李紹芬主編反應(yīng)工程知識(shí)點(diǎn)

1、反應(yīng)工程知識(shí)點(diǎn)第1章 緒論1. 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)主要研究化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的機(jī)理和速率。2. 反應(yīng)工程一般是按反應(yīng)物系的相態(tài)來(lái)分類(lèi)，將化學(xué)反應(yīng)分為均相反應(yīng)和多相反應(yīng)兩大類(lèi)。3. 根據(jù)反應(yīng)過(guò)程是否使用催化劑，將化學(xué)反應(yīng)分為催化反應(yīng)和非催化反應(yīng)兩大類(lèi)。4. 反應(yīng)進(jìn)度是指任何反應(yīng)組分的反應(yīng)量與其化學(xué)計(jì)量系數(shù)之比，反應(yīng)進(jìn)度永遠(yuǎn)為正值。5. 轉(zhuǎn)化率是針對(duì)反應(yīng)物而言的，收率則是對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物而言，轉(zhuǎn)化率、收率和選擇性三者的關(guān)系：SX。6. 化學(xué)反應(yīng)工程的主要研究對(duì)象是工業(yè)反應(yīng)器，反應(yīng)器設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容是確定反應(yīng)體積，反應(yīng)器設(shè)計(jì)最基本的內(nèi)容是：選擇合適的反應(yīng)器型式；確定最佳的操作條件；確定反應(yīng)體積。7. 工業(yè)反應(yīng)器放大主要方

2、法是逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)放大法和數(shù)學(xué)模型法。8. 反應(yīng)器類(lèi)型可以搞看圖填寫(xiě)。9. 工業(yè)反應(yīng)器有三種操作方式：間歇操作；連續(xù)操作；半間歇（或半連續(xù)操作）。第2章 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)1.反應(yīng)速率是指單位時(shí)間內(nèi)單位體積反應(yīng)物系中某一反應(yīng)組分的反應(yīng)量。2.以反應(yīng)為例，其反應(yīng)速率的表達(dá)式是或或，用反應(yīng)進(jìn)度表式反應(yīng)速率的表達(dá)式：，其反應(yīng)物轉(zhuǎn)化量與反應(yīng)產(chǎn)物生產(chǎn)量之間的關(guān)系。3.在溶劑及催化劑和壓力一定的情況下，定量描述反應(yīng)速率與溫度及濃度的關(guān)系的關(guān)系式叫做速率方程或動(dòng)力學(xué)方程，其數(shù)學(xué)函數(shù)表達(dá)式，以以不可逆基元反應(yīng)為例，其速率方程為。4.k為反應(yīng)速率常數(shù)，為溫度的函數(shù)，其關(guān)系式為。5.絕大多數(shù)反應(yīng)都是非基元反應(yīng)，但是非基元反

3、應(yīng)可以看成是若干基元反應(yīng)的綜合結(jié)果，即反應(yīng)機(jī)理。6.不論可逆反應(yīng)還是不可逆反應(yīng)，反應(yīng)速率總是隨著轉(zhuǎn)化率的升高而降低（降低或升高）；不可逆反應(yīng)及可逆吸熱反應(yīng)，反應(yīng)速率總是隨著溫度的升高而加快（減慢或加快）；至于可逆吸熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度按最佳溫度曲線操作，反應(yīng)速率最大。7.在同一反應(yīng)物系中同時(shí)進(jìn)行若干個(gè)化學(xué)反應(yīng)時(shí)，稱(chēng)為復(fù)合反應(yīng)。8.獨(dú)立反應(yīng)是指這些反應(yīng)中任何一個(gè)反應(yīng)都不可能由其余反應(yīng)進(jìn)行線性組合而得到。9.復(fù)合反應(yīng)包括三個(gè)基本反應(yīng)類(lèi)型，即并列反應(yīng)、平行反應(yīng)和連串反應(yīng)。10.當(dāng)一個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物同時(shí)又是另一個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)物時(shí)，這類(lèi)反應(yīng)稱(chēng)為連串反應(yīng)。11.固體催化劑系由三部分組成：即主催化劑、助催化劑和載

