2022年化學(xué)反應(yīng)工程知識點

化學(xué)反響工程學(xué)問點

一郭錯主編

1、化學(xué)反響工程學(xué)不僅爭辯化學(xué)反響速率與反響條件之間的關(guān)系，

即化學(xué)反響動力學(xué)，而且著重爭辯傳遞過程對宏觀化學(xué)反響速率的影響,

爭辯不同類型反響器的特點及其與化學(xué)反響結(jié)果之間的關(guān)系。2、

任何化工生產(chǎn)，從原料到產(chǎn)品都可以概括為原料的預(yù)處理、化學(xué)反響

過程和產(chǎn)物的后處理這三個局部，而化學(xué)反響過程是整個化工生產(chǎn)的

核心。

3.化學(xué)反響工程的根本爭辯方法是數(shù)學(xué)模型法。數(shù)學(xué)模型法是對簡單

的、難以用數(shù)學(xué)全面描述的客觀實體，人為地做某些假定，設(shè)想出一

個簡化模型，并通過對簡化模型的數(shù)學(xué)求解，到達利用簡潔數(shù)學(xué)方程描

述簡單物理過程的目的。模型必需具有等效性，而且要與被描述的實

體的那一方面的特性相像；模型必需進展合理簡化，簡化模型既要反

映客觀實體，又有便于數(shù)學(xué)求解和使用。

4.反響器按型式來分類可以分為管式反響器、槽式反響器〔釜式反響

器）和塔式反響器。

5反響器按傳熱條件分類，分為等溫反響器、絕熱反響器和非等溫非

絕熱反響器。

第一章均相單一反響動力學(xué)和抱負反響器

1、目前普遍使用關(guān)鍵組分A的轉(zhuǎn)化率來描述一個化學(xué)反響進展的程

度，其定義為：—轉(zhuǎn)化了的A組重量-n

3=一屋1"分的起始量?'=/一d

AO

2、化學(xué)反響速率定義（嚴格定義）為單位反響體系內(nèi)反響程度隨時

間的變化率。其數(shù)學(xué)表達式為成

Vdt

3、對于反響A+2B=3C+4O，反響物A的消耗速率表達式為

一「=—1叫;反響產(chǎn)物C的生成速率表達式為：r=」兒

AVdtCVdt

4.反響動力學(xué)方程：定量描述反響速率與影響反響速率之間的關(guān)系式

稱為反響動力學(xué)方程。大量的試驗說明，均相反響的速率是反響物系

的組成、溫度和壓力的函數(shù)。

5阿累尼烏斯關(guān)系式為々=ke;其中活化能反響了反響速率對溫

cC,

度變化的敏感程度。

6、半衰期：是指轉(zhuǎn)化率從。變?yōu)?0%所需時間為該反響的半衰期。

7、反響器的開發(fā)大致有下述三個任務(wù)：①依據(jù)化學(xué)反響動力學(xué)特性

來選擇適宜的反響器型式；②結(jié)合動力學(xué)和反響器兩方面特性來確定

操作方式和優(yōu)化操條件；③依據(jù)給定的產(chǎn)量對反響裝置進展設(shè)計計

算，確定反響器的幾何尺寸并進展評價。

8.在停留時間一樣的物料之間的均勻化過程，稱之為簡潔混合。而停

留時間不同的物料之間的均勻化過程，稱之為返混。

9.依據(jù)返混狀況不同反響器被分為以下類型：間歇反響器、抱負置換

反響器（又稱平推流反響器或活塞流反響器）、全混流反響器（又稱

為連續(xù)操作的充分攪拌槽式反響器）。

10.反響器設(shè)計計算所涉及的根底方程式就是動力學(xué)方程式、物料衡

算方程式和熱量衡算方程式，其中物料衡算所針對的具體體系稱為體

積元。

11、停留時間又稱接觸時間，用于連續(xù)流淌反響器，指流體微元從反

應(yīng)器入口到出口經(jīng)受的時間。在反響器中，由于流淌狀況的不同，物

料微元從反響器入口到出口所經(jīng)受的時間可能是各不一樣的，存在一

個分布，稱停留時間分布。各流體微元從反響器入口到出口所經(jīng)受的平

均停留時間稱為平均停留時間。

12.空間時間是指反響器有效容積與流體特征體積流率之比值。

13.抱負置換反響器(平推流反響器)是指通過反響器的物料沿同一

方向以一樣速度向前流淌，向活塞一樣在反響器中向前平推，故又稱

為活塞流或平推流反響器。

14.為了表征反響物系體積變化給反響速率帶來的影響，引入兩個參

數(shù)，膨脹率和膨脹因子。

15、膨脹因子的物理意義為：關(guān)鍵組分A消耗Imol時，引起反響物

系的量的變化量。表達式：3=三，，總的物質(zhì)的量跟膨脹因子關(guān)系

"(-?)

