)

A_

dT=0nToptRln[10E-E 2 Ek2 20Ek(1-x)1 10五、可逆反應(yīng)(-r)=kC—kC=kC—k(C —C)A1A2P1A2 A0 A=(k+k)(C-C)1 2AAe=(k+k)C(x-x)1 2 A0 AeAkC-CxK=_L= A0 Ae.=AekC1-x2 Ae AePFR積分式八，、1C-Cxx(k+k)t-InA0Ae=InAe1 2C-Cx-xAAe AeACSTR：由基本方程導(dǎo)出六、平行反應(yīng)P（主反應(yīng)）S（副反應(yīng)）r P—六、平行反應(yīng)P（主反應(yīng)）S（副反應(yīng)）r P—r+rPSkCn1 l^a ,kCn1+kCn21A2AdCpdCAC=fCA-pdC

pfdCpdCAC=fCA-pdC

pfC ACA0P二 P——二—CA0 AP=(P、=C-CC-C(-r)A0Af A0 Af A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：對(duì)應(yīng)面積CP/CA0對(duì)應(yīng)面積=CPB?CA曲線

B?XA曲線②最優(yōu)加料方式：平行反應(yīng)p163-164A+Br=kCn1Cm1p1AB2AB七、串聯(lián)反應(yīng)A ki> P-^2(—r)=kCA1Ar=kC—kCP 1A 2Pr=kC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CJC增大的因素對(duì)串連反應(yīng)選擇率總是不利的。PA①串聯(lián)反應(yīng)的計(jì)算PFRC=Ce-k1tAA0-kC=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CJC增大的因素對(duì)串連反應(yīng)選擇率總是不利的。PA①串聯(lián)反應(yīng)的計(jì)算PFRC=Ce-k1tAA0-kC= 1—C(e-k/—e-k2t)Pk—k A02 1C=C+C+CA0 APSCSTR物料衡算②串聯(lián)反應(yīng)的最優(yōu)反應(yīng)時(shí)間、轉(zhuǎn)化率與最大收率PFRCSTRln4

k

T= Loptk—k2 1x=1—e—k1ToptoptkTx= 1opt—opt1+kt①maxcp,maxcA0k k-=G-L)k2—k1

k21opt人、自催化反應(yīng)(—r)=kCCA AP\II-考試文檔-—— qg(GiNptC也口(C)AoptC―(C)AoptC―TO2TOC\o"1-5"\h\z—A0 P02C+C=C+C=CA0P0AP T0C/CCkt=In—ao aT0 C/CP0 P中間轉(zhuǎn)業(yè)率情況驚髻化率時(shí)全泡釜所部悴莉?yàn)橐尚?，庭轉(zhuǎn)牝事時(shí),平攤潴質(zhì)應(yīng)器所露體就為物小反應(yīng)器組合優(yōu)化九、變分子反應(yīng)①空速5丫的物理意義與因次V—V②膨脹率的定義8= ——M0AV(p+s)一(a+b)③膨脹因子的物理含義b= A a④變分子反應(yīng)中停留時(shí)間1與空時(shí)工的大小關(guān)系十、循環(huán)反應(yīng)器的計(jì)算R=vR

v

0--考試文檔-- . -- . -考試文檔-C+RCC— 40AfA1 1+RV/1T————(1+V0dC A_dC A_(—r)

A.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)器的濃度變化(CJCT)AP.改善措施：分割——橫向分割和縱向分割. f(t)和F(t)含義6.數(shù)學(xué)期望—與方差O2t無(wú)因次方差。；O2―J2t—7.1CSTRf(t)=-etF(t)—1—e-tt。2—1

ePFR f(t)和F(t) 。2—0e8.固相反應(yīng)的計(jì)算-JcA(tlf(t)dtc0cA0 A0x-J"x(t)f(t)dtA0A9.微觀混合對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響(1)大于一級(jí)的反應(yīng)，上凹曲線，不利(2)小于一級(jí)的反應(yīng)，下凹曲線，有利(3)一級(jí)反應(yīng)的情況，線性關(guān)系，無(wú)關(guān)絕熱溫升ATad(—AH)c A,bPcPSh=ARe12Sc13dQdQ g~dQdQ g~<rdTdT

