反應(yīng)器基礎(chǔ)知識-反應(yīng)器設(shè)計的基本方程

動力學(xué)方程式均相反應(yīng)：本征動力學(xué)方程是反應(yīng)固有動力學(xué)，指排除流動、傳質(zhì)、傳熱等傳遞過程響條件下的

反應(yīng)動力學(xué)，描述化學(xué)反應(yīng)本身的規(guī)律非均相反應(yīng)：宏觀動力學(xué)方程考慮包含了傳質(zhì)、傳熱、傳動等因素的動力學(xué)，是實際測到的動力學(xué)反應(yīng)速率與影響反應(yīng)速率的影響因素之間的函數(shù)表達(dá)式定量描述反應(yīng)速率與影響因素之間的關(guān)系式。反應(yīng)速率定義:某一時刻單位量的反應(yīng)體系中反應(yīng)程度隨時間的變化率?；騿挝粫r間單位體積物料數(shù)量的變化。

注意：1、上述定義無論對反應(yīng)物和產(chǎn)物均成立。若為反應(yīng)物則為消失速度.

若為產(chǎn)物則為生成速度.2、反應(yīng)速率恒為正值3、不同體系：反應(yīng)體系的量所取不同。均相：反應(yīng)體積。非均相：相界面積，催化劑的重量或體積4、速度的表示形式和化學(xué)計量系數(shù)有關(guān)對于5、在復(fù)雜反應(yīng)體系中，即在同一反應(yīng)系統(tǒng)中同時進(jìn)行若干個化學(xué)反應(yīng)時。對于任意組分i，該組分的反應(yīng)速率為它所參加的所有化學(xué)反應(yīng)速率的代數(shù)和：影響因素溫度濃度壓力溶劑催化劑固定速率方程或動力學(xué)方程定量描述反應(yīng)速率和溫度及濃度的關(guān)系式動力學(xué)方程式1、基元反應(yīng)：根據(jù)質(zhì)量作用定律動力學(xué)方程式：

rA

一反應(yīng)速率，kmol/(m3·h)cA

、cB一反應(yīng)物的濃度，kmol/m3νA、νB

一分別為反應(yīng)物A、B的反應(yīng)級數(shù)，反應(yīng)總級數(shù)為

n=νA+νBkc

一以濃度表示的反應(yīng)速率常數(shù)，（kmol/m3）1-n·h-1基本方程基本方程2、非基元反應(yīng)：

可分為幾個基元反應(yīng)，選取其中一個基元反應(yīng)為控制步驟，一般為對反應(yīng)起決定性作用的那一個基元反應(yīng)即反應(yīng)速率最慢那一個基元反應(yīng)，其余各步基元反應(yīng)達(dá)到平衡。然后根據(jù)質(zhì)量作用定律推導(dǎo)出動力學(xué)方程。對氣相反應(yīng)：理想氣體：1、反應(yīng)分子數(shù)和反應(yīng)級數(shù)反應(yīng)分子數(shù)=化學(xué)計量系數(shù)反應(yīng)級數(shù)=νA、νB

=f(機(jī)理）當(dāng)且僅當(dāng)基元反應(yīng)時，反應(yīng)級數(shù)=化學(xué)計量系數(shù)總反應(yīng)級數(shù)n=νA+νB+…

反應(yīng)級數(shù)2、反應(yīng)級數(shù)的意義：表示物料濃度對反應(yīng)速率影響的程度。該值可為”“+”、可為“-”、也可為0。但最高絕對值不大于3

反應(yīng)速率常數(shù)定義：也稱為比速率k=f（T,Catalyst,pressure,粒子強度，溶劑等）影響：線性關(guān)系的斜率為-E/R；活化能越大，溫度對反應(yīng)速率的影響越顯著；k與T的關(guān)系低溫時比高溫時更敏感。反應(yīng)速率常數(shù)對于下列化學(xué)反應(yīng)：初始

nA0nB0nR0ns0某一時刻

nAnBnRns反應(yīng)的量

nA-nA0<0

nB-nB0<0nR-nR0＞0nS-nS0＞0

其中為化學(xué)計量系數(shù)。對反應(yīng)物而言為“－”，對生成物而言為“＋”。

生產(chǎn)中的三率反應(yīng)器計算中常用的幾個物理量1、反應(yīng)程度

根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式可知：生產(chǎn)中的三率定義反應(yīng)程度：

