反应工程基础程易反应工程期中复习

反应器设计
— 传递行为 — 反应器形式、体积，反应时间， 操作条件，转化率
反应器设计的一般步骤
摩尔衡算
Chap 1 Chap 2
动力学
Chap 3 Chap 5
化学计量学
Chap 3
能量衡算
Chap 8
综合设计
Chap 4 Chap 8
Chap 6
第一章 摩尔衡算

摩尔衡算通式
进入量 - 流出量 + 生成量 = 积累量
第二章 转化率和反应器尺寸

图解法设计反应器—— Levenspial plot
12 10 8 12
CSTR
FA0/(-rA)
10 8 6 4 2 0 0.0
PFR
FA0/(-rA)
6 4 2 0 0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Conversion X
Conversion X
Arrhenius公式
k Ae
E / RT
A: 频率因子 E: 活化能
E 1 1 k T k T0 exp R T0 T

平衡常数(热力学）
H R X K T K T1 exp R
H R X =const.
1 1 T1 T
第三章 速率方程和化学计量学

将浓度表示成转化率的函数 C ( X )
n F C or C V v
— 物质的量/摩尔流率 转化率
化学计量表
—体积/体积流率 转化率
第三章 速率方程和化学计量学
A
组分 A B C … I (惰性)
b c d B C D a a a
Fj 0 Fj rj dV
V
dN j dt
第一章 摩尔衡算

四种理想反应器模型
Batch
1.空间分布均匀；
CSTR
1.空间分布均匀；
PFR
1.只有轴向分布；
PBR
1.只有轴向分布；
2.非稳态
（时间的函数）
2.稳态,d/dt=0;
3.出口量 =反应器内量 4.空间、时间返 混无穷大
2.稳态,d/dt=0;
第二章 转化率和反应器尺寸

用转化率改写摩尔衡算方程
微分形式 积分形式 代数形式
N A0 dX rAV dt
Batch
t N A0
X
0
dX rAV
CSTR
FA0 X out X in V rA out
dX FA0 rA dV
FA0 dX rA dW

定义
均相反应 —— 单位体积的物质的量变化率 非均相反应 —— 单位催化剂质量的变化率
第二章 转化率和反应器尺寸

转化率X
— 进料A的摩尔数中反应掉的A的摩尔数
间歇釜体系
N A0 N A X N A0
流动体系
FA0 FA X FA0
无支流的 到达i点时反应掉的A组分摩尔数 串联反应器 X i 进入第一个反应器的A组分的摩尔数
期中考试

内容
— 理想流动：第一章至第六章，第八章

题型&题量
— 计算题（40~60’）， — 填空题，判断题（基本概念为主）

时间
— 4月11日上午第一大节 — 90分钟
目录

各章主要内容 解题一般思路 例题与作业中问题


概述
化学反应工程： 化学反应动力学+反应器设计 反应动力学

— 反应速率、反应机理
FB0 B FA0 FC0 C FA0
化 学 计 量 表
…
FI0 I FA0
FT0
…
…
FI FI0I
d c b FT FT0 1 FA0 X a a a FT0 FA0 X
总量
——基准？
第三章 速率方程和化学计量学

体积/体积流率的变化
3.径向理想混合、 轴向无返混、无 时间返混
2.稳态,d/dt=0;
3.径向理想混合、 轴向无返混、无 时间返混
流动模式、反应器参数，etc. 最简化
第一章 摩尔衡算

四种理想反应器的摩尔衡算
Batch 微分形式
dN A rAV dt
CSTR
PFR
PBR
dFA rA dV
dFA ' rA dW
V V0
恒体积间歇釜：
流动体系：
气体
液体
T P v v0 0 1 X T0 P v v0
进入反应器的流率 反应器内的变化 流出反应器的流率 (mol/time) (mol/time) (mol/time)
FA0
FA0 X
b FA0 X a c FA0 X a
FA FA0 1 X
b FB FA0 B X a c FC FA0 C X a
W1
FA0 FA
积分形式 t1

N A0
N A1
dN A rAV
V1
V FA0 FA rA
FA0
FA1
dFA rA
dFA rA
代数形式
第一章 摩尔衡算
速率方程 rA — rA =f (C, P, T ,...)

— 代数方程，而非微分方程（…）
— 与反应物性质有关，与反应器形式无关 — 强度量
V FA0
X out X in
PFR
dX rA
PBR
W FA0
X out
X in
dX rA
第二章 转化率和反应器尺寸

用转化率改写速率方程*
rA f (C, T , P,...)

rA f ( X A )
设计反应器
V f1 ( X A , rA ), rA f 2 ( X A ), so V f ( X A )
第二章 转化率和反应器尺寸

空时 空速
只与实际入口条件有关；与 t 区别？

SV v0 V
V v0
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代表处理能力；与实际入口条件不一定有关

用空时改写摩尔衡算方程*
对液体
CSTR

C A0 C A1 rA
C A1 CA0
PFR

dC A rA
第三章 速率方程和化学计量学

形式 幂律形式的速率方程
A B C
— 幂律形式 V.S. 非幂律形式

rA kCA CB



C D A B C C CD rA k (C A CB ) K
速率方程中的参数
反应级数、速率常数、平衡常数
第三章 速率方程和化学计量学

反应级数：实验测定 速率常数（动力学）