4、體。使用載體的主要目的是為了增大表面積。助催化劑主要作用是提高催化劑的催化活性、選擇性和穩(wěn)定性。常用的催化劑是金屬和金屬氧化物。12.吸附是多相催化反應(yīng)過(guò)程必不可少的步驟。氣體在固體表面上的吸附可以分為物理吸附和化學(xué)吸附。13.要從各反應(yīng)步驟的速率中導(dǎo)出總包速率方程，需要作出一些簡(jiǎn)化假定。廣泛應(yīng)用的是定態(tài)近似和速率控制步驟這兩個(gè)假定。14.速率方程的形式（動(dòng)力學(xué)模型）可分為冪函數(shù)動(dòng)力學(xué)模型和雙曲線型動(dòng)力學(xué)模型。15.動(dòng)力學(xué)參數(shù)是指速率方程中所包含的參數(shù)，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求動(dòng)力學(xué)參數(shù)的方法主要有兩種：一種是積分法；另一中是微分法。16.積分法是將速率方程積分后，再對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。而微分法是根據(jù)不同

5、實(shí)驗(yàn)條件下測(cè)定的反應(yīng)速率，直接由速率方程估計(jì)參數(shù)值。17.建立速率方程一般包括下列幾個(gè)方面的工作：設(shè)想各種反應(yīng)機(jī)理，導(dǎo)出不同的速率方程；進(jìn)行反應(yīng)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，測(cè)定所需的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)；根據(jù)所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)所導(dǎo)出的可能的速率方程進(jìn)行篩選和參數(shù)估值，確定出合適的速率方程。第3章 釜式反應(yīng)器1.間歇反應(yīng)器是分批操作的，其操作時(shí)間系兩部分組成:一是反應(yīng)時(shí)間，即裝料完畢后算起至達(dá)到所要求的產(chǎn)品收率時(shí)間；二是輔助時(shí)間，即裝料、卸料及清洗等所需時(shí)間之和。2.半間歇操作和間歇操作的共同點(diǎn)是反應(yīng)物系的組成均隨時(shí)間而變，因此必須以時(shí)間作自變量。第4章 管式反應(yīng)器1.所有流體粒子均以相同速度從進(jìn)口向出口運(yùn)動(dòng)，就像一個(gè)活塞

6、一樣有序地向前移動(dòng)，故稱(chēng)之為活塞流。2.返混是指不同停留時(shí)間的流體粒子之間的混合。3.就整個(gè)反應(yīng)器而言，如符合活塞流假設(shè)，則同一時(shí)刻進(jìn)入反應(yīng)器的流體粒子必定在另一時(shí)刻同時(shí)離開(kāi)，即所有流體粒子在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間相同。4.活塞流和全混流的根本差別是，前者無(wú)返混存在，后則返混程度最大，以致反應(yīng)物料間不存在濃度差和溫度差。5.對(duì)于定態(tài)操作的活塞流反應(yīng)器，反應(yīng)物系的濃度系隨軸向距離而變，與時(shí)間無(wú)關(guān)；而間歇釜式反應(yīng)器反應(yīng)物系的濃度則隨時(shí)間而變，與位置無(wú)關(guān)。6對(duì)于正常反應(yīng)動(dòng)力學(xué)而言，在原料處理量、及組成、反應(yīng)溫度以及最終轉(zhuǎn)化率均相同的情況下，以管式反應(yīng)器所需反應(yīng)體積最小，而單釜最大。多釜串聯(lián)則介于兩者之間

7、，且串聯(lián)的釜數(shù)越多，所需的反應(yīng)體積最小。7.如果管式反應(yīng)器中進(jìn)行的單一不可逆反應(yīng)和可逆吸熱反應(yīng)，以生成強(qiáng)度最大為出發(fā)點(diǎn)，其最佳操作溫度序列應(yīng)遵循先低后高這一原則；而對(duì)于可逆放熱反應(yīng)而言，其最佳操作溫度序列是由高溫到低溫的原則。第5章 停留時(shí)間分布與反應(yīng)器的流動(dòng)模型1.兩種不同類(lèi)型的流動(dòng)反應(yīng)器連續(xù)釜式反應(yīng)器和管式反應(yīng)器。2.停留時(shí)間是指流體以進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)算起，到其離開(kāi)系統(tǒng)時(shí)為止，在系統(tǒng)內(nèi)總共經(jīng)歷的時(shí)間，即流體從系統(tǒng)的進(jìn)口至出口所耗費(fèi)的時(shí)間。3.F(t)表示停留時(shí)間小于t的流體粒子所占的分?jǐn)?shù)，1-F(t)則表示停留時(shí)間大于t的流體粒子所占的分?jǐn)?shù)。E(t)dt表示停留時(shí)間在t和t+dt之間的流體粒子所

