化学反应工程课件-8讲解
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化学反应工程 课件
33
• 必有
rA1 2rB1 3rC1 4rD
• 当I为反应物时， r rI
I • I为产物时， r rI
I
34
化学反应动力学方程
• 定量描述反应速率与影响反应速率因素 之间的关系式称为反应动力学方程。大 量实验表明，均相反应的速率是反应物 系组成、温度和压力的函数。而反应压 力通常可由反应物系的组成和温度通过 状态方程来确定，不是独立变量。所以 主要考虑反应物系组成和温度对反应速 率的影响。
9
• 三、按反应器型式来分类，分为 • 1． 管式反应器，一般长径比大于30 • 2． 槽式反应器，一般高径比为1—3 • 3． 塔式反应器，一般高径比在3—30之
间
10
• 四、按传热条件分类，分为 • 1． 等温反应器，整个反应器维持恒温，
这对传热要求很高。 • 2． 绝热反应器，反应器与外界没有热量
个不可逆反应动力学方程，如(-rA)=kf' (cA)， 经过积分运算后得到，f(cA)=kt的关系式。
• 例如，一级反应
ln
cA cA0
kt
44
• (2)将实验中得到的ti下的ci的数据代f(ci)函 数中，得到各ti下的f(ci)数据。
• (3)以t为横座标，f(ci)为纵座标，将ti-f(ci) 数据标绘出来，如果得到过原点的直线， 则表明所假设的动力学方程是可取的(即 假设的级数是正确的)，其直线的斜率即 为反应速率常数k。否则重新假设另一动 力学方程，再重复上述步骤，直到得到 直线为止。
rAV 1dd ntA
mo m 3 ls1
• nA：反应体系内，反应物A的摩尔数； • V：反应体积
• t：时间
32
对于反 A 2应 B 3 C 4D
化学反应工程课件
第二章 反应动力学基础
天津大学化工学院 反应工程教学组
整理PPT课件
1
2.1 化学反应速率
定义：单位时间，单位体积反应物系中某一反应组分 的反应量。
AABB RR
rAV 1d dAn ,trBV 1d dBn ,trRV 1ddRnt
1. 对反应物dn/dt<0,对产物dn/dt>0
2. 按不同组分计算的反应速率数值上不等，因此
A
rB
B
rR R
r
r 1 dni 1 d iV dt V dt
恒容 rAV 1d(c dA V t)ddA ctc V 整A 理d Pd PT课V t件 过程
rA
dcA dt3
流动床反应器（定常态过程）
FA0
FA
M
Vr
FA
dVr
FA+dFA
连续反应器 反应速率
rA
dFkc A A c B B c R R kcA A cB B cR R
整理PPT课件
8
平衡时，r＝0 kc AAc BBc RR kcA AcB BcR R
c c c AA BB RR ABR
k/k
cAAcBBcRR Kc
1
A AAB BBR RR
A B C
cA cB cR k/k
阿累尼乌斯方程 kAexp E/(R)T
指前因子
活化能
k又称为比反应速率，其意义是所有反应组分 的浓度均为1时的反应速率。它的因次与速率 方程的形式和反应速率及浓度的因次有关。
lnklnAERT
lnk1T
气相反应
kc整(R 理PPT)课 件T kp(R/T p )ky 12
●正逆反应活化能与反应热的关系
天津大学化工学院 反应工程教学组
整理PPT课件
1
2.1 化学反应速率
定义：单位时间，单位体积反应物系中某一反应组分 的反应量。
AABB RR
rAV 1d dAn ,trBV 1d dBn ,trRV 1ddRnt
1. 对反应物dn/dt<0,对产物dn/dt>0
2. 按不同组分计算的反应速率数值上不等，因此
A
rB
B
rR R
r
r 1 dni 1 d iV dt V dt
恒容 rAV 1d(c dA V t)ddA ctc V 整A 理d Pd PT课V t件 过程
rA
dcA dt3
流动床反应器（定常态过程）
FA0
FA
M
Vr
FA
dVr
FA+dFA
连续反应器 反应速率
rA
dFkc A A c B B c R R kcA A cB B cR R
整理PPT课件
8
平衡时，r＝0 kc AAc BBc RR kcA AcB BcR R
c c c AA BB RR ABR
k/k
cAAcBBcRR Kc
1
A AAB BBR RR
A B C
cA cB cR k/k
阿累尼乌斯方程 kAexp E/(R)T
指前因子
活化能
k又称为比反应速率，其意义是所有反应组分 的浓度均为1时的反应速率。它的因次与速率 方程的形式和反应速率及浓度的因次有关。
lnklnAERT
lnk1T
气相反应
kc整(R 理PPT)课 件T kp(R/T p )ky 12
●正逆反应活化能与反应热的关系
化学反应工程(第三版)陈甘棠主编第八章气液两相反应器PPT课件
（8-14）
定常态操作时，单位界面上反应量等于扩散通量，即
NA(rA )d SA n dtD LA ddA czz0
将A的浓度分布对z求导后代入上式得
式中，
N A( rA )D L LA cA 1 i b D L L D c B c B A AL i kLc A Ai
k LA
DLA L
，称为液膜传质系数。
（8-16）
1 DLBcBL bDLAcAi
，称为瞬间反应的增强系数。物理意义是气
液反应条件下组分A的消失速率与最大物理吸收速率 kLAcAi 之比。 13
式（8-15）中cAi是界面浓度，难以测定，工程设计中通常将 其换算为容易测量的pA来表示的反应速率。因为，
N AkG(A p Ap A)i( rA )kLc A A 1 ib D L L D c c B B A A L i
第八章 气液两相反应器
1
整体概况
概况一
点击此处输入 相关文本内容
01
概况二
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02
概况三
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03
2
8.1 概述
气-液相反应是一类重要的非均相反应。主要分为二种类型： （1）化学吸收： 原料气净化、产品提纯、废气处理等。 （2）制取化工产品
a.
b.
c.