A

為n=n+nx8

ttO40A

其次章復(fù)合反響與反響器的選型

1、三種抱負的反響器中，間歇反響器和平推流反響器完全沒有返混，

全混流反響器的返混到達極大的程度。

2、反響器的選型，其實就是依據(jù)不同的反響的特性，選擇適宜這種

反響類型的操作方式。

3、對某個具體反響，選擇反響器、操作條件和操作方式主要考慮化

學(xué)反響本身的特征與反響器特性，最終選擇的依據(jù)將取決于全部過程

的經(jīng)濟性。

4、過程的經(jīng)濟性主要受兩個因素影響，一是反響器的大小，二是產(chǎn)

物分布。

5、確定反響器型式不但要考慮反響的級數(shù)，而且要考慮過程進展的

程度，即轉(zhuǎn)化率的凹凸；級數(shù)越高，要求的轉(zhuǎn)化率也高，這時應(yīng)承受

平推流反響器；假設(shè)反響器只能承受釜式構(gòu)造，則承受多釜串聯(lián)，使

之盡可能接近平推流。

6、平推流反響器并聯(lián)各支路的空間時間一樣時最終轉(zhuǎn)化率最高或者

到達肯定轉(zhuǎn)化率所需的反響器體積最小。

7、N個平推流反響器串聯(lián)操作，其總體積V與一個具體體積為V

RR

的單個平推流反響器所能獲得的轉(zhuǎn)化率一樣。

8、多釜串聯(lián)的反響器，由于釜間無返混，使返混程度削減，當(dāng)Nfoo

時，多釜串聯(lián)全混反響器組的操作就相當(dāng)于平推流反響器。

9、可逆反響速率總是隨著轉(zhuǎn)化率上升而降低?？赡嫖鼰岱错懰俾士?/p>

是隨著溫度的上升而加快；而可逆放熱反響按最正確溫度曲線操作時

速率最大。

10、反響物能同時進展兩個或兩個以上的反響，稱為平行反響。連串

反響是指反響產(chǎn)物能進一步反響成其他副產(chǎn)物的過程。

第三章非抱負流淌反響器

1、按返混程度不同，可將反響器分成以下三類：(1)完全不返混型

反響器、充分返混型反響器和局部返混型反響器。

2、停留時間分布函數(shù)F(x)：是指當(dāng)物料以穩(wěn)定的流量流入反響器

而不發(fā)生化學(xué)變化時，在流出物料中停留時間小于t的物料占總流出

物的分率。

3、示蹤法中入口物料輸入示蹤劑稱為鼓勵，在出口處獲得的示蹤劑

隨時間變化的輸出訊號稱為響應(yīng)。

第四章氣固相催化反響本征動力學(xué)