8、占的分?jǐn)?shù)。E(t)與F(t)兩函數(shù)之間的相互關(guān)系是或。4.普遍適用的停留時(shí)間分布實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法是示蹤響應(yīng)法，通過(guò)用示蹤劑來(lái)跟蹤流體在系統(tǒng)內(nèi)的停留時(shí)間。5. 示蹤響應(yīng)法根據(jù)示蹤劑加入方式的不同，又可分為脈沖法、階躍法及周期輸入法三種。6.脈沖法的實(shí)質(zhì)就是在極短的時(shí)間內(nèi)、在系統(tǒng)入口處向流進(jìn)系統(tǒng)的流體加入一定量的示蹤劑，立刻檢測(cè)系統(tǒng)出口處流體中示蹤劑濃度c(t)隨時(shí)間的變化。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)直接求出或停留時(shí)間概率密度函數(shù)。7.升階法（階躍法）的實(shí)質(zhì)是將系統(tǒng)中作定常態(tài)流動(dòng)的流體切換為流量相同的含有示蹤劑的流體，其出口流體中示蹤劑濃度從無(wú)到有，其濃度隨時(shí)間而單調(diào)地遞增，最終達(dá)到與輸入的示蹤劑濃度c()相等。由升

9、階法實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)直接求出停留時(shí)間分布函數(shù)或。8.理想反應(yīng)器是指能以活塞流或全混流來(lái)描述其流通狀況的反應(yīng)器。9.活塞流反應(yīng)器停留時(shí)間分布的無(wú)因次方差為零，表明所有的流體粒子在反應(yīng)器的停留時(shí)間相同。返混程度達(dá)到最大時(shí)，全混流停留時(shí)間分布的無(wú)因次方差為1。10.實(shí)際流體偏離理想流動(dòng)狀況的主要的原因有哪些？答：滯留區(qū)的存在或稱(chēng)死區(qū)的存在；存在溝流與短路；循環(huán)流；流體流速分布的不均勻；擴(kuò)散。對(duì)于一個(gè)流動(dòng)系統(tǒng)可能全部存在，也可能只存在其中幾種。第6章 多相系統(tǒng)中的化學(xué)反應(yīng)與傳遞現(xiàn)象1.孔容是指單位質(zhì)量催化劑顆粒所具有的孔體積，常以為單位。2.床層的空隙率是對(duì)一堆顆粒而言的，其意義為顆粒間的空隙體積與床層體積之

10、比，即顆粒間的空隙體積占床層體積的分率；孔率則是對(duì)單一顆粒而言，是顆粒內(nèi)部的孔體積占顆粒體積的分率。3.受擴(kuò)散的影響，反應(yīng)物A組分在流體主體、催化劑外表面、催化劑顆粒中心反應(yīng)物的濃度及平衡濃度大小排序正確的是：。4.第7章 多相系統(tǒng)中的化學(xué)反應(yīng)與傳遞現(xiàn)象1.根據(jù)固體催化劑是處于靜止?fàn)顟B(tài)還是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，反應(yīng)器又可分為兩大類(lèi)，屬于靜止?fàn)顟B(tài)的由固定床反應(yīng)器和滴流床反應(yīng)器，催化劑處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的由流化床反應(yīng)器、移動(dòng)床反應(yīng)器和漿態(tài)反應(yīng)器等。2.對(duì)固定床床層壓力降影響最大的是床層的空隙率和流體的流速，兩者稍有增加，都可使壓力降產(chǎn)生較大的變化。3.固體催化反應(yīng)器可以分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是反應(yīng)過(guò)程中催化劑床與外屆沒(méi)有熱量交換，叫絕熱反應(yīng)器；另一類(lèi)則與外界有熱量交換，稱(chēng)為換熱式反應(yīng)器。4.多段絕熱反應(yīng)器是指多次在絕熱條件下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)一次之后經(jīng)過(guò)換熱以滿(mǎn)足所需溫度條件，再進(jìn)行下一次的絕熱反應(yīng)。每反應(yīng)一次，稱(chēng)為一