--反应工程总结

q
rj rij
i 1
ri A ri B riC ri D ai bi ci di
组分 进料流率/(mol / s) 反应速率/(mol / s)
出料流率/(mol / s)
A B C D I 合计
FA0 FB0 B FA0 FC 0 C FA0 FD0 D FA0 FI 0 I FA0
化工楼513
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化工热力学
• 化学平衡 • 化学平衡常数、平衡转化率 • 反应热、反应热与温度关系 • 反应特点
– 不可逆、可逆放热、可逆吸热 – 最优操作温度
• 催化剂特点及吸附等温方程（吸附平衡）
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反应动力学
• 均相反应和非均相反应 • 基元反应和非基元反应 • 幂指数型动力学和双曲线型动力学方程
热容的情形
Q
Ws
[H
0 RX
(TR
)
Cˆ
p
(T
TR
)]FA0
X
FA0 n iC~ pi (T Ti0 ) i 1
再简化：没有功, 绝热操作
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n iC~ pi (T Ti 0 )
X
i 1
[H
0 RX
(TR
)
Cˆ
p
(T
TR )]
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稳态能量衡算方程
CSTR
UA(Ta FA0
(rA )out
out dX
V FA0 in rA
m FA0
out dX in rA’
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1 -rA
t CA0
BR
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1 -rA X
V FA0
CSTR
1 -rA X
PFR
V FA 0
X
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单一反应、复合反应化学计量学表的建立
rA rB rC rD
a b cd
– 外扩散
• 外扩散控制特点，判断与判据
– 内扩散
• 内扩散控制特点，判断与判据
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E1 1
k
k1(T1 )exp[ R
( T1
T
)]
KC
K
C
2
(T2
)
e
xp[
H
0 RX
R
1 ( T2
1 )] T
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以转化率改写设计方程
N A N A0(1 X )
FA FA0(1 X )
反应器 间歇反应器
CSTR PFR PBR
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微分形式
dX N A0 dt rAV
dX FA0 dV rA
FA0
dX dm
rA‘
代数形式
积分形式
X dX
t N A0 0 rAV
t
X dX
V FA0( Xout Xin ) 0 V (t)dt N A0 0 rA
X E ~ T (绝热平衡温度)
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•
生热项
G(T
)
(
H
0 RX
)(
rAV FA0
)
• 移热项（通过流动和换热）R(T ) C p0 (1 )(T Tc )
К=∞
R(T)
К= 0
Ta
T0
Increase К
T
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T Tr时，CSTR的T满足：
Trc
FT 0
(FA0 X )
b a
(FA0
X
)
c a (FA0 X )
d a (FA0 X )
0
FA FA0 (1 X)
FB
FA0 (B
b a
X)
FC
FA0 (C
c a
X)
FD
FA0 ( D
d a
X)
FI FI 0
FT
FT 0
(d a
c a
b a
1)FA0X
FT FT 0 FA0X
气相：v
CA
D
A
C A0 CA
rD rA
dC A
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CSTR : CD
YD (C A0
CA)
rD rA
(C A0
CA)
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原有能量衡算方 程简化到稳态
n
Q Ws FA0
i 1
T
Ti 0 iC pidT
[H
0 RX
(TR
)
T
TR C pdT ]FA0 X 0
再用于恒定摩尔 热容或平均摩尔
考试与答疑
• 考试时间：？月？日(周？)？午？:？~？:？ • 考试地点：？ • 考试形式：允许带一本反应工程教材
• 答疑时间：？月？日？午？:？~？:？
• 答疑地点：化工楼513
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试题题型
• 填空题：？分 • 计算题：？分
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化学反应工程总结
浙工大化材学院 hyliu@zjut.edu.cn
YD
rD rA
dC D dCA
CD
Y dC CA0
CA D
A
CA0 CA
rD rA
dC A
Y~D
CD CA0 CA
1 C A0 CA
Y dC C A0
CA
D
A
YD
~
C
的
A
关
系
（即rD
~
rA的关系）决定了D的收率
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PFR(BR) : CD
Y dC C A0
Tr
Tc
RTr2 E
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• 催化反应的七个步骤 • 控制步骤：动力学控制、扩散控制 • 控制步骤的方法推导本征动力学方程
• 拟稳态假设推导动力学方程 • 生化反应动力学
v0 (
p0 p
)(1
X
)
T T0
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CA
FA v
C A0
1 X 1 X
T0 T
p p0
CC
FC v
C
A0
(
C
(c / a 1 X
)
X
)
T0 T
p14 p0
SDU
rD rU
YD
rD rA
S~DU
FD FU
Y~D
FD FA0 FA
Leabharlann Baidu
结合反应动力学，对应用于复 合反应的反应器型式、浓度、 温度及操作方式的选择 复杂反应体系的反应器设计
• 反应速率定义（间歇、流动系统） • 反应级数、活化能、反应速率常数
• 控制步骤 • 拟稳态假设、活性中间体概念
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化学计量学
• 单一反应和复杂反应 • 气相反应中的恒摩尔流和变摩尔流，恒容
和变容问题
• 转化率 • 收率和选择性 • PFR、CSTR中瞬时收率与总收率关系
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化学反应器
• 反应器类型及特点
– 间歇：完全混合反应器 – 连续：PFR、CSTR、PBR
• 反应器模型
– 物料平衡（设计方程） – 能量平衡（操作方程） – 压强降/阻力
• 化学反应器的多重定态问题
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化学反应器
• 传递因素对反应的影响
– 流体流动与混合
• 不同型式反应器中流动与混合特性不同，结合反应 动力学特性，可选择适当的反应器型式
T
)
X
[H
0 RX
(TR
)
Cˆ
p (T
TR
)]
n iC~ pi (T Ti0 ) i 1
PFR
dT Ua(Ta T ) (rA )[H RX (T )]
dV
FA0 ( iC pi XC p )
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Ti0 T0 r0
X EB
iC pi (T T0 ) H RX (T )