最新化学反应工程总结

一、 绪论 1． 研究对象是工业反应过程或工业反应器 研究目的是实现工业反应过程的优化

2． 决策变量：反应器结构、操作方式、工艺条件 3． 优化指标——技术指标：反应速率、选择性、能耗 掌握转化率、收率与选择性的概念 4．

工程思维方法

二、化学反应动力学

1. 反应类型：简单反应、自催化、可逆、平行、串联反应

基本特征、分析判断

2. 化学反应速率的工程表示

)

)((反应区反应时间反应量

反应速率＝

3. 工业反应动力学规律可表示为：

)()(T f C f r T i C i ⋅=

a) 浓度效应——n 工程意义是：反应速率对浓度变化的敏感程度。

b) 温度效应——E 工程意义是：反应速率对温度变化的敏感程度。

已知两个温度下的反应速率常数k ，可以按下式计算活化能E ：

E ——cal/mol ，j/mol

T ——K

R = 1.987cal/mol.K = 8.314 j/mol.K

工程问题

三、PFR 与CSTR 基本方程

1. 理想间歇：⎰⎰-=--==Af A Af A x x A

A

A c c A A R r dx c r dc v V t 00)()(00 2. 理想PFR ： ⎰⎰-=--==Af A Af A x x A A A c c A A R p r dx c r dc v V 00)

()(00τ 3. CSTR ： )

()(00A A

A A A A R p r x c r c c v V -=

--==

τ 4. 图解法

四、简单反应的计算

n=1,0,2级反应特征 0(1)A A A c c x =-

浓度、转化率、反应时间关系式 PFR →CSTR ，CSTR →PFR

基本关系式 PFR （间歇） CSTR

00()Af A c R A p c A

V dc v r τ

==--⎰

0()

A A

R m A c c V v r τ-=

=-

n=0

0A A p c x k τ= 0A A p c x k τ=

n=1

n=2

0 x Af x A

τ

五、可逆反应

A

P

)()(02121A A A P A A C C k C k C k C k r --=-=-

))((21Ae A C C k k

-+= )()(021A Ae A x x C k k -+=

温度效应： 浓度效应：

⇒=-0)(A r ]

)

1(l n [10201

2A A

eq x x k k R E E T --= ])

x (x k k E E ln[R E E A A opt --=110201212

PFR 积分式

CSTR ：由基本方程导出

k 1

k 2

六、平行反应

2

11

211n A

n A

n A

S P P C k C k C k r r r +=+=β， C C A

pf C C dC C C C Af

A --=

-=

⎰

ββ温度效应：温度升高有利于活化能大的反应 浓度效应：浓度升高有利于级数大的反应

计算： 由基本方程PFR 、CSTR 推出

①反应器选型与组合优化：

各种情况分析。 β~C A 曲线——对应面积=C P

β~X A 曲线——对应面积=C P /C A0

②最优加料方式：p193-194 平行反应

P 111m B n A p C C k r = A+B

S 222m B n A s C C k r =

P （主反应） S （副反应）

A P S

A A C k r 1)(=-

P A P C k C k r 21-=

P S C k r 2=

温度效应：温度升高有利于活化能大的反应（同平行反应） 浓度效应：凡是使A P C C /增大的因素对串连反应选择率总是不利的。

①串联反应的计算 PFR

CSTR t k A A e C C 10-=

物料衡算

S P A A 0

②串联反应的最优反应时间、转化率与最大收率 PFR CSTR

opt

k opt e

x τ11--=

opt opt opt k k x ττ111+=

k 1

k 2

A ＋

P

P ＋P

P A A C kC r =-)(

2

2)(0

00P A T opt A C C C C +=

=

000T P A P A C C C C C =+=+

九、变分子反应

①空速SV 的物理意义与因次 ②膨胀率的定义0

1===-=

A A A x x x A V V V ε

③膨胀因子的物理含义a

b a s p A )

()(+-+=

δ

④变分子反应中停留时间t 与空时τ的大小关系

反应器组合优化