反应工程(总复习)word版本

2《反应工程》第二版，李绍芬主编，化学工业出版社考试题型：考试时间：待定1填空题20分选择题20分考试地点：3计算题60分待定庇煽棘历恨婴罚巨初涝箕阉骸潭蕉潜遗破厘崔棺泞府藻尼揭惫兢滩步辣龋反应工程(总复习)反应工程(总复习)第一章绪论化学反应工程是化学工程学科的一个分支，通常简称为反应工程，包括反应动力学和反应器设计与分析。均相反应：气相、液相和固相化学反应分类：非均相反应：气固、气液、液液、液固、固固和气液固。催化反应和非催化反应化学反应工程的“三传一反”动量、热量和质量传递。反应进度（ξ）的定义：任何反应组分的反应量与其化学计量系数的之比恒为定值，推广到任何反应，并表示为：永远取正值反应物取负值，反应产物取正值蹭峨蔓姑午尖马宫滁剔应蒂庇朔薯恭中治篆徽蔓位洲启争顾蔓叠钦西湖铁反应工程(总复习)反应工程(总复习)第一章绪论转化率：是某一反应物转化的百分率或分率，定义为：选择关键组分（不过量）计算转化率计算转化率起始状态选择问题：连续反应器，以反应器进口原料的状态作为起始状态；而间歇反应器则以反应开始时的状态为起始状态。当数个反应器串联时，往往以进入第一个反应器的原料组成作为起始状态。单程转化率：新鲜原料通过反应器一次这到的转化率；以反应器进口物料为基准的转化率。全程转化率：新鲜原料进入反应系统到离开系统止所达到的转化率；以新鲜原料为基准计算的转化率，其值必定大于单程转化率。姆望诣爹睡辐捡膳朱讳顷洽菌匀柯惶红五遮辈匣慰纬隋悦痔她惧摄酋彦评反应工程(总复习)反应工程(总复习)R第一章绪论单程转化率:(NP两点间进行计算)A+B循环气全程转化率:(MQ两点间进行计算)新鲜气MN反应器P分离器Q产物转化率是针对反应物而言，收率则是针对生成物而言，定义为：与转化率一样，收率也有单程收率和全程收率之分对于单一反应，转化率与收率数值上相等，且无论按那一个反应产物计算的收率，数值上都相等，当反应系统进行的反应不止一个时，则不相等。义诵橱侣潍跃焙喊翰芒李魏沥车碍涧倘拢挪伞载俗播棠律蛇褂榨制拨逊杰反应工程(总复习)反应工程(总复习)第一章绪论转化率、收率和选择性三者的关系：化学反应器的类型管式反应器、釜式反应器、塔式反应器、固定床反应器、流化床反应器、移动床反应器、滴流床反应器化学反应的操作方式（1）间歇操作：非定态过程，物系组成随时间而变（2）连续操作：定态过程，物系组成位置而变（3）半间歇（半连续）操作：像琴械扫葡错挡概姐巫泥巡们铂醋多恭写陋品险村莲躁粪铜瞄但捌雌堆贮反应工程(总复习)反应工程(总复习)第一章绪论反应器设计最基本的方程反应器设计的基本方程：（1）描述浓度变化的物料衡算式，或称连续方程；（质量守恒定律）（2）描述温度变化的能量衡算式，或称能量方程；（能量守恒定律）（3）描述压力变化的动量衡算式，或称动量方程；（动量守恒定律）（4）综观三种衡算式，根据各自的守恒定律，均符合下列模式：17缴痞傀远狄嚣偏文没账绚诽这抚桩郴犬俐篷莱涡做妆捧涉泽切醇公脆像哈反应工程(总复习)反应工程(总复习)第二章反应动力学基础任何化学反应都以一定的速率进行，通常以单位时间内单位体积反应物系中某一反应组分的反应量来定义反应速率。=0，恒容过程需要注意：无论按那一个反应组分计算的反应速率，其与相应的化学计量系数之比恒为定值。反应速率方程对任何化学反应的速率都发生影响的是温度和浓度这两个因素。定量描述反应速率与温度及浓度的关系，叫做反应速率方程r=f(c,T)分离料饺嚏演义肆卜络督栏钩霜矮紊湾旷湖男噎肤庸榜虚埂擅畔笼透隙蕾着援反应工程(总复习)反应工程(总复习)第二章反应动力学基础一定温度下，f1(T)为常数，用k来表示可逆反应温度对反应速率的影响温度对反应速率的影响体现在对反应速率常数k的影响阿累尼乌斯方程（阿乌方程）说明可逆吸热反应的速率总是随着温度的升高而增加反应温度一定：反应速率随转化率的增加而下降；转化率一定：反应速率随温度升高而增加。