s s十五、熱量傳遞與反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性.定態(tài)條件Q=Q 熱穩(wěn)定條件gr.放熱曲線與移熱曲線，影響因素。多態(tài)一A、B、C點(diǎn)的穩(wěn)定性.最大允許溫差A(yù)T =(T—T)=RT2max cE第二份：優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：1.技術(shù)上是可行的；2.經(jīng)濟(jì)上的合理的；3.生產(chǎn)的安全程度。生產(chǎn)成本中原料費(fèi)用比例大小已成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程先進(jìn)性的重要標(biāo)志。三個(gè)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，連續(xù)操作和半連續(xù)操作。工業(yè)反應(yīng)過(guò)程開發(fā)就其核心問(wèn)題而言，需要解決三方面的問(wèn)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(gè)條件（P26）：1.反應(yīng)系統(tǒng)可以成為均相；2.預(yù)混合過(guò)程的時(shí)間遠(yuǎn)小于反應(yīng)時(shí)間.活化能的工程意義是反應(yīng)速率對(duì)反應(yīng)溫度敏感程度的一種度量?；罨茉酱?，表明反應(yīng)速率對(duì)溫度變化愈敏感，即溫度的變化會(huì)使反應(yīng)反應(yīng)速率發(fā)生較大的變化。（P31）反應(yīng)級(jí)數(shù)的工程意義是表示反應(yīng)速率對(duì)于反應(yīng)物濃度變化的敏感程度。反應(yīng)級(jí)數(shù)的高低并不單獨(dú)決定反應(yīng)速率的大小，但反應(yīng)了反應(yīng)速率對(duì)濃度的敏感程度。級(jí)數(shù)越高，濃度變化對(duì)反應(yīng)速率的影響越大。少34）反應(yīng)器設(shè)計(jì)基本方程：反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基本方程包括反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式。物料衡算方程式、熱量衡算方程式和動(dòng)量衡算方程式。反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式是化學(xué)反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。P59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(jìn)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(dòng)。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)物濃度品,有利于級(jí)數(shù)高的反應(yīng)；反之，降低反應(yīng)物濃度CA,則有利于級(jí)數(shù)低的反應(yīng)?？諘r(shí)、空速和停留時(shí)間:空時(shí)又稱空間時(shí)間，其定義為反應(yīng)器體積VR與流體進(jìn)反應(yīng)器的體積流量v0的比值?？账偈强諘r(shí)的倒數(shù)，其物理意義是單位時(shí)間單位反應(yīng)器體積所能處理進(jìn)口物料的體積。停留時(shí)間指的是反應(yīng)物料從進(jìn)入反應(yīng)器時(shí)算起到離開反應(yīng)器時(shí)為止所經(jīng)歷的時(shí)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。--考試文檔---考試文檔-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(shí)，反應(yīng)系統(tǒng)總物質(zhì)的量的變化。返混：停留時(shí)間不動(dòng)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(shí)間分布的表達(dá)有停留時(shí)間分布密度和停留時(shí)間分布函數(shù)。2停留時(shí)間分布密度，以fa)來(lái)表達(dá)。其定義為，在定常條件下的連續(xù)流動(dòng)系統(tǒng)中，對(duì)于某一瞬間t=0時(shí)流入反應(yīng)器的物料，在反應(yīng)器出口流體物料中停留時(shí)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(shí)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(dòng)系統(tǒng)中，相對(duì)于t=0瞬間流入反應(yīng)器的物料，在反應(yīng)器出口物料流中停留時(shí)間小于t的物料所占的分率。