（淤浆床）
A ( g b) l) B P(( r A ) k A c B c
定常态条件下，在单位面积的液膜中取一厚度为dz的微元层，对组分
A作物料衡算：
D Ld A dAc z( rA )d z D Ld A d c zAd dAc d z z
整理得
DLAdd2cz2A kcAcB 0
化学反应工程_第八章_流化床反应器讲解
聚式流化床中存在明显的两相：
气体中夹带少量颗粒的气泡相（ bubble phase ）或稀相 （lean phase）； 颗粒与颗粒间气体所组成的颗粒相（ particulate phase ） 或密相（dense phase），又称乳相（emulsion phase）。
在低气速流化床中，乳相为连续相而气泡相为非连续相。
对于粒径及密度均较大的 B类颗粒，床层并不 经历散式流态化阶段，umf 即umb。
产生的气泡数量不断增加，并且气泡在上升 过程中相互聚并，尺寸不断长大，直至达到 床层表面并开始破裂，颗粒的混合及床层压 降波动非常剧烈。
第八章 流化床反应工程
目
录
第一节 固体流态化的基本特征
第二节 流化床的特征速度
第三节 气-固密相流化床
第四节 循环流化床
前
言
固体散料悬浮于运动的流体，颗粒之间脱离接触而具有类似 于流体性能的过程，称为“固体流态化”。
流化床反应器：利用气体或液体自下而上通过固体颗粒床层 而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应或液固 相反应的反应器。
我国于1956年开始将流态化技术应用于工业装置，南京化学 工业公司自立更生建立了硫铁矿流化床焙烧装置，取代多层 硫铁矿机械焙烧炉，并迅速广泛推广，促进了硫酸工业发展。
前
言
国际上重质油催化裂化使用流态化技术的工业装置投产 于 1942 年，我国自主开发的第一套流化床催化裂化工业 装置于 1965 年建成投产，缩短了我国与发达国家在炼油 领域内的差距，并对裂化催化剂及流化床装置系统进行 了多次重大改进，发表了多部有关的专著（重质油国家 重点实验室）。 我国流化床催化工业反应器已广泛应用于丙烯腈等有机 合成中强放热反应而要求温度范围较窄的过程。
化学反应工程全套教学课件
可逆反应 不可逆反应
❖ 按照反应分子数分
单分子反应 双分子反应
多分子反应
❖ 按照反应机理分 单一反应
多重反应
平行反应 同时反应 连串反应 平行连串反应 集总反应
平行反应：一例如：氯苯的再氯化 k1
C6H5Cl + Cl2
k2
对-C6H4Cl2 + HCl 邻-C6H4Cl2 + HCl
❖ 本征动力学：又称化学动力学，是在理想条件下研究化学反 应进行的机理和反应物系组成、温度、压力等参数，不包括 传递过程及反应器结构等参数对反应速率的影响。
❖ 宏观反应动力学与本征动力学的区别：宏观反应动力学除了 研究化学反应本身以外，还要考虑到质量、热量、动量传递 过程对化学反应的交联作用及相互影响，与反应器的结构设 计和操作条件有关。
❖传递工程：涉及到动量传递、热量传递和质量传递。
❖工程控制：反应器的运转正常与否，与自动控制水平 相关。
1.4 化学反应工程学中涉及的定义
❖ 宏观反应过程：在工业规模的化学反应器中，化学反应过程 与质量、热量及动量传递过程同时进行，这种化学反应与物 理变化过程的综合称为宏观反应过程。
❖ 宏观反应动力学：研究宏观反应过程的动力学称为宏观反应 动力学。
❖ 停留时间分布：在非理想流动中，不同的质点在反应器中的停 留时间不同，形成停留时间分布。
寿命分布：指质点从进入到离开反应
停留时间分布有两种
器时的停留时间分布
年龄分布：指仍然停留在反应器中的
质点的停留时间分布。
寿命和年龄的关系：寿命是反应器出口处质点的年龄。
❖ 返混：不同停留时间的质点或粒子的混合称为返混，又称为 逆向混合。是不同年龄质点的混合，逆向是时间的概念上的 逆向，不同于一般的搅拌混合。
《化学反应工程》课件
《化学反应工程》PPT课 件
欢迎来到本次《化学反应工程》PPT课件！在本课件中，我们将探索化学反 应工程的定义、重要性、应用领域、基本步骤和关键要素。
课程介绍
在这个章节中，我们将简要介绍《化学反应工程》课程的目标和内容。
化学反应工程的定义
1 探索化学变化
了解化学反应工程是研究和优化化学反应的过程。
2 最大化产出
学习如何设计反应条件以获得最高产出率。
3 确保安全
了解如何在反应过程中确保操作员和环境的安全。
化学反应工程的重要性
产品开发
化学反应工程为新产品开发提 供支持。
过程优化
优化反应工程可提高生产效率 并降低成本。
环境保护
合理设计反应过程有助于减少 环境污染。
化学反应工程的应用领域
1
医药行业
化学反应工程在药物合成和制造中起着
能源领域
2
重要作用。
反应工程可应用于石油炼制和可再生能
源生产。
3
化工行业
化学反应工程可促进化学品的生产和工 艺改进。
化学反应工程的基本步骤