1、催化反響過程的特征

（1）催化劑轉(zhuǎn)變反響歷程，轉(zhuǎn)變反響速率，其本身在反響前后沒有

變化。

（2）對可逆反響，催化劑不會轉(zhuǎn)變反響物質(zhì)最終所能到達的平衡狀

0

（3）對任何一個可逆反響，催化劑既會加快正反響速率，也必將以

同樣的倍數(shù)加快逆反響速率。

（4）催化劑對反響過程有良好選擇性。

2、固體催化劑包括催化活性物質(zhì)、載體、助催化劑和抑制劑。一個

好的固體催化劑必需具有高活性、高選擇性、高強度和長壽命等特點。3、

助催化劑的類型可分為構(gòu)造型催化劑和調(diào)變型催化劑。

4、制備固體催化劑，經(jīng)枯燥后，都需要高溫燃燒，其目的是：［1）

除掉易揮發(fā)組分，保證肯定化學(xué)組成，從而使催化劑具有穩(wěn)定的活性；

（2）使催化劑保持肯定的晶型、晶粒大小、孔隙構(gòu)造和比外表積；

（3）提高催化劑的機械強度。

5、催化劑的性能主要包括活性、選擇性和壽命。對催化劑性能影響

最大的物理性質(zhì)主要是比外表積、孔體積和孔體積分布。

6、比外表積：單位質(zhì)量催化劑具有的外表積稱為比外表積

7、活性中心：是指化學(xué)吸附只能發(fā)生于固體外表那些能于氣相分子

起反響的原子上，通常把該類原子稱為活性中心。

8、組分A的吸附率是指固體外表被A組分掩蓋的活性中心數(shù)與總活

性中心數(shù)之比。

9、焦姆金吸附模型認為一般吸附活化能隨掩蓋率的增加而增大，脫

附活化能隨掩蓋率的增加而減小。

10、本征反響速率方程的推導(dǎo)方法

①假定反響機理，即確定反響所經(jīng)受的步驟；②確定速率把握步驟，

該步驟的速率即為反響過程的速率，依據(jù)速率把握步驟的類型，寫出

該步驟的速率方程；③非速率把握步驟均到達平衡。假設(shè)為吸附或解

析步驟，列出蘭格繆爾吸附等溫式，假設(shè)為化學(xué)反響，則寫出化學(xué)平衡

式；

④利用所列平衡式與Z將速率方程中各種外表濃度變換為

氣相組分分壓的函數(shù)，即得所求的反響速率方程。

11、催化劑在使用之前通常需要活化。催化劑外表的活化過程可以除

去吸附和沉積的外來雜質(zhì)，而且可以轉(zhuǎn)變催化劑性質(zhì)，在空氣中會很

快起來變化的催化劑必需在卸出之前留神地使之鈍化。

12、以顆粒催化劑體積為基準的平均反響速率稱為宏觀反響速率。宏觀

反響速率還受催化劑顆粒的大小、外形以及氣體集中過程的影響。宏

觀反響速率與其影響因素之間的關(guān)系稱為宏觀動力學(xué)。

13、對于流體與催化劑外外表間的連續(xù)穩(wěn)定傳質(zhì)過程，反響組分A

在單位時間內(nèi)由氣相主體集中到顆粒外外表上的量應(yīng)當(dāng)?shù)扔贏組分

在催化劑中反響掉的量。

14、催化劑失活的類型和緣由很簡單，大致可以分為三類：構(gòu)造變化、

物理中毒和化學(xué)中毒。

15、工業(yè)上處理失活問題的方法：（1）改進催化劑；（2）承受“中期

活性”或安全系數(shù)設(shè)計反響器；（3）嚴格把握操作條件；（4〕優(yōu)化操

作，以彌補失活造成的生產(chǎn)力量下降。

第5章氣固相催化反響宏觀動力學(xué)

1、催化劑顆粒內(nèi)氣體集中類型有分子集中（容積集中）、克努森集中、

和綜合集中。

2、對于一個連續(xù)穩(wěn)定的外集中過程，反響組分A在單位時間內(nèi)由氣

相主體集中到顆粒外外表上的量應(yīng)當(dāng)?shù)扔贏組分在催化劑中反響掉

的量。

3、坦克萊數(shù)的物理意義為化學(xué)反響速率與外集中速率之比。

4、西勒模數(shù)實質(zhì)上是以顆粒催化劑體積為基準，最大反響速率與最

大內(nèi)集中速率比值。西勒模數(shù)反映反響速率、內(nèi)集中速率對過程的影

響程度的參數(shù)。

5、西勒模數(shù)值越小，說明集中速率相對與反響速率越大，宏觀反響

速率受集中的影響越小，過程屬反響動力學(xué)把握。

6、催化劑失活緣由包括構(gòu)造變化、物理中毒和化學(xué)中毒。

7、處理催化劑失活的方法：改進催化劑；承受合理的安全系數(shù)設(shè)計

反響器、嚴格把握操作條件；優(yōu)化操作條件。

8、有效因子物理意義

催化劑內(nèi)實際反響速率

n=---------------------------------------

催化劑內(nèi)無濃度差時的反響速率

第6章氣固相催化反響固定床反響器

1、體積當(dāng)量直徑Cdv）：與顆粒具有一樣體積的球體的直徑稱為該顆

粒的體積當(dāng)量直徑。

2、比外表當(dāng)量直徑：與顆粒具有一樣比外表積的球體的直徑稱為比

外表積當(dāng)量直徑。

3、對于熱效應(yīng)大的反響過程，傳熱和控溫是固定床技術(shù)的難點和關(guān)

鍵所在。

4、固定床反響器的特點：

（1）催化劑不易磨損而且可長期使用；

（2）床層內(nèi)流體接近平推流，生產(chǎn)力量較強；

（3）停留時間可以把握、溫度分布可適當(dāng)調(diào)整，有利于到達高的轉(zhuǎn)

