化學反應工程復習+公式指導

1、 化學反應工程復習總結(jié)一、知識點1.化學反應工程的研究對象與目的，研究容?；瘜W反應工程的優(yōu)化的技術指標。2.化學反應動力學轉(zhuǎn)化率、收率與選擇性的概念。反應速率的溫度效應和活化能的意義。反應速率的濃度效應和級數(shù)的意義。3.理想反應器與典型反應特征理想反應器的含義。等溫間歇反應器的基本方程。簡單不可逆反應和自催化反應的特征和計算方法?？赡娣磻⑵叫蟹磻痛?lián)反應的動力學特征和計算方法。4.理想管式反應器管式平推流反應器的基本方程典型反應的計算。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)流動釜式反應器全混流模型的意義。全混流反應器的基本方程全混流反應器的計算。循環(huán)反應器的特征與計算

2、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間分布表達式，固相反應的計算方法。多釜串聯(lián)模型的基本思想，模型參數(shù)微觀混合對反應結(jié)果的影響。7.反應器選型與操作方式簡單反應、自催化和可逆反應的濃度效應特征與優(yōu)化。平行反應、串聯(lián)反應的濃度效應特征與優(yōu)化。反應器的操作方式、加料方式。8氣固催化反應中的傳遞現(xiàn)象催化劑外部傳遞過程分析，極限反應速率與極限傳遞速率。Da和外部效率因子的定義及相互關系。流速對外部傳遞過程的影響。催化劑部傳遞過程分析，和部效率因子的定義及相互關系。擴

3、散對表觀反應級數(shù)及表觀活化能的影響。一級反應外效率因子的計算。外傳遞阻力的消除方法。9.熱量傳遞與反應器熱穩(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。全混流反應器、管式固定床反應器熱穩(wěn)定條件。最大允許溫差。絕熱式反應器中可逆放熱反應的最優(yōu)溫度分布。20 / 20二、具體容解析一、 緒論1 研究對象是工業(yè)反應過程或工業(yè)反應器研究目的是實現(xiàn)工業(yè)反應過程的優(yōu)化2 決策變量：反應器結(jié)構、操作方式、工藝條件3 優(yōu)化指標技術指標：反應速率、選擇性、能耗掌握轉(zhuǎn)化率、收率與選擇性的概念反應器型式操作方式操作條件工程因素TC反應結(jié)果r，b工程問題動力學問題4 工程思

4、維方法二、化學反應動力學1. 反應類型：簡單反應、自催化、可逆、平行、串聯(lián)反應基本特征、分析判斷2. 化學反應速率的工程表示3. 工業(yè)反應動力學規(guī)律可表示為：a) 濃度效應n 工程意義是：反應速率對濃度變化的敏感程度。b) 溫度效應E工程意義是：反應速率對溫度變化的敏感程度。已知兩個溫度下的反應速率常數(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、簡單反應的計算n=1,0,2級反應特征濃度、轉(zhuǎn)化

5、率、反應時間關系式PFRCSTR，CSTRPFR基本關系式PFR（間歇）CSTRn=0n=1n=2五、可逆反應 A Pk1k2123TxAT溫度效應：濃度效應：PFR積分式CSTR：由基本方程導出六、平行反應P（主反應）k1S（副反應）k2A， 溫度效應：溫度升高有利于活化能大的反應濃度效應：濃度升高有利于級數(shù)大的反應計算：由基本方程PFR、CSTR推出反應器選型與組合優(yōu)化：CA曲線對應面積=CPXA曲線對應面積=CP/CA0最優(yōu)加料方式：p163-164平行反應 P A+B S 七、串聯(lián)反應k1k2A P S溫度效應：溫度升高有利于活化能大的反應（同平行反應）濃度效應：凡是使增大的因素對串連

6、反應選擇率總是不利的。串聯(lián)反應的計算PFRCSTR物料衡算 串聯(lián)反應的最優(yōu)反應時間、轉(zhuǎn)化率與最大收率 PFRCSTR 八、自催化反應AP PP反應器組合優(yōu)化九、變分子反應空速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中停留時間t與空時的大小關系十、循環(huán)反應器的計算十一、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：反應器的濃度變化（）4. 改善措施：分割橫向分割和縱向分割5. 和含義6. 數(shù)學期望與方差無因次方差7. CSTRPFR 和8. 固相反應的計算

7、9. 微觀混合對反應結(jié)果的影響(1) 大于一級的反應，上凹曲線，不利(2) 小于一級的反應，下凹曲線，有利(3) 一級反應的情況，線性關系，無關絕熱溫升十五、熱量傳遞與反應器的熱穩(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：1.技術上是可行的；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志。三個決策變量：1.結(jié)構變量；2.操作方式。3.工藝條件。反應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)反應過程開發(fā)就其核心問題而