反应评估
评估反应的适用性和可能的反应机制。
实验验证
通过实验室测试验证反应方案。
方案设计
制定合适的反应方案和条件。
工业应用
将优化后的反应方案应用于工业生产。
化学反应工程的关键要素
反应器设计
合理设计反应器以实现高效的反 应。
催化剂选择
选择适当的催化剂以促进反应速 率。
过程制
实时监测和调控反应过程以确保 稳定性。
结论和总结
通过本课程，您将掌握化学反应工程的核心知识，并能在实际应用中应用所 学。
欢迎来到本次《化学反应工程》PPT课件！在本课件中，我们将探索化学反 应工程的定义、重要性、应用领域、基本步骤和关键要素。
课程介绍
在这个章节中，我们将简要介绍《化学反应工程》课程的目标和内容。
化学反应工程的定义
1 探索化学变化
了解化学反应工程是研究和优化化学反应的过程。
2 最大化产出
学习如何设计反应条件以获得最高产出率。
3 确保安全
了解如何在反应过程中确保操作员和环境的安全。
化学反应工程的重要性
产品开发
化学反应工程为新产品开发提 供支持。
过程优化
优化反应工程可提高生产效率 并降低成本。
环境保护
合理设计反应过程有助于减少 环境污染。
化学反应工程的应用领域
1
医药行业
化学反应工程在药物合成和制造中起着
能源领域
2
重要作用。
反应工程可应用于石油炼制和可再生能
源生产。
3
化工行业
化学反应工程可促进化学品的生产和工 艺改进。
化学反应工程的基本步骤
反应评估
评估反应的适用性和可能的反应机制。
实验验证
通过实验室测试验证反应方案。
方案设计
制定合适的反应方案和条件。
工业应用
将优化后的反应方案应用于工业生产。
化学反应工程的关键要素
反应器设计
合理设计反应器以实现高效的反 应。
催化剂选择
选择适当的催化剂以促进反应速 率。
过程制
实时监测和调控反应过程以确保 稳定性。
结论和总结
通过本课程，您将掌握化学反应工程的核心知识，并能在实际应用中应用所 学。
《化学反应工程》课件
部分模化法
将反应器的一部分进行放大或缩小， 以研究其放大效应或缩小效应。
相似放大法
通过相似理论来预测大试实验结果， 需要保证相似条件得到满足。
04
流动与混合
流动模型与流型
1 2
层流模型
适用于低雷诺数的流体，流速较低，流体呈层状 流动。
湍流模型
适用于高雷诺数的流体，流速较高，流体呈湍流 状态。
3
过渡流模型
化学反应影响流动特性
化学反应释放的热量和产生的压力变化会影响流体的流动状 态。
流动与混合实验技术
实验设备
包括管式反应器、搅拌釜式反应器、喷射式反应器等。
实验方法
通过测量流体的流速、压力、温度等参数，分析流动与混合对化学反应的影响 。
05
传递过程与反应器的热力学基础
传递过程基础
传递过程定义
物质和能量的传递是自然界和工程领域中普遍存在的现象，传递 过程是研究物质和能量传递规律的科学。
通过调节进料浓度来控制反应物浓度，保证反应的稳定性和效率。
催化剂选择与优化
选择合适的催化剂并优化其用量，提高反应效率和选择性。
反应器放大与缩小
经验放大法
根据小试实验数据和经验公式，通过 比例放大来预测大试实验结果。
数学模拟放大法
通过建立数学模型来模拟反应过程， 并利用计算机技术进行放大和缩小实 验。
管式反应器
适用于连续操作和大量生产，传热效果好， 适用于高粘度液体和悬浮液。
流化床反应器
适用于固体颗粒的反应，传热效果好，适用 于大规模生产。
反应器设计基础
反应动力学
研究反应速率和反应机理，为反应器设计提 供基础数据。
热力学
研究反应过程中的能量变化和物质平衡，为 反应器设计提供热力学依据。
化学反应工程课件-PPT
k/
k
K
1/ p
E
E
1
H
r
ln
k
ln
k
1
ln
K
p
d ln k dT
d ln k dT
1
d ln K p dT
1
H r 1R4T 2
E
E
1
H r
对于吸热反应，ΔHr>0 对于放热反应，ΔHr<0
EE
EE
●反应 速率与 温度的 关系
r k f (X A) k g(X A)
r
dk
dk
( T ) xA f ( X A ) dT g( X A ) dT
kcA0 (1 X A ) (cB0
B A
cA0 X A )
(2.48)
XA——t
● 变
AA BB PP
ci
ni V
XA
容
过 程
* rA kcAcB
1 V
dnA dt
kcA cB
30
AA BB PP
组分
A B
反应前(XA=0)
nA0
1 j A1 2 j A2 ij Ai 0 rj
1M A1 2M A2 iM Ai 0 rM
M
i ij r j (*) j 1
rj
？
i
●忽略次要反应，确定独立反应数M；
●测M个组分的 i
●对每个组分按（*）式,建立M个线 性方程；
●求解代数方程组，得 rj.
22
例：乙苯催化脱氢反应可以用下列方程式表示
不受其他反应的反应组分浓度的影响。
特殊 情况
●多相催化反应； ●变容气相反应.