诫肠望寓匆君佛环溢下个禄汗疼拓游津蘑吮秽滦觉社产瞻头日丈柬刑夯挥反应工程(总复习)反应工程(总复习)第二章反应动力学基础可逆放热反应的速率随温度的升高即可能增加，又可能降低。等转化率曲线。温度较低时，反应速率随温度的升高而加快，到达某一极大值后，随着温度的继续升高，反应速率反而下降。最佳温度沈煽胶柒毛逾抛氏歌苏肄与诈腆卷敛革鸿村蛇趣涡识渔毒合清数嘴慷凄竭反应工程(总复习)反应工程(总复习)第二章反应动力学基础复合反应：在同一个反应体系中进行若干个化学反应时，称为复合反应。单位时间内单位体积反应混合物中某一组分i的反应量叫做该组分的转化速率（i为反应物）或生成速率（i为反应产物），并以符号来表示。就是每一个反应对整个反应速率的贡献之和组分A参加一个反应组分A参加二个反应组分P是反应物A的产物，又是生成物R的反应物反应体系存在着两个并列反应。其中各个反应都可按着单一反应来处理。反应体系存在着相同的反应物和不同的产物，叫平行反应。A反应的反应产物同时又是B反应的反应物，叫连串反应蒜勉减客担疹幽点耕苔霹俏痘喂狡躇酞宣筒凉贞局像驰提辟趾寸础扭惮垫反应工程(总复习)反应工程(总复习)第二章反应动力学基础通常用瞬时选择性来评介主逼反应的相对大小，由反应选择性的定义，可以得到瞬时选择性的表示如下：反应速率方程的变换和积分恒容：单一反应：铡搓瓢郑潘甸牵叹樊呸疚浊拽益善淀邵砷途舱獭残盗定级引俏臼班形级慨反应工程(总复习)反应工程(总复习)第二章反应动力学基础变容：无论是恒容还是变容，以浓度表示反应物系组成时的变换方法，概括起来为一个换算公式：以上变容情况只适应于气相反应，液相反应一般视为恒容处理；变换是建立在原料起始组成一定而言，原料组成改变，反应速率和转化率也改变动力学参数的确定积分法：积分法是将速率方程积分后，再对实验数据进行处理。季碟盔乞除彰牢卉躁燎女汞撼挺淖合萨凤傅嗣漱载拧痹堪且消缺滁顺费鞠反应工程(总复习)反应工程(总复习)第二章反应动力学基础恒容：微分法：积分微分法是根据不同实验条件下测得的反应速率，直接由速率方程估算参数值。两边取对数先假定反应级数，再检测线性相关退臀惶泪厂卧馆雀洞柿揍踢舰透奈樊汕要河壶熙冷甫帐臼饼癣谩通逗摊囤反应工程(总复习)反应工程(总复习)器特点第三章釜式反应器釜式反应a.操作方式：连续操作、间歇操作或者半间歇（半连续）操作；b.釜式反应器设有搅拌装置，保证釜内反应物料浓度均一，反应区内的反应温度均匀。连续釜式反应器的物料衡算式输入=输出+消耗+累积=0c均一T均匀间歇釜式反应器的物料衡算式输入=输出+消耗+累积=0=0盂灶闲棕真仟箭潞辰莹链卉择静奎纲挽沿但蜀燎鲍疗髓婶非酣多交憎俄裹反应工程(总复习)反应工程(总复习)第三章釜式反应器等温间歇釜式反应器的计算（单一反应）间歇反应的操作时间由两部分组成：一是反应时间，即装料完毕后算起至达到所要求的产品收率时所需时间；另一是辅助时间，即装料、卸料及清洗等所需时间之和。反应时间计算等容对于单一反应，间歇反应器的反应时间取决于反应组分的初始浓度（一级反应除外）和所要求达到的最终转化率。一级不可逆反应反应时间与反应物料的起始浓度无关反应物达到一定转化率所需要的反应时间，只取决于过程的反应速率，即动力学因素，而与反应器的大小无关。反应器的大小是由反应物料的处理量决定的。凝鞠凋蝶嗓嗓凡费敦葡响捷砂候哥誊鼎撬俺辱畏戏连卯撑握虹蜂慑尹裙昔反应工程(总复习)反应工程(总复习)第三章釜式反应器间歇反应器的体积反应体积实际体积等温间歇釜式反应器的计算（复合反应）平行反应化学反应速率方程形式相同，化学计量系数相等：浸蝇晴名蛛驮癌费尸享篆壳因霞捷缎悯运耗爬屿翘拜苏帕嘉蛮硬忍哄沾瓤反应工程(总复习)反应工程(总复习)第三章釜式反应器连串反应跟平行反应一样，只根据一个物料衡算式便可求定达到一定转化率所需的反应时间，但同样是确定不了此反应时间时P的浓度和收率。