化學(xué)反應(yīng)工程總結(jié)

“化學(xué)反應(yīng)工程”總結(jié)1一、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(shí)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4．工程思維方法反應(yīng)器型式T操作方式工程因素反應(yīng)結(jié)果r，操作條件C工程問題動力學(xué)問題二、化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)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、分析判斷化學(xué)反應(yīng)速率的工程表示反應(yīng)量反應(yīng)速率＝(反應(yīng)時間)(反應(yīng)區(qū))工業(yè)反應(yīng)動力學(xué)規(guī)律可表示為:rifC(Ci)fT(T)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。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(jì)算活化能E:lnk2E(11)k1RT1T2E-—cal/mol，j/molT——KR=1.987cal/mol。K=8.314j/mol。K“化學(xué)反應(yīng)工程”總結(jié)2三、PFR與CSTR基本方程1.理想間歇：tVRcAfdcAcA0xAfdxAv0cA0(rA)xA0(rA)2.理想PFR:VRcAfdcAcA0xAfdxApv0cA0(rA)xA0(rA)3.CSTR:VRcA0cAcA0xApv(rA)(rA)圖解法τ/cA0τ0xAfxA四、簡單反應(yīng)的計(jì)算n=1,0，2級反應(yīng)特征cAcA0(1xA)濃度、轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)時間關(guān)系式PFR→CSTR，CSTR→PFR基本關(guān)系式PFR(間歇）CSTRpVRcAfdcAVRcA0cAv0cA0(rA)mv(rA)n=0cA0xAkpcA0xAkpn=1kpln1mcA0cA1xAkcAn=2kp11cA0cAcAcA0mkc2A“化學(xué)反應(yīng)工程”總結(jié)3k1五、可逆反應(yīng)Ak2P(rA)k1CAk2CPk1CAk2(CA0CA)(k1k2)(CACAe)xAxA(k1k2)CA0(xAexA)k1CA0CAexAeKCAe1xAe1k22溫度效應(yīng)：3濃度效應(yīng)：(rA)0TeqE2E1Rln[k20xA]k10(1xA)d(rA)ToptE2E10E2k20xAdT]Rln[k10(1xA)E1

TPFR積分式(k1kCA0CAexAe2)tlnCAelnCAxAexACSTR：由基本方程導(dǎo)出“化學(xué)反應(yīng)工程”總結(jié)4六、平行反應(yīng)k1P（主反應(yīng)）Ak2S（副反應(yīng)）rPk1CAn1n，rPrSnk1CA1k2CA2CpfCAfdCACA0CA0CAfCA0CAfrPdCpCpfCA(rA)dCAdCACA0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(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-—對應(yīng)面積=CP~XA曲線--對應(yīng)面積=CP/CA0②最優(yōu)加料方式：p193-194平行反應(yīng)Prpk1CAn1CBm1A+BS

rsk2CAn2CBm2“化學(xué)反應(yīng)工程”總結(jié)5七、串聯(lián)反應(yīng)k1k2APS(rA)k1CArPk1CAk2CPrSk2CP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CP/CA增大的因素對串連反應(yīng)選擇率總是不利的。①串聯(lián)反應(yīng)的計(jì)算PFRCSTRCACA0ek1t物料衡算CPk1CA0(ek1tek2t)k2－k1CA0CACPCS②串聯(lián)反應(yīng)的最優(yōu)反應(yīng)時間、轉(zhuǎn)化率與最大收率PFRCSTRlnk21k1optk1optk2k1k2xopt1ek1optk1optxopt1k1optcp,maxk1k2cp,max1)k2k1max(maxk21cA0k2cA02[()21]k1“化學(xué)反應(yīng)工程”總結(jié)6八、自催化反應(yīng)A＋PP＋P(rA)kCACPCT0CA0CP0(CA)opt22CA0CP0CACPCT0CT0ktlnCA0/CACP0/CP反應(yīng)器組合優(yōu)化九、變分子反應(yīng)①空速SV的物理意義與因次②膨脹率的定義VxA1VxA0AVxA0(ps)(ab)③膨脹因子的物理含義Aa④變分子反應(yīng)中停留時間t與空時τ的大小關(guān)系“化學(xué)反應(yīng)工程”總結(jié)7十、循環(huán)反應(yīng)器的計(jì)算vRRv0CA0RCAfCA1R1VCAfdCA(1R)(rA)v0CA1十一、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（CACP)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t與方差2無因次方差tt7.CSTRf(t)1etF(t)1etttPFRf(t)和F(t)20

2t2t21固相反應(yīng)的計(jì)算cAcA(t)cA0f(t)dt0cA0xAxA(t)f(t)dt0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“化學(xué)反應(yīng)工程”總結(jié)8（3）一級反應(yīng)的情況，線性關(guān)系，無關(guān)十二、外部傳遞過程與內(nèi)部傳遞過程內(nèi)容與反應(yīng)的關(guān)系傳遞準(zhǔn)數(shù)濃度、溫度關(guān)系效率因子計(jì)算方法判別方法實(shí)驗(yàn)方法

外部傳遞過程內(nèi)部傳遞過程串連過程串-并連過程DakcAn,bkcA,esnkgacA,bRPDecA,escA,escA,b,cP,escP,bcA,iscA,es,cP,iscP,esTesTb(放熱反應(yīng))TisTes(放熱反應(yīng))1R(11Da)nRn2kcAn,eskcA,b當(dāng)n=1時,當(dāng)n=1時113111Da2()th①當(dāng)①當(dāng)〈1，21，Da〈1,11當(dāng)5時,23內(nèi)部阻Da〉5，11外部力影響嚴(yán)重。Da傳遞阻力起控制作用。②用實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)數(shù)②準(zhǔn)數(shù)1DaR判2rP2R來判斷。當(dāng)kgacAb2DecAb斷。當(dāng)準(zhǔn)數(shù)0.1，外部準(zhǔn)數(shù)1，內(nèi)部傳遞阻力阻力影響消除。無影響;當(dāng)準(zhǔn)數(shù)15，內(nèi)部傳遞阻力嚴(yán)重。SV不變，改變氣速或保持實(shí)驗(yàn)條件不變，改轉(zhuǎn)速，測定反應(yīng)速率的變催化劑顆粒直徑dP，變化。測定反應(yīng)速率的變化?！盎瘜W(xué)反應(yīng)工程”總結(jié)9表觀動力學(xué)n1,E(4~12)kJn1n法mol2說明外部傳遞阻力起EEDEE22控制作用。說明內(nèi)部傳遞阻力影響嚴(yán)重.溫度狀態(tài)TTesTbTmax10℃Tad(1cA,es)cA,b改變措施增大操作線速度dp2uRekg雙孔結(jié)構(gòu)，擴(kuò)孔措施等。Da1(H)cA,b絕熱溫升TadcP

ShARe12Sc13十三、工程思維方法工程因素T返混反應(yīng)場所反應(yīng)結(jié)果r，外擴(kuò)散C內(nèi)擴(kuò)散工程問題動力學(xué)問題“化學(xué)反應(yīng)工程”總結(jié)10十二、熱