化学反应工程-25-第八章-流化床反应器ppt课件
二、气泡的速度和大小 1、气泡的速度计算 单个气泡的平均上升速度可取：
u 0 . 711 gd br b
2 ① u u u 0 . 711 gd b 0 mf b 1
1 2
在实际床层中，气泡成群上升，其上升速度有不同的计算公式：
cm gd ② u b s
⑴气泡云与气泡的体积比 C 3 3 3 3 R R C b u 2 u 3 u V R b r f f C 4 C 1 1 C 3 V R u u u u 3 b b r f b r f b R b 4 ⑵气泡晕与气泡的体积比 V V C w Vb 显然： C w
⑶气泡所占床层的体积分率
b
一般认为：大于u0的气体均形成气泡，总的气体流量等于气泡及乳 相中气体流量之和。
u u u 1 0 b b mf b b
L L u u f mf 0 mf 则： b L u u 1 f b mf
四、气泡中的粒子含量 定义： b
有研究者认为：当 u br u t 时，粒子就被气泡带上，并可能从其底部
进入气泡，而使气泡破裂。故当 ubr ut 时为稳定气泡，反之则不稳定。
最大气泡直径应在 u br u t 之时，计算如下：
u 1 t d bmax .711 0 g
但实验表明，气泡的破裂常是由于粒子从气泡顶部侵入所致，故本式 的立论值得商榷。 另一计算式子为：d 0 . 652 A u b max tu 0
u mf u 当 u 时，uf为乳相中的真实气速，气泡内外由于 br f mf
气体环流而形成的气泡云变得明显起来，其相对厚度对圆柱形床，可按 下式计算： 3
化学反应工程全套课件完整版ppt全册电子教案
04
动力学方程式
定量描述反应速
率与影响因素之
间的关系式。
反应速率与影响反应
速率的影响因素之
间的函数表达式
r f (T、c)
均相反应：本征动力学方程
非均相反应：宏观动力学方程
反应速率
定义:在反应系统中，某一物质在单位时间，单位反 应体系内的变化量。
变化量
反应速率
反应时间 （反应体系）
注意：
1、上述定义无论对反应物和产物均成立。
若为反应物则为消失速度 .
若为产物则为生成速度.
1 dnA
V dt
1 dni
ri
V dt
(rA )
反应速率
2、反应速率恒为正值
1 dni
ri
V dt
3、速度的表示形式和化学计量系数有关
对于 A A B B P P S S
05
工业指标
反 应 程 度
对于下列化学反应：
AA BB RR S S
初始：
某一时刻：
nA0
nA
nB0
nB
nR0
nR
ns0
ns
反应的量 nA- nA0 <0 nB- nB0 <0 nR- nR0＞0 nS- nS0＞0
其中 为化学计量系数。对反应物而言为“－”，对生成物而
I
言为“＋”。
3. 示踪剂必须是能用简便而又精
确的方法加以确定的物质
4.示踪剂尽量选用无毒、不燃、无
腐蚀、价格便宜的物质
示
踪
物
的
选
择
03
反应器流体流动
脉冲法
过 程：
在反应器中流体达到定态流动后，在极短的时间内将示踪物注入进料中，然后立刻
化学反应工程-第8章
• H/D 值太小时，分布器结构及气泡进入时状态对过程 影响较大。气泡离开床层时液体夹带量较多。 • H/D比值过大，由于气泡的汇合作用，在小直径塔中 有可能形成节涌状态。
溶质渗透理论的结果是
表面更新理论
丹克沃茨提出的表面更新理论引入了相际接触表面更新的概念。 假定旋涡的年龄分布函数为一指数分布，并规定分布函数的特征参数为在界 面上旋涡微元的更新频率s，为一常数，则可求得通过液膜的平均传质速率NA 为：
从表面更新理论得到的结果，也是
8.2 伴有不可逆和可逆反应的传质
落在图中对角线附近，这相当于拟一 级反应的情况。
•
c ．在一定β∞值时，增加γ，则β也增 加，最后β值趋近于β∞ 。
④ 一级或拟一级不可逆快速反应
边界条件为
解得
于是有
由图图8－6可见：
对于快速反应，质及反应速率。情况（c ) （d ) : 容积反应速率
容积传质速率
⑤ 慢速反应
（情况图８－４（g )）
• 基本理论：双膜理论 • 与物理吸收的差别在于在液相主体和液膜中存在化学反应，反应速率的快慢直 接影响了吸收的速率。 • 反应历程亦为连串过程，反应速率决定了控制步骤的所在。
反应过程根据不同的传质速率和化学反应速率，可有8种不同情况 ：
情况（a ) ：与传质速率相比较，反应是瞬间完成的。在液体微元中，只能含有 A 或B ，两者不能并存，反应只能发生在含A 的液相和含B 的液相间的一个界 面上。A 和B 扩散至此界面的速率就决定了过程的总速率。р A 和cB的变化将导 致反应面位置的移动。
的增大，导致η下降显得缓慢。 对快反应，为了提高内部利用率，应使
下降。
8.2.3 反应速率的实验测定
化学反应工程要点解析ppt课件
K
0
X A1
XA
X A2
V Q c r 0 A 0 p
X A 2
0
dX A [ R ( X )] A A
达到相同的转化率， 管式反应器所需的反应体积小于釜式反应器
4.3.2 反常动力学
Q 0cA 0XA 2 V r M [ RA(XA)]
G
1 (R A )
M
L
P
0
X A1
N
Q c X c ( X X ) 0 A 0 A 1 Q 0 A 0 A 2 A 1 V r M [ R ( X )] [ R ( X )] A A 1 A A 2
VR tm V0