8、言，需要解決三方面的問題；1.反應器的合理選型；2.反應器操作的優(yōu)選條件；3.反應器的工程放大。均相反應應當滿足的兩個條件：1.反應系統(tǒng)可以成為均相；2.預混合過程的時間遠小于反應時間.活化能的工程意義是反應速率對反應溫度敏感程度的一種度量。活化能越大，表明反應速率對溫度變化愈敏感，即溫度的變化會使反應反應速率發(fā)生較大的變化。反應級數(shù)的工程意義是表示反應速率對于反應物濃度變化的敏感程度。反應級數(shù)的高低并不單獨決定反應速率的大小，但反應了反應速率對濃度的敏感程度。級數(shù)越高，濃度變化對反應速率的影響越大。（P34）反應器設計基本方程：反應器設計的基本方程包括反應動力學方程式。物料衡算方程式、熱量衡

9、算方程式和動量衡算方程式。反應動力學方程式是化學反應器設計的基礎。自催化反應指的是反應產(chǎn)物本身具有催化作用，能加速反應的進行。自催化反應的特性是自催化反應必須加入微量產(chǎn)物才能啟動。平行反應選擇率的溫度效應是：提高溫度有利于活化能高的反應；反之，降低溫度則有利于活化能低的反應。平行反應選擇率與反應物濃度的關系：提高反應物濃度CA,有利于級數(shù)高的反應；反之，降低反應物濃度CA,則有利于級數(shù)低的反應?？諘r、空速和停留時間:空時又稱空間時間，其定義為反應器體積VR與流體進反應器的體積流量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器體積所能處理進口物料的體積。停留時間指的是反應物料從進入

10、反應器時算起到離開反應器時為止所經(jīng)歷的時間。表征反應前后分子數(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。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時流入反應器的物料，在反應器出口流體物料中停留時間介于t與t+dt之間的物料所占的分率應為f（t

11、）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瞬間流入反應器的物料，在反應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，主要方法是應答技術，即用一定的方法將示蹤物加入反應器進口，然后在反應器出口物料中檢測示蹤物的信號，以獲得示蹤物在反應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，兩者應具有盡可能相同的物理性質(zhì)。2.示蹤物要具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，

12、試驗結(jié)果就越精確。3.示蹤物不能與反應物料發(fā)生化學反應或被吸附，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)反應過程的考察方法：在同一個連續(xù)釜式反應器中分別進行均相反應和固相反應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；均相反應是以反應器作為考察對象，而固相反應則以反應物料為考察對象。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擴散系數(shù)來表征反應器的質(zhì)量傳遞，用一個軸向有效擴散系數(shù)D

13、e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：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一個實際設備中的返混情況等效于若干級全混釜串聯(lián)式的返混?；瘜W反應工程研究的目的是實現(xiàn)工業(yè)化學反應過程的優(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，使過程系統(tǒng)對于確定的目標達到最優(yōu)狀態(tài)。工業(yè)反應過程的經(jīng)濟收益是評價生產(chǎn)過程的主要優(yōu)化目標。1.自催化反應的優(yōu)組合 (CSTR

14、+PFR)答：最優(yōu)反應器組合是先用一個全混流反應器，控制在最大速率點處操作，然后接一個平推流反應器，達到高轉(zhuǎn)化率以充分利用原料。2.串聯(lián)反應，應選擇怎樣的反應器？答：返混對于串聯(lián)反應工程的選擇率是不利因素，因而平推流反應器或多級串聯(lián)全混流反應器的選擇率總是優(yōu)于全混流反應器。（任何使反應器反應器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或間歇反應器）1.氣固催化反應步驟（在多孔性催化劑上進行的）答：反應物從氣流主體擴散到催化劑顆粒外表面反應物從顆粒外表面經(jīng)催化劑的孔擴散到顆粒的表面反應物在顆粒表面上進行化學反應反應產(chǎn)物從孔深處的孔口逆向擴散反應產(chǎn)物從催化劑外表面擴散打返

15、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.極限反應速率和極限傳質(zhì)速率。答：（1）為極限反應速率。其物理意義是傳質(zhì)過程影響可以忽略不計時的反應速率，是氣固催化反應是所能達到的最大的可能反應速率。 （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Ces趨于0時，傳質(zhì)速率趨于它的極限值Nlim。4.達姆克勒準數(shù)的物理意義：極限反應速率與極限傳質(zhì)速率之比。5.準數(shù)（西勒準數(shù)）是表征擴散過程對化學反應影響的一個重要參數(shù)，其物理意義：值大，意味著極限反應速率大于極限顆粒擴散速率，擴