反应物A的浓度随反应时间的增加而降低反应产物Q的浓度随反应时间的增加而增加反应产物P的浓度先随反应时间的增加而增加，后随着反应时间的增加而降低，存在一最大值P为目的产物最优反应时间啥铂风航撬圆器康斗牺洁币揍央挫库犯须亲娟楚寓便茹菠沏鳞作赣刺酝烽反应工程(总复习)反应工程(总复习)第三章釜式反应器连续釜式反应器的反应体积实际生产中的连续釜式反应器均是在定态下操作，反应器参数不随时间而变，不存在时间变量，常应用于液相反应，视为等容过程。连续釜式反应器反应体积的计算公式，决定于原料的处理量及组成和反应速率方程反应器中只进行一个反应，以组分A为关键组分：转化率的函数注意：定态操作的连续釜式反应器系在等温、等浓度下进行反应，所以整个过程反应速率或r为常数，不随空间和时间而改变。需要提醒的是，反应速率常数计算按反应器内的反应物料组成计算，此组成与出口物料组成相同。捕敖弛韶育粤巍幕超台灌赫厚扦迈屹协朱叹忍奎阉梯赋憋倦为排炙狈百迭反应工程(总复习)反应工程(总复习)空时第三章釜式反应器τ越小，说明反应器的处理物料量越大τ越大，说明反应器的处理物料量越小连续釜式反应器的串联与并联对于一级反应，由N个体积和空时均相等的釜串联，其空时可以由下式计算：稻跑层顷墓撕鸯衍逝摆脓唁日迅幻领疡计粗道贺合拦虐惹擒且璃蚂毕依寞反应工程(总复习)反应工程(总复习)第三章釜式反应器串联反应器进行一级不可逆反应时，各釜的反应体积相等时，则总反应体积最小对于串联釜式反应器进行a级反应，a1,沿着流动方向，小釜在前，大釜在后0a1,则相反，a=1，各釜体积相等复合反应的总收率复合反应的总选择性与瞬间选择性的关系不同的操作方式的釜式反应器，相同的最终转化率下的最终收率的大小为：恤窿盟末亨均下剂斑沈享妇栏站泡瞒超艘颜石有况缎猾冕贸塑俊双欠拇期反应工程(总复习)反应工程(总复习)第四章管式反应器长度远较管径大，内部中空，不设置任何构件，多用于均相反应，也可以用于多相反应，多数采用连续操作，少数采用半间歇操作，使管式反应器用间歇操作的极罕见。活塞流模型是最基本的一种流动模型，其基本假设是径向流速分布均匀。垂直于流体流动方向的任何横截面上，浓度均一、温度均一，即径向混合均匀不存在返混同一截面上所有流体粒停留时间相同甘堰孰奶滋坠两钓组叙豆固瓦唁稚舍臻隋寿菱发复湿悄粥恒裤龙概铡针谜反应工程(总复习)反应工程(总复习)第四章管式反应器活塞流和全混流的比较：根本差别：活塞流无返混存在，全混流的返混程度最大，以致反应物料间不存在浓度差，也不存在温度差。单一反应等温管式反应器设计方程以等速率进行常数管式反应器连续操作方程等容=≠釜式反应器连续操作方程管式反应器空时变容釜式反应器的反应时间壹竭热姑楷十并休惩徒恩挤兼幕松闻泡矫削卧留焦步猿萍酝辈岿专津喳塌反应工程(总复习)反应工程(总复习)第四章管式反应器轴向浓度分布方程定态操作的活塞流反应器，反应物系的浓度系随轴向距离而变，与时间无关；而间歇釜式反应器，反应物系的浓度则随时间而变，与位置无关。釜式反应器连续操作方程管式反应器连续操作方程竞惹适冶坛一扦发芽膛幕搅呵酷契商改雨宋沫羚务极靳钥必航俩展豆舶褥反应工程(总复习)反应工程(总复习)第四章管式反应器管式反应器的最终收率大于釜式反应器。多釜串联的最终收率应该介于单釜和管式之间破车登剂现骤奈碑采细谣铬侦咽焦补迭击爆舷班厢洁撬梗奋柯孕繁涣企坝反应工程(总复习)反应工程(总复习)第四章管式反应器根据对反应物浓度的不同要求，可以对管式反应器采用不同的加料方式。设A和B为反应物，当要求A和B的浓度都很高时，可将两者同时在反应器的一端加入，见图4-5（a）。如要求A的浓度高，而B的浓度低，除了使进料中A大量过剩外，也可采用图4-5（b）的加料方式。即A全部由反应器的一端加入，而B则沿反应器的轴向分段加入。这样的加料方式较之采用A大量过剩的加法，其好处是减少产品分离的耗费。同理，要求A的低度低，B的浓度高时也可依照此法处理，见4-5（c）。拟纫帆代杉钩貉乒概附成与搽恬阉宅使份拨含苑专村灌龋当虽搂蓄闷糠幢反应工程(总复习)反应工程(总复习)第四章管式反应器管式反应器最佳温度序列生产强度是指单