3） t m 和 t 的关系 对于等容过程，t m ＝ t ，因此，通过实验确定 t ，就可求出 t m
tm
也可写为：
tEt ( )d t t tEt ( )d t ( )d t Et
0 0 0
(4-17)
1 d F ( t ) t t t d t t d F ( t ) m 0 0 d t
rA 显然，cA=0.5kmol/m3时，速 率达最大值。 cAf 0 0.5 cA0 1.0 cA
(2) 全混流反应器
1/rA
(3) 平推流反应器
1/rA
cAf
cA0
cA
cAf
cA0
cA f cA0
cA
VR V0
cA0 cAf (rA) f
V R V 0
dcA r A
(2)全混流反应器
0
2）物料平均停留时间tm：是整个物料在设备内的平均停留时间。 设进入反应器的物料流量为V，则在反应器中任取一微元体 积dVR，对于任何流型，均有
化学反应工程PPT课件
行分析的基本依据。
2.1.2 均相反应动力学方程
解：将Arrhenius式取对数，则有
ln
k
E RT
ln
k0
由式可见，lnk与1/T之间为线性关系。整理表2.1-1中数据可得
B
-7.2
-7.4
lnk
-7.6
-7.8
-8.0
-8.2
-8.4
2.30
2.32
2.34
2.36
2.38
2.40
2.42
2.1 基本概念及术语
2.1-4 反应速率方程
一、函数形式
r f (T , P, cA, cB......)
（1）双曲函数型 由反应机理导出，常用于反应机理分析。 （2）幂函数型 由质量作用定律得到，函数中的参数需通过实验测定， 常用于工程计算。 二、动力学方程
设一均相不可逆反应 动力学方程
aA bB pP
代入动力学方程整理得
cR0 cR0+cA0xA
dxA dt
(k1
k2
cR0 cA0
)
(k1
k2
)
xA
可逆反应的计算中常引入化学平衡数据，这里假设
（1）
（1）
表2-2-2列出其它可逆反应的速率方程的积分形式。要求能够根据 具体反应正确选择方程式进行计算。
2.2-3 均相催化反应
A+C
R+ C
（2-2-30）
-rA
特点：有一最大反应速率
cM0/2
cA
对式（2-2-30）微分，并令其导数等于零，得到最大反应速率及
对应的反应物浓度
化学反应工程-第八章 气-液-固三相反应及反应器要点
41
气—液—固三相床反应器实例
气—液—固三相床甲醇合成由于惰性液相热载体的作用， 床层易于控制在等温操作，减少可逆反应平衡的影响，并且
使用细颗粒惟化剂，减少了内扩散过程对减低反应速率的影 响，特别适用于高浓度一氧化碳合成甲醇。
42
43
加压气—液—固三相鼓泡淤浆床环氧乙烷合成
44
(2)固体作为催化剂的气-液-固反应：煤的催化液化，石油馏 分加氢脱硫，乙炔铜为催化剂合成丁炔二醇，苯乙炔和苯乙烯 的催化加氢等。 (3)二个反应相，第三个是惰性相：液相为惰性相的气—固催 化反应，液相作为传热介质，如一氧化碳催化加氢生成烃类、 醇类、醛类、酮类和酸类的混合物；气体为惰性相的液—固反 应，气体起搅拌作用，例如硫酸分解硫铁矿槽式反应釜内用空 气搅拌。
15
涓流床三相反应器
1、气、液并流向下通过固定床的流 体力学 (1)气，液稳定流动区——当气速较 低时，液体在颗粒表面形成滞流液膜， 气相为连续相， “涓流状”。气速 增加称为“喷射流”；
(2)过渡流动区——继续提高气体流 速，床层上部是喷射流，下部出现脉 冲现象。 (3)脉冲流动区——气速进一步增大
损。
按照气体的分散方式，机械搅拌悬浮三相反应器分为压 力布气式和自吸式两种。
25
26
机械搅拌鼓泡反应器中固体的悬浮
泛速——搅拌鼓泡悬浮反应器如果超过了极限气速，搅拌器 将失去分散气体的作用，气流将从容器中间冲破垂直向上， 此时容器底部的扰动较少，固体格会沉积在那里。
27
28
淤浆床鼓泡反应器
或称为鼓泡淤浆反应器(Bubble Column Slurry Reactor， BCSR)。 优点： (1)使用细颗粒催化剂，充分消除了大颗粒催化剂粒传质及传 热过程对反应转化率、反应收率及选择率的影响。 (2)反应器内液体滞留量大，热容量大，具有全混性质，容易 移走反应热，温度易控制，床层可处于等温状态， (3)可以在不停止操作的情况下更换催化剂。
化学反应工程PPT演示课件
方程。
非均相模型（考虑流体和粒子表面间 1.按动力学 的拟温均度相和模浓型度（差忽）略流体和粒子表面间
的温度和浓度差，假设流体与粒子为 浑然一体的均相）
2.床层温度二 一维 维模 模型 型（ （轴 平向 推和 流径 模向 型） 和轴向扩散模型）
3.按流体流动非 理理 想想 流流 动动 模模 型型
26
• 解：①求颗粒的平均直径。
dS
1 xi
0.60 0.25 0.15 1 3.96mm 3.96103 m 3.40 4.60 6.90
di
• ②计算修正雷诺数。
Re m
g
dSG
1 B
3.96 103 6.2
2.3105 1 0.44
dV
19
•（2）外表面积当量直径： (非球形颗粒折合 成相同外表面积的球形颗粒应当具有的直径）
球形外表面积：SS
4π
d 2
2
SS π
1
2
da
• （3）比表面积当量直径： (非球形颗粒 折合成相同比表面积的球形颗粒应当具 有的直径）
球形比表面积：
SV
SS VS
－P f
L de
um2 2 B 2
＝f
L
2 3
.
