化学反应工程复习+公式指导

化学反应工程复习总结

一、知识点

1.化学反应工程的研究对象与目的，研究内容。

化学反应工程的优化的技术指标。

2.化学反应动力学

转化率、收率与选择性的概念。

反应速率的温度效应和活化能的意义。

反应速率的浓度效应和级数的意义。

3.理想反应器与典型反应特征

理想反应器的含义。

等温间歇反应器的基本方程。

简单不可逆反应和自催化反应的特征和计算方法。

可逆反应、平行反应和串联反应的动力学特征和计算方法。

4.理想管式反应器

管式平推流反应器的基本方程

典型反应的计算。

停留时间、空时和空速的概念。

膨胀因子和膨胀率的概念。

5.连续流动釜式反应器

全混流模型的意义。

全混流反应器的基本方程

全混流反应器的计算。

循环反应器的特征与计算方法。

返混的概念、起因、返混造成的后果。

返混对各种典型反应的利弊及限制返混的措施。

6.停留时间分布与非理想流动

停留时间分布的意义，停留时间分布的测定方法。

活塞流和全混流停留时间分布表达式，固相反应的计算方法。

多釜串联模型的基本思想，模型参数

微观混合对反应结果的影响。

7.反应器选型与操作方式

简单反应、自催化和可逆反应的浓度效应特征与优化。

平行反应、串联反应的浓度效应特征与优化。

反应器的操作方式、加料方式。

8．气固催化反应中的传递现象

催化剂外部传递过程分析，极限反应速率与极限传递速率。

Da和外部效率因子的定义及相互关系。流速对外部传递过程的影响。

催化剂内部传递过程分析，Φ和内部效率因子的定义及相互关系。

扩散对表观反应级数及表观活化能的影响。

一级反应内外效率因子的计算。

内外传递阻力的消除方法。

9.热量传递与反应器热稳定性

定态、热稳定性、临界着火温度、临界熄火温度的概念。

催化剂颗粒热稳定性条件和多态特性。

全混流反应器、管式固定床反应器热稳定条件。最大允许温差。

绝热式反应器中可逆放热反应的最优温度分布。

二、具体内容解析

一、 绪论

1． 研究对象是工业反应过程或工业反应器 研究目的是实现工业反应过程的优化

2． 决策变量：反应器结构、操作方式、工艺条件 3． 优化指标——技术指标：反应速率、选择性、能耗 掌握转化率、收率与选择性的概念 4． 工程思维方法

二、化学反应动力学

1. 反应类型：简单反应、自催化、可逆、平行、串联反应

基本特征、分析判断

2. 化学反应速率的工程表示

)

)((反应区反应时间反应量

反应速率＝

3. 工业反应动力学规律可表示为：

)()(T f C f r T i C i ⋅=

a) 浓度效应——n 工程意义是：反应速率对浓度变化的敏感程度。

b) 温度效应——E 工程意义是：反应速率对温度变化的敏感程度。

已知两个温度下的反应速率常数k ，可以按下式计算活化能E ：

反应结果r ，

工程问题

2112

11ln ()k E k R T T =- E ——cal/mol ，j/mol T ——K

R = 1.987cal/mol.K = 8.314 j/mol.K

三、PFR 与CSTR 基本方程

1. 理想间歇：⎰⎰-=--==

Af A Af A x x A

A

A c c A A R r dx c r dc v V t 00)()(00 2. 理想PFR ： ⎰⎰-=--==Af A Af A x x A

A A c c A A R p r dx c r dc v V 00)()(00τ 3. CSTR ：

)

()(00A A

A A A A R p r x c r c c v V -=

--==

τ 4. 图解法

四、简单反应的计算 n=1,0,2级反应特征

0(1)A A A c c x =-

浓度、转化率、反应时间关系式 PFR →CSTR ，CSTR ←PFR 基本关系式

PFR （间歇）

CSTR

00

()Af A c R A

p

c A V dc v r τ

==--⎰ 0()A A

R m A c c V v r τ-==-

ττ

n=0 0A A p c x k τ=

0A A p c x k τ=

n=1

n=2

五、可逆反应

A

P

)()(02121A A A P A A C C k C k C k C k r --=-=-

浓度效应：

⇒=-0)(A r ]

)

1(ln[10201

2A A

eq x x k k R E E T --=

]

)

x (x k k E E ln[R E E A A opt --=110201212

PFR 积分式

CSTR ：由基本方程导出 六、平行反应

A k

k

P （主反S （副反

2

1

1

2

1

1

n

A

n

A

n

A

S

P

P

C

k

C

k

C

k

r

r

r

+

=

+

=

β，

Af

A

C

C A

Af

A

pf

C

C

dC

C

C

C Af

A

-

-

=

-

=

⎰

β

β

()

A

A

C

p

P

pf A

C

A A

dC

r

C dC

r dC

ββ

==-=-

-

⎰温度效应：温度升高有利于活化能大的反应

浓度效应：浓度升高有利于级数大的反应

计算：由基本方程PFR、CSTR推出

①反应器选型与组合优化：

β~C A曲线——对应面积=C P