化学反应工程知识点

化学反应工程知识点

—郭锴主编

1、化学反应工程学不仅研究化学反应速率与反应条件之间的关系，即化学反应动力学，而且着重研究传递过程对宏观化学反应速率的影响，研究不同类型反应器的特点及其与化学反应结果之间的关系。

2、任何化工生产，从原料到产品都可以概括为原料的预处理、化学反应过程和产物的后处理这三个部分，而化学反应过程是整个化工生产的核心。

3.化学反应工程的基本研究方法是数学模型法。数学模型法是对复杂的、难以用数学全面描述的客观实体，人为地做某些假定，设想出一个简化模型，并通过对简化模型的数学求解，达到利用简单数学方程描述复杂物理过程的目的。模型必须具有等效性，而且要与被描述的实体的那一方面的特性相似；模型必须进行合理简化，简化模型既要反映客观实体，又有便于数学求解和使用。

4.反应器按型式来分类可以分为管式反应器、槽式反应器（釜式反应器）和塔式反应器。

5反应器按传热条件分类，分为等温反应器、绝热反应器和非等温非绝热反应器。

第一章 均相单一反应动力学和理想反应器

1、目前普遍使用关键组分A 的转化率来描述一个化学反应进行的程度，其定义为：0

0A A A A A A n n n x -==组分的起始量组分量转化了的 2、化学反应速率定义（严格定义）为单位反应体系内反应程度随时

间的变化率。其数学表达式为dt

d V r ξ1=。 3、对于反应D C B A 432+=+，反应物A 的消耗速率表达式为dt dn V r A A 1-=-；反应产物C 的生成速率表达式为：dt

dn V r C C 1= 4.反应动力学方程：定量描述反应速率与影响反应速率之间的关系式称为反应动力学方程。大量的实验表明，均相反应的速率是反应物系的组成、温度和压力的函数。

5.阿累尼乌斯关系式为RT E C C e k k -=0，其中活化能反应了反应速率对温

度变化的敏感程度。

6、半衰期：是指转化率从0变为50%所需时间为该反应的半衰期。

7、反应器的开发大致有下述三个任务：①根据化学反应动力学特性来选择合适的反应器型式；②结合动力学和反应器两方面特性来确定操作方式和优化操条件；③根据给定的产量对反应装置进行设计计算，确定反应器的几何尺寸并进行评价。

8.在停留时间相同的物料之间的均匀化过程，称之为简单混合。而停留时间不同的物料之间的均匀化过程，称之为返混。

9.根据返混情况不同反应器被分为以下类型：间歇反应器、理想置换反应器（又称平推流反应器或活塞流反应器）、全混流反应器（又称为连续操作的充分搅拌槽式反应器）。

10.反应器设计计算所涉及的基础方程式就是动力学方程式、物料衡算方程式和热量衡算方程式，其中物料衡算所针对的具体体系称为体积元。

11、停留时间又称接触时间，用于连续流动反应器，指流体微元从反

应器入口到出口经历的时间。在反应器中，由于流动状况的不同，物料微元从反应器入口到出口所经历的时间可能是各不相同的，存在一个分布，称停留时间分布。各流体微元从反应器入口到出口所经历的平均停留时间称为平均停留时间。

12.空间时间是指反应器有效容积与流体特征体积流率之比值。

13.理想置换反应器（平推流反应器）是指通过反应器的物料沿同一方向以相同速度向前流动，向活塞一样在反应器中向前平推，故又称为活塞流或平推流反应器。

14.为了表征反应物系体积变化给反应速率带来的影响，引入两个参数，膨胀率和膨胀因子。

15、膨胀因子的物理意义为：关键组分A 消耗1mol 时，引起反应物系的量的变化量。表达式：)(A A a a -=

∑I δ，总的物质的量跟膨胀因子关系

为A A t t x n n n δ00+=

第二章 复合反应与反应器的选型

1、三种理想的反应器中，间歇反应器和平推流反应器完全没有返混，全混流反应器的返混达到极大的程度。

2、反应器的选型，其实就是根据不同的反应的特性，选择合适这种反应类型的操作方式。

3、对某个具体反应，选择反应器、操作条件和操作方式主要考虑化学反应本身的特征与反应器特性，最终选择的依据将取决于所有过程的经济性。

4、过程的经济性主要受两个因素影响，一是反应器的大小，二是产

物分布。

5、确定反应器型式不但要考虑反应的级数，而且要考虑过程进行的程度，即转化率的高低；级数越高，要求的转化率也高，这时应采用平推流反应器；如果反应器只能采用釜式结构，则采用多釜串联，使之尽可能接近平推流。

6、平推流反应器并联各支路的空间时间相同时最终转化率最高或者达到一定转化率所需的反应器体积最小。

7、Ｎ个平推流反应器串联操作，其总体积ＶＲ与一个具体体积为ＶＲ的单个平推流反应器所能获得的转化率相同。

8、多釜串联的反应器，由于釜间无返混，使返混程度减少，当∞

N

→时，多釜串联全混反应器组的操作就相当于平推流反应器。

9、可逆反应速率总是随着转化率升高而降低。可逆吸热反应速率总是随着温度的升高而加快；而可逆放热反应按最佳温度曲线操作时速率最大。

10、反应物能同时进行两个或两个以上的反应，称为平行反应。连串反应是指反应产物能进一步反应成其他副产物的过程。

第三章非理想流动反应器

1、按返混程度不同，可将反应器分成以下三类：（1）完全不返混型反应器、充分返混型反应器和部分返混型反应器。

2、停留时间分布函数F（x）：是指当物料以稳定的流量流入反应器而不发生化学变化时，在流出物料中停留时间小于t的物料占总流出物的分率。

3、示踪法中入口物料输入示踪剂称为激励，在出口处获得的示踪剂随时间变化的输出讯号称为响应。

第四章气固相催化反应本征动力学

1、催化反应过程的特征

（1）催化剂改变反应历程，改变反应速率，其本身在反应前后没有变化。

（2）对可逆反应，催化剂不会改变反应物质最终所能达到的平衡状态。

（3）对任何一个可逆反应，催化剂既会加快正反应速率，也必将以同样的倍数加快逆反应速率。

（4）催化剂对反应过程有良好选择性。

2、固体催化剂包括催化活性物质、载体、助催化剂和抑制剂。一个好的固体催化剂必须具有高活性、高选择性、高强度和长寿命等特点。

3、助催化剂的类型可分为结构型催化剂和调变型催化剂。

4、制备固体催化剂，经干燥后，都需要高温煅烧，其目的是：（1）除掉易挥发组分，保证一定化学组成，从而使催化剂具有稳定的活性；（2）使催化剂保持一定的晶型、晶粒大小、孔隙结构和比表面积；（3）提高催化剂的机械强度。

5、催化剂的性能主要包括活性、选择性和寿命。对催化剂性能影响最大的物理性质主要是比表面积、孔体积和孔体积分布。

6、比表面积：单位质量催化剂具有的表面积称为比表面积

7、活性中心：是指化学吸附只能发生于固体表面那些能于气相分子