(1
B
B
)
.d
S
um2 2 B2
＝3 f 4
L dS
1B
3 B
u m2
f L dS
1B
3 B
u
非均相模型（考虑流体和粒子表面间 1.按动力学 的拟温均度相和模浓型度（差忽）略流体和粒子表面间
的温度和浓度差，假设流体与粒子为 浑然一体的均相）
2.床层温度二 一维 维模 模型 型（ （轴 平向 推和 流径 模向 型） 和轴向扩散模型）
3.按流体流动非 理理 想想 流流 动动 模模 型型
26
• 解：①求颗粒的平均直径。
dS
1 xi
0.60 0.25 0.15 1 3.96mm 3.96103 m 3.40 4.60 6.90
di
• ②计算修正雷诺数。
Re m
g
dSG
1 B
3.96 103 6.2
2.3105 1 0.44
dV
19
•（2）外表面积当量直径： (非球形颗粒折合 成相同外表面积的球形颗粒应当具有的直径）
球形外表面积：SS
4π
d 2
2
SS π
1
2
da
• （3）比表面积当量直径： (非球形颗粒 折合成相同比表面积的球形颗粒应当具 有的直径）
球形比表面积：
SV
SS VS
－P f
L de
um2 2 B 2
＝f
L
2 3
.
(1
B
B
)
.d
S
um2 2 B2
＝3 f 4
L dS
1B
3 B
u m2
f L dS
1B
3 B
u
化学反应工程第八章 气液固三相反应及反应器ppt资料
床层宏观反应动力学
15
第十五页，编辑于星期五：十四点 二分。
涓流床三相反应器
1、气、液并流向下通过固定床的流 体力学 (1)气，液稳定流动区——当气速较低 时，液体在颗粒表面形成滞流液膜， 气相为连续相， “涓流状”。气速增 加称为“喷射流”；
(2)过渡流动区——继续提高气体流速，床 层上部是喷射流，下部出现脉冲现象。
缺点——大型涓流床反应器低液速操作的液流径向分布不均匀， 局部过热，催化剂迅速失活。催化剂颗粒不能太小，而大颗粒催 化剂存在明显的内扩散影响；轴向温升，可能飞温。
6
第六页，编辑于星期五：十四点 二分。
悬浮床气—液—固反应器
①机械搅拌悬浮式； ②淤浆床鼓泡反应器，以气体鼓泡搅拌； ③不带搅拌的气、液两相流体并流向上，而颗粒不带出床外 的三相流化床反应器； ④三相携带床反应器，不带搅拌的气、液两相流体并流向上， 而颗粒随液体带出床外的三相输送床反应器；
(3)二个反应相，第三个是惰性相：液相为惰性相的气—固催化 反应，液相作为传热介质，如一氧化碳催化加氢生成烃类、醇类、 醛类、酮类和酸类的混合物；气体为惰性相的液—固反应，气体 起搅拌作用，例如硫酸分解硫铁矿槽式反应釜内用空气搅拌。
2
第二页，编辑于星期五：十四点 二分。
第三页，编辑于星期五：十四点 二分。
安静鼓泡区、湍流鼓泡区、栓塞流区。 上述流区间的过渡条件与液体特性、气体分布器的设计、 颗粒特性及床层尺寸等因素有关。
例如，对于高粘性的流体在很低的表观气速下可形成栓塞流。气
体分布器如采用微孔平均直径低于150um的素烧陶瓷板，当表 观气速达0.05一0.08m/s时，仍为安静鼓泡区，当多孔板孔径超 过1mm时，气泡分散区仅存在于很低的表观气速。
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15
习题1.1
第一章习题答案
一个75kg的人大约每天消耗6000kJ热量的食物,假设食物 为葡萄糖,其反应方程式为:
C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O -ΔH=2816kJ如果人吸入的空 气中含CO20.04%、O2 20.96%，呼出的气体中CO2含量上 升到4.1%、O2含量降低到16.1%，请问人每千克体重代 谢所消耗的空气的速率。
➢ 循环操作的平推流反应器 ➢ 反应器特性特性分析---推动力
化学反应推动力------体系组成与平衡组成的差 化学反应的化学势
3
复习
返混对反应器体积的影响（反应级数n>0)
xA dxA
0 rA
xA rA
V
v0cA0
xA 0
dxA rA
V
v0cA0
xA rA
返混对反应器体积的影响（反应级数n<0)
该反应为一级不可逆反应,反应速率常数与温度的关系为:
k 1.391014 exp( 37700) RgT
c c α1α 2 bβ1> β2, A、B维持高 水平
α1> α2，β1< β2, A浓度高水平、 B在低浓度水平 1）半间歇反应器， 2）平推流，A可以轴向进料， B侧向连续进料 3）多级串联全混流反应器
8
流动模型与反应选择性
总选择性定量分析最终产品分别：
s
1 xA
• x=0.201 y=103.96 • 反应需O2: 6000/2816/0.201×6=63.6 (mol) • 空气消耗速率: 63.6/0.2096/75=4.05 mol/kg • 4.05×22.4/24/60=0.063 L/min·kg
17
答案
• 如果该题目改为:人对反应的水份不产生影响.且 不给出CO2的出口浓度,则:
2k1)
流动模型与反应选择性
cB cC
cB cC
反应速率常数的相对大小对反应的选择性起决定性作用
12
流动模型与反应选择性
cC cB
13
流动模型与反应选择性
全混流反应器
FA0 FA rAV