反應(yīng)進(jìn)行到某一時刻，各組分摩爾數(shù)與反應(yīng)程度的關(guān)系為：2、轉(zhuǎn)化率生產(chǎn)中的三率注意：1）關(guān)鍵組分的選擇2）起始量的選擇全程轉(zhuǎn)化率（新鮮物料）單程轉(zhuǎn)化率（反應(yīng)器入口）轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)程度的關(guān)系：某一時刻摩爾數(shù)與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系：初始：nA0nB0nR0ns0某一時刻nAnBnRns3、膨脹因子和膨脹率恒容過程：液相反應(yīng)一般認(rèn)為是恒容（密度不變）氣相反應(yīng)反應(yīng)前后的摩爾數(shù)不變特性：V＝V0

nt0=∑ni0=nA0+nB0+nR0+ns0

nt=∑ni=nA+nB+nR+ns

變?nèi)葸^程：生產(chǎn)中的三率3、膨脹因子和膨脹率生產(chǎn)中的三率膨脹因子：

A>0摩爾數(shù)↑的反應(yīng)

A<0摩爾數(shù)↓的反應(yīng)。

A=0等分子反應(yīng)物理意義:關(guān)鍵組分A消耗1mol時,引起整個物系摩爾數(shù)的變化量.3、膨脹因子和膨脹率此時：則：生產(chǎn)中的三率3、膨脹因子和膨脹率膨脹率：當(dāng)物系體積隨轉(zhuǎn)化率變化呈線性關(guān)系物理意義：反應(yīng)物全部轉(zhuǎn)化后系統(tǒng)體積的變化率兩者關(guān)系：

A=yA0

A

濃度變化關(guān)系：生產(chǎn)中的三率4、收率和產(chǎn)率收率：指通入反應(yīng)器的原料量中有多少生成了目的產(chǎn)品。產(chǎn)率：是指參加反應(yīng)的原料量中有多少生成了目的產(chǎn)品。也稱選擇性。三率的關(guān)系為：生產(chǎn)中的三率生產(chǎn)中常用的幾個概念1、反應(yīng)持續(xù)時間

反應(yīng)持續(xù)時間也叫反應(yīng)時間，主要用于間歇反應(yīng)器。指反應(yīng)物料進(jìn)行反應(yīng)達(dá)到所要求的轉(zhuǎn)化率所需要的時間。不包括裝料、卸料、升溫等非生產(chǎn)時間。2、停留時間

停留時間又稱接觸時間，主要用于連續(xù)流動反應(yīng)器，指流體微元從進(jìn)入反應(yīng)器到離開反應(yīng)器所經(jīng)歷的時間。停留時間分布、平均停留時間。3、空間時間反應(yīng)器的有效容積VR與流體特征體積流率V0即在反應(yīng)器入口條件下及轉(zhuǎn)化率為零時的體積流率的比值4、空間速度空速指單位有效反應(yīng)器容積所能處理的反應(yīng)混合物料的標(biāo)準(zhǔn)體積流率。

兩者關(guān)系：生產(chǎn)中常用的幾個概念熱量衡算衡算范圍：衡算對象：衡算原則：衡算方程：衡算意義：T=?(t，位置）微元時間內(nèi)進(jìn)入微元時間內(nèi)離開微元時間微元微元時間微元微元時間微微元體積的物料－微元體積的物料十體積內(nèi)反應(yīng)過程十體積內(nèi)和外界＝元體積內(nèi)熱帶入的熱量帶出的熱量的熱效應(yīng)的熱交換量量的累積量單位時間單位體積．單位：kJ/s體系內(nèi)所有物質(zhì)能量守恒注意事項衡算范圍在所選的范圍內(nèi)，操作條件不變。熱效應(yīng)若為放熱反應(yīng)和外界的熱交換量前符號為“-”若為吸熱反應(yīng)和外界的熱交換量前符號為“+”操作方式

連續(xù)操作:累積量（物料、熱量）＝０間歇操作:進(jìn)入和離開的組分量（熱量）=0絕熱操作:和外界的熱交換量＝０操作方式物料衡算熱量衡算動力學(xué)方程式基本方程反應(yīng)器設(shè)計基本方程式反應(yīng)器的設(shè)計計算反應(yīng)器的校核計算工藝設(shè)計物料衡算衡算范圍：衡算對象：衡算原則：衡算方程：衡算意義：ＣA=?(t，位置）

微元時間內(nèi)微元時間內(nèi)微元時間微元微元時間微進(jìn)人微元體積－離開微元體積+體積內(nèi)變化的=元體積內(nèi)關(guān)鍵組分量關(guān)鍵組分量關(guān)鍵組分量關(guān)鍵組分的累積量某一物質(zhì)物料