4停留時(shí)間分布的實(shí)驗(yàn)測(cè)定：停留時(shí)間分布通常由實(shí)驗(yàn)測(cè)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(jìn)口，然后在反應(yīng)器出口物料中檢測(cè)示蹤物的信號(hào)，以獲得示蹤物在反應(yīng)器中停留時(shí)間分布規(guī)律的實(shí)驗(yàn)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(jìn)料具有相同或非常接近的流動(dòng)性能，兩者應(yīng)具有盡可能相同的物理性質(zhì)。2.示蹤物要具有易于檢測(cè)的特殊物質(zhì)，而且這種物質(zhì)的檢測(cè)愈靈敏、愈簡(jiǎn)捷，試驗(yàn)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(wú)法進(jìn)行對(duì)示蹤物的物料衡算。4.用于多相系統(tǒng)檢測(cè)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(guò)程的考察方法：在同一個(gè)連續(xù)釜式反應(yīng)器中分別進(jìn)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(duì)象不同；均相反應(yīng)是以反應(yīng)器作為考察對(duì)象，而固相反應(yīng)則以反應(yīng)物料為考察對(duì)象。滴際混合：是指液滴合并、再分散過(guò)程起到了液滴之間的相互混合的作用，稱為滴際混合。擴(kuò)散模型:擴(kuò)散模型是一種適合于返混程度較小的非理想流動(dòng)的流動(dòng)模型。所謂擴(kuò)散模型即是仿照一般的分子擴(kuò)散系數(shù)來(lái)表征反應(yīng)器的質(zhì)量傳遞，用一個(gè)軸向有效擴(kuò)散系數(shù)De來(lái)表征一維的返混。也就是把具有一定返混的流動(dòng)簡(jiǎn)化為在一個(gè)平推流流動(dòng)上疊加一個(gè)軸向的擴(kuò)散。它是基于如下的基本假設(shè)：沿著與流體流動(dòng)方向垂直的每一個(gè)截面上具有均勻的徑向濃度；在每一個(gè)截面上和沿流體流動(dòng)方向，流體速度和擴(kuò)散系數(shù)均為一恒定值物料濃度是流體流動(dòng)距離的連續(xù)函數(shù)。多級(jí)全混流模型多級(jí)全混流模型是假設(shè)一個(gè)實(shí)際設(shè)備中的返混情況等效于若干級(jí)全混釜串聯(lián)式的返混?；瘜W(xué)反應(yīng)工程研究的目的是實(shí)現(xiàn)工業(yè)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的優(yōu)化。所謂優(yōu)化，就是在一定的圍，選擇一組優(yōu)惠的決策變量，使過(guò)程系統(tǒng)對(duì)于確定的目標(biāo)達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。工業(yè)反應(yīng)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)收益是評(píng)價(jià)生產(chǎn)過(guò)程的主要優(yōu)化目標(biāo)。.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(gè)全混流反應(yīng)器，控制在最大速率點(diǎn)處操作，然后接一個(gè)平推流反應(yīng)器，達(dá)到高轉(zhuǎn)化率以充分利用原料。.串聯(lián)反應(yīng)，應(yīng)選擇怎樣的反應(yīng)器？答：返混對(duì)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(jí)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)器反應(yīng)器Cp增大和原料CA減小的措施者不利于串聯(lián)過(guò)程選擇率的提高。）（PFR或間歇反應(yīng)器）.氣固催化反應(yīng)步驟（在多孔性催化劑上進(jìn)行的）P209答：①反應(yīng)物從氣流主體擴(kuò)散到催化劑顆粒外表面②反應(yīng)物從顆粒外表面經(jīng)催化劑的孔擴(kuò)散到顆粒的表面③反應(yīng)物在顆粒表面上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)④反應(yīng)產(chǎn)物從孔深處的孔口逆向擴(kuò)散⑤反應(yīng)產(chǎn)物從催化劑外表面擴(kuò)散打返回氣流主體.三種溫度和三種濃度。P210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）催化劑顆粒表面上的濃度Cis只有當(dāng)外傳遞的阻力降低到很低以至可以忽略不計(jì)時(shí)，上述三個(gè)溫度和濃度才會(huì)趨于一致，即Cb~Ces~Cis;Tb^Tes^Tis..極限反應(yīng)速率和極