FB rBV
FC rCV
τ (cA0 CA) / k1cA cB /(k1cA k 2cB) cC / k 2cB
第二章 反应器内的流体流动与混合 Chapter 2 Fluid Flow & Mixture in Reactor
几种理想反应器 不同反应器及反应器的组合 停留时间对转化率选择性的影响 停留时间分布测定 停留时间分布与流动模型
1
作业 Assignment
新版教材：
2.9 2.10 2.11
2
复习
6
流动模型与反应选择性
根据瞬时选择性定义，
s
rD rA
1 (kU
1
/
k
D
)c
α2 A
α1
两组分参与的平行反应：
A B k1 D (目的产物）
A B k2 U (副产物） 速率方程为：
rD
k1c
α1 A
c β1 B
rU
k2
c
α2 A
c β2 B
7
流动模型与反应选择性
sDU
rD rU
kD kU
20.96(1 x)
100% 16.1%
20.96(1 x) 79 0.04 20.96x 20.96x
• 重要知识点:
关键组分的转化率
xA
nA,0 nA n A,0
18
习题2.2
在210℃等温条件下,进行亚硝酸乙酯的气相分解反应 C2H5ONO NO 0.5CH3CHO 0.5C2H5OH
平推流反应器
dFA = rAdV dFB = rBdV dFC = rcdV 过程恒容，Fi = v0ci , dV = v0dτ - dcA / dτ = k1cA dcB / dτ = k1cA - k2cB dcc / dτ = k2cB
10
流动模型与反应选择性
反应物A的浓度变化：
cA cA0 exp(k1τ) 产物B的生成浓度为一阶微分方程：
16
答案
• C6H12O6+6O2+inert=6CO2+6H2O+inert
• mol
20.96 79 0.04 0 79 t=0
• mol 20.96(1-x) 79 0.04+20.96x 20.96x 79 t=t • 则反应后总摩尔数为y,则有
• 20.96 (1-x)/y=16.1% • (0.04+20.96x)/y=4.1%
cB
(1
k1τcA0 k1τ )(1
k2τ)
最大需要的反应停留时间
τopt，直接令dcB / dτ 0,
τopt (k1k2 )1/ 2
14
流动模型与反应选择性
反应速率常数的相对大小对反应的选择性起决定性的作用。 同样转化率下，平推流反应器对于目标产物的选择性高。 k1/k2较大时，反应转化率可适当高些；k1/k2较小时，尽 量降低反应器内的反应转化率
理想反应器的组合 例题2.1，习题2.7
4
流动模型与反应选择性
➢ 流体在反应器内的流动状况不仅影响反应器的大小，而且
影响对目的产物的选择性。选择性是优化考虑的主要因素。
➢ 不同的返混状况对反应选择性的影响
收率
Y
生成产物所消耗的关键组分A的物质的量 进入反应器的关键组分A的物质的量
选择性
S
生成产物所消耗的关键组分A的物质的量 已消耗关键组分A的总物质的量
5
流动模型与反应选择性
平行反应
A kD D (目的产物） A ku U (副产物）
相应的速率方程为： rD kDcAα1 rU kU cAα2
α1, α2均大于0，D和U相对选择系数sDU
sDU
rD rU
kD kU
c α1α 2 A
α1> α2 浓度增加, sDU增大，平推流或间歇反应器 α1< α2 全混流反应器
xA
sdxA
0
1 xA
s xA DU
0 1 sDU
dxA
平行反应中，若反应中的浓度级数不同，可通过控 制反应的浓度来改变反应物的分布。
反应物浓度高有利于级数高的反应，浓度低有利于级 数低的低的反应
9
流动模型与反应选择性
串联反应 (重点）
A k1 B(目的产物）k2 C
反应时间对串联反应选择性有重要影响，返混影响选择性
dcB / dτ k2cB cA0 exp(k1τ)
初始条件：τ 0，cB 0
cB
k1 k2 k1
cA0 (ek1τ
ek2τ )
目的产物的出口浓度最大需要的反应时间
τopt，直接令dcB / dτ 0,
τ opt
1 k1 k2
ln
k1 k2
11
cB,opt
cA0
(
k1 k2
)k
2 /( k
习题1.1
第一章习题答案
一个75kg的人大约每天消耗6000kJ热量的食物,假设食物 为葡萄糖,其反应方程式为:
C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O -ΔH=2816kJ如果人吸入的空 气中含CO20.04%、O2 20.96%，呼出的气体中CO2含量上 升到4.1%、O2含量降低到16.1%，请问人每千克体重代 谢所消耗的空气的速率。
➢ 循环操作的平推流反应器 ➢ 反应器特性特性分析---推动力
化学反应推动力------体系组成与平衡组成的差 化学反应的化学势
3
复习
返混对反应器体积的影响（反应级数n>0)
xA dxA
0 rA
xA rA
V
v0cA0
xA 0
dxA rA
V
v0cA0
xA rA
返混对反应器体积的影响（反应级数n<0)
该反应为一级不可逆反应,反应速率常数与温度的关系为:
k 1.391014 exp( 37700) RgT
c c α1α 2 bβ1> β2, A、B维持高 水平