化率和高的選擇性；

（4）傳熱較差，催化劑載體又往往是導(dǎo)熱不良物質(zhì)，而化學(xué)反響常

伴有熱效應(yīng)，反響速率對溫度的敏感性強；

（5）更換催化劑時必需停頓生產(chǎn)。

5、流化床反響器的特點是：

（1）顆粒猛烈攪動和混合，整個床層處于等溫狀態(tài)，可在最正確溫

度點操作；

（2）傳熱強度高，適于強吸熱或放熱反響過程；

（3）顆粒比較細小，有效系數(shù)高，可削減催化劑用量；

（4）壓降恒定，不易受異物堵塞；

（5）返混較嚴峻，不適于高轉(zhuǎn)化率過程；

（6）為避開溝流、偏流等，對設(shè)備精度要求較高。

7、依據(jù)氣體冷卻或加熱方式不同，多段絕熱式反響器可分為中間間

接換熱式和冷激式等類型。

8、多段絕熱式反響器是筒體內(nèi)放置幾次擱板，擱板上放置催化劑，

層與層之間設(shè)置氣體的冷卻（或加熱）裝置。

9、在設(shè)計固定床反響器時應(yīng)做到盡可能大的生產(chǎn)強度，即單位床層

的生產(chǎn)力量大；氣體通過床層的阻力小，構(gòu)造簡潔，操作穩(wěn)定性好，

運行牢靠，修理便利。

第7章氣固相催化反響流化床反響器

1、當(dāng)流體自下而上通過積存有固體顆粒的床層時，床層內(nèi)顆粒必將

受到流體對顆粒的浮力、流淌的流體對顆粒產(chǎn)生的曳力以及顆粒自身

重力的影響。當(dāng)顆粒受到的升力〔浮力和曳力之和）小于顆粒自身重

量時，顆粒在床層內(nèi)靜止不動，流體有顆粒之間的空隙通過，此時床

層稱為固定床。

2、隨著流體流量的增加，顆粒受到的曳力也隨著增加。假設(shè)顆粒受

到的升力恰好等于自身重量時，顆粒受力處于平衡狀態(tài)，故顆粒將在床

層內(nèi)作上下、左右、前后的劇烈運動，這種現(xiàn)象被稱為固體的流態(tài)化，

整個床層稱為流化床。

3、當(dāng)流速進一步增大，顆粒受到的升力大于自身重量時，顆粒將隨

流體一起運動而被帶出床層。這種狀態(tài)稱為移動床。

4、隨著流體流量的加大，床層內(nèi)的空隙率增大，顆粒之間間距加大，

而顆粒在床層中分布均勻，流體根本上以平推流形式通過床層，這種

流化形式稱為散式流態(tài)化。

5、當(dāng)流體通過固體床層的空塔速度值高于初始流化速度但低于逸出

速度時，顆粒在氣流作用下懸浮于床層中，所形成的流固混合物稱為

濃相段

6、在濃相段上升的氣泡在界面上裂開，氣泡內(nèi)顆粒以及受氣泡夾帶

的乳化相中顆粒將被拋向濃相段上方空間。這段空間稱為稀相段或稱

分

7流態(tài)化的不正?，F(xiàn)象：溝流和節(jié)流（沸騰）

8、簡述流化床反響器的特點

（1）流化床使用固體催化劑顆粒直徑小于固定床反響器選用的顆粒

直徑，傳質(zhì)效果好，對反響也有利；

（2）催化劑內(nèi)集中影響可被無視，流體流速較快，外集中也可不考

慮。宏觀動力學(xué)方程和本征動力學(xué)方程一樣。

（3）流體通過床層時根本上可視為平推流，催化劑顆粒在床層內(nèi)運

動接近全混流。

（4）顆粒在床層內(nèi)運動劇烈，故要求顆粒有足夠強度。顆粒在床內(nèi)

被氣流帶出損失較大，對使用昂貴催化劑的過程是不利的。

9、節(jié)涌（騰涌）：在流化床的內(nèi)徑較小而床高于床徑比較大時，氣泡

在上升過程中因聚并而增大，氣泡有可能占據(jù)整個床層截面，氣流將

床層一節(jié)節(jié)地往上做柱塞式推動，在上升到某一位置而崩落，流化床

的正常操作被破壞。這種狀況稱節(jié)涌（或稱騰涌）。

10、逸出速度：當(dāng)氣體在反響器內(nèi)實際氣速與