任务一 间歇操作釜式反应器设计

江西应用技术职业学院教案首页本学期授课次序授课班级15化工01班课题名称任务一间歇操作釜式反应器设计

教学目的要求

1、掌握理想流动模型及返混对反应的影响

2、掌握化学反应速率及反应动力学方程

3、掌握均相反应速率表示方式

4、掌握均相反应动力学

教学重点及难点

均相反应速率的表示方式、均相反应动力学

教学程序设计次序内容计划时间（min）1

2

3

4

5

6

点名、回顾上节课内容

反应器流动模型

化学反应速率及反应动力学方程

均相反应速率

均相反应动力学

小结

5

25

20

15

20

5

作业：小结：

任务一间歇操作釜式反应器设计

工作任务：根据化工产品的生产条件和工艺要求进行间歇操作釜式反应器的工艺设计

预备知识：

一、反应器流动模型

（一）理想流动模型

1、理想置换流动模型

也称为平推流模型或活塞流模型。指在任一截面的物料如同活塞一样在反应器中移动，垂直于流动方向的任一横截面上所有的物料质点的年龄相同，是一种返混量为零的极限流动模型。其特点是在定态情况下，沿着物料流动方向物料的参数会发生变化，而垂直于流动方向上的任一截面的所有参数都相同，如浓度、压力、流速等。

2、理想混合流动模型

称为全混流模型。由于强烈搅拌，反应器内物料质点返混无穷大，所有空间位置物料的各种参数完全一致

3、返混及其对反应的影响

指不同时刻进入反应器的物料之间的混合，是逆向的混合，或者说是不同年龄质点之间的混合。间歇操作反应器不存在返混。其带来的最大影响是反应器进口处反应物高浓度去的消失或减低。

a 返混改变了反应器内的浓度分布，是反应器内反应物的浓度下降，反应产物的浓度上升

b 返混的结果将产生停留时间分布，并改变反应器内浓度分布。

c 不但对反应过程产生不同程度的影响，更重要的是对反应器的工程放大所产生的问题

d 降低返混程度的主要措施是分割，通常有横向分割和纵向分割两种

（二）非理想流动

实际反应器中流动状况偏离理想流动状况的原因课归纳为下列几个方面

a 滞留去的存在也称死区、死角，是指反应器中流体流动极慢导致几乎不流动的区域。

b 存在沟流与短路

c 循环流

d 流体流速分布不均匀

e 扩散

二、均相反应动力学基础

工业反应器中，化学反应过程与质量、热量和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。研究宏观反应过程的动力学称为宏观反应动力学。排除了一切物理传递过程的影响得到的反应动力学称为化学动力学或本征动力学。 （一）化学反应速率及反应动力学方程 1、化学反应速率

其定义为：在反应系统中，某一物质在单位时间、单位反应区域内的反应量 反应速度=反应量/(反应区域)(反应时间)

其实针对某一种反应物而言，以符号+r i 表示。可以是反应物，也可以是产物。 2、化学反应动力学方程

定量描写反应速率与影响反应速率之间的关系式陈伟化学反应动力学方程，有反应温度、组成、压力、溶剂性质等。但大多数为浓度和温度，所以其动力学方程一般可写为

+r i =f （c ，T ）

恒温条件下，可写为 +r i =kf （C A,,C B ..........） 非恒温，

（二）均相反应速率及反应动力学 1、均相反应速率

均相反应是指在均一的液相或气相中进行的化学反应。均相反应速率的定义指在均相反应系统中某一物质在单位时间、单位反应混合物总体积的反应量，反应速率单位以Kmol/(m3•h)

(1) 用组分传化率表示-rA=n A0dx A /Vd τ (2) 用浓度表示

(3) 对于多组分单一反应体系，各个组分的反应速率受化学计量关系的约束，存在一定比列

关系。对于单一不可逆反应 各组分的变化量符合下列关系

2、均相反应动力学

（1）均相反应应满足的两个必要条件 a 反应系统可以成为均相

b 预混和速率＞＞反应速率

预混和指物料在反应前能否达到分子尺度的均匀混和。 实现装置：机械搅拌和高速流体造成的射流混和

（2）均相反应的特点：反应过程不存在相界面，过程总速度由化学反应本身决定。

aA bB rR sS +−−→+s

n n r n n b n n a n n S S R R B B A A 0000-=-=-=-

（3）速率方程

在均相反应系统中只进行如下不可逆化学反应： 其动力学方程一般都可表示成：

于气相反应，由于分压与浓度成正比，也常常使用分压来表示：

其中

一般说来，可以用任一与浓度相当的参数来表达反应的速率，但动力学方程式中各参数的因次单位必须一致。 （4）反应分子数与反应级数 A 、基本概念

I 单一反应与复杂反应

单一反应：指只用一个化学反应式和一个动力学方程式便能代表的反应 复杂反应：有几个反应同时进行，要用几个动力学方程式才能加以描述。 常见的复杂反应有：连串反应、平行反应、平行-连串反应等 II 基元反应与非基元反应

基元反应：如果反应物分子在碰撞中一步直接转化为产物分子，则称该反应为基元反应。 非基元反应：若反应物分子要经过若干步，即经由几个基元反应才能转化成为产物分子的反应，则称为非基元反应

III 单分子、双分子、三分子反应

单分子、双分子、三分子反应，是针对基元反应而言的。参加反应的分子数是一个，称之为单分子反应；反应是由两个分子碰撞接触的，称为双分子反应。 IV 反应级数

是指动力学方程式中浓度项的指数。它是由实验确定的常数。可以是分数，也可以是负数

B 、理解反应级数时应特别注意：

I 反应级数不同于反应的分子数，前者是在动力学意义上讲的，后者是在计量化学意义上讲的。

aA bB rR sS

+−−→+12

i i A B

r k c c αα±=()11

1A

A A A

B dn r k

C C V d αβτ

-=-

=1

21()A A p A B

dn r k p p V d αατ

-=-

=12()()A A

p n

k k k RT RT αα+=

=