α1> α2，β1< β2, A浓度高水平、 B在低浓度水平 1）半间歇反应器， 2）平推流，A可以轴向进料， B侧向连续进料 3）多级串联全混流反应器
8
流动模型与反应选择性
总选择性定量分析最终产品分别：
s
1 xA
• x=0.201 y=103.96 • 反应需O2: 6000/2816/0.201×6=63.6 (mol) • 空气消耗速率: 63.6/0.2096/75=4.05 mol/kg • 4.05×22.4/24/60=0.063 L/min·kg
17
答案
• 如果该题目改为:人对反应的水份不产生影响.且 不给出CO2的出口浓度,则:
2k1)
流动模型与反应选择性
cB cC
cB cC
反应速率常数的相对大小对反应的选择性起决定性作用
12
流动模型与反应选择性
cC cB
13
流动模型与反应选择性
全混流反应器
FA0 FA rAV
FB rBV
FC rCV
τ (cA0 CA) / k1cA cB /(k1cA k 2cB) cC / k 2cB
第二章 反应器内的流体流动与混合 Chapter 2 Fluid Flow & Mixture in Reactor
几种理想反应器 不同反应器及反应器的组合 停留时间对转化率选择性的影响 停留时间分布测定 停留时间分布与流动模型
1
作业 Assignment
新版教材：
2.9 2.10 2.11
2
复习
6
流动模型与反应选择性
根据瞬时选择性定义，
s
rD rA
1 (kU
1
/
k
D
)c
α2 A
α1
两组分参与的平行反应：
A B k1 D (目的产物）
A B k2 U (副产物） 速率方程为：
rD
k1c
α1 A
c β1 B
rU
k2
c
α2 A
c β2 B
7
流动模型与反应选择性
sDU
rD rU
kD kU
20.96(1 x)
100% 16.1%
20.96(1 x) 79 0.04 20.96x 20.96x
• 重要知识点:
关键组分的转化率
xA
nA,0 nA n A,0
18
习题2.2
在210℃等温条件下,进行亚硝酸乙酯的气相分解反应 C2H5ONO NO 0.5CH3CHO 0.5C2H5OH
平推流反应器
dFA = rAdV dFB = rBdV dFC = rcdV 过程恒容，Fi = v0ci , dV = v0dτ - dcA / dτ = k1cA dcB / dτ = k1cA - k2cB dcc / dτ = k2cB
10
流动模型与反应选择性
反应物A的浓度变化：
cA cA0 exp(k1τ) 产物B的生成浓度为一阶微分方程：
16
答案
• C6H12O6+6O2+inert=6CO2+6H2O+inert
• mol
20.96 79 0.04 0 79 t=0
• mol 20.96(1-x) 79 0.04+20.96x 20.96x 79 t=t • 则反应后总摩尔数为y,则有
• 20.96 (1-x)/y=16.1% • (0.04+20.96x)/y=4.1%
cB
(1
k1τcA0 k1τ )(1
k2τ)
最大需要的反应停留时间
τopt，直接令dcB / dτ 0,
τopt (k1k2 )1/ 2
14
流动模型与反应选择性
反应速率常数的相对大小对反应的选择性起决定性的作用。 同样转化率下，平推流反应器对于目标产物的选择性高。 k1/k2较大时，反应转化率可适当高些；k1/k2较小时，尽 量降低反应器内的反应转化率
理想反应器的组合 例题2.1，习题2.7
4
流动模型与反应选择性
➢ 流体在反应器内的流动状况不仅影响反应器的大小，而且
影响对目的产物的选择性。选择性是优化考虑的主要因素。
➢ 不同的返混状况对反应选择性的影响
收率
Y
生成产物所消耗的关键组分A的物质的量 进入反应器的关键组分A的物质的量
选择性
S
生成产物所消耗的关键组分A的物质的量 已消耗关键组分A的总物质的量
5
流动模型与反应选择性
平行反应
A kD D (目的产物） A ku U (副产物）
相应的速率方程为： rD kDcAα1 rU kU cAα2
α1, α2均大于0，D和U相对选择系数sDU
sDU
rD rU
kD kU
c α1α 2 A
α1> α2 浓度增加, sDU增大，平推流或间歇反应器 α1< α2 全混流反应器
xA
sdxA
0
1 xA
s xA DU
0 1 sDU
dxA
平行反应中，若反应中的浓度级数不同，可通过控 制反应的浓度来改变反应物的分布。
反应物浓度高有利于级数高的反应，浓度低有利于级 数低的低的反应
9
流动模型与反应选择性
串联反应 (重点）
A k1 B(目的产物）k2 C
反应时间对串联反应选择性有重要影响，返混影响选择性
dcB / dτ k2cB cA0 exp(k1τ)
初始条件：τ 0，cB 0
cB
k1 k2 k1
cA0 (ek1τ
ek2τ )
目的产物的出口浓度最大需要的反应时间
τopt，直接令dcB / dτ 0,
τ opt
1 k1 k2
ln
k1 k2
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cB,opt
cA0
(
k1 k2
)k
2 /( k