化学反应工程原理 简单反应共25页文档
化学反应工程的基本原理讲解
化学反应工程的基本原理讲解在我们的日常生活和工业生产中，化学反应无处不在。
从厨房里的食物烹饪，到工厂里大规模的化工生产，化学反应都在发挥着关键作用。
而化学反应工程就是研究这些反应如何在工业规模上进行，以实现高效、安全和经济的生产。
化学反应工程的核心在于理解和控制化学反应的速率和选择性。
让我们先来谈谈反应速率。
反应速率简单来说，就是化学反应进行的快慢。
它可以用单位时间内反应物的减少量或生成物的增加量来表示。
比如说，在一个合成氨的反应中，如果我们能知道每秒钟有多少氮气和氢气转化成了氨气，这就是反应速率。
影响反应速率的因素有很多。
首先是反应物的浓度。
一般来说，反应物浓度越高，分子之间碰撞的机会就越多，反应速率也就越快。
就像在拥挤的人群中，两个人相遇的机会会比在空旷的地方大得多。
温度也是一个重要因素。
温度升高，分子的运动速度加快，能量增加，更容易发生有效碰撞，从而加快反应速率。
就好像把一群人变得更加活跃，他们之间交流和互动的频率也会提高。
催化剂在化学反应中也起着至关重要的作用。
催化剂能够降低反应的活化能，使反应更容易进行，而自身在反应前后的质量和化学性质不变。
比如说汽车尾气处理中的催化转化器，它能让有害气体在催化剂的作用下转化为无害物质，减少对环境的污染。
接下来我们聊聊反应选择性。
反应选择性指的是在一个复杂的反应体系中，我们希望得到的产物占总产物的比例。
在实际的化学反应中，往往会同时发生多个反应，生成多种产物。
而我们的目标是尽可能让主要反应发生，减少副反应的发生，以提高目标产物的收率和纯度。
为了实现良好的反应选择性，我们需要对反应条件进行精确控制。
比如在一个有机合成反应中，通过调整反应温度、压力、溶剂等条件，可以改变反应的路径和产物分布。
此外，选择合适的催化剂也能显著提高反应的选择性。
在化学反应工程中，还需要考虑反应器的类型和设计。
不同的反应需要不同类型的反应器来实现最佳的反应效果。
常见的反应器类型有间歇式反应器、连续式反应器和半连续式反应器。
化学反应工程
化学反应工程的范畴和任务
• 学反应工程学是一门研究化学反应的工程 问题的科学。既以化学反应作为 对象，就 必然要事握这些化学反应的特性；它又以 工程问题为其对象，-那就必须熟悉装置的 特性，并把这两者结合起来形成学科体系。
反应工程与其它学科的关系
化工热力学 计量化学 反应工程 反应动力学 化学工艺 催化剂 工程控制 传递过程
• ②中型实验
数学模型验证
大设备的设计
• ③数学模型的应用
• 放大的依据：相似论(相似准数Re、Pr、 Nu、Pe、Sc等)
•
综上所述，可见目前化学反应工程处理 问题的方法是实验研究和理论分析并举。 在解决新过程的开发问题时，可先建立 动力学和传递过程模型，然后再综合成 整个过程的初步的数学模型，根据数学 模型所作的估计来制定试验，特别是中 间试验方案，然后用试验结果来修正和 验证模型。
二级反应的速率方程式
如果有两反应物，而且初始浓度相等，并在反应过程 消耗的物质的量也相等． rA=kcA２或rA=kcA,0２(1-xA)２
1 dnA rA V dt
kcA２＝
dc A rA dt
dc A dt
双分子二级反应
分离变量： Kdt= －dcA/cA２ 初始条件t=0, cB,0=cA,0,进行积分
反应过程和传递过程
实验只能测得NH3的主体浓度c0,当NH3浓度很小时: r0=k0c0 r=k0c0=kscs, k0c0=ks c0/ (ks/kga+1) k0=ks / (ks/kga+1) k0=1 / (1/kga+1/ks ) …………….……..p17:7-50式 此式表明实验测得的表面反应速率常数k0是化学反应 过程1/ks和扩散过程1/kga共同作用的结果.
化学反应工程
1 xB
tf 0
(1
xB
)E(t)dt
将全混流的停留时间分布密度
E(t)
1
( t )
e tm 代入上式，
得
tm
1 xB
tf 0
(1
xB )
1 tm
( t )
e tm dt
1 xB
tf 0
(1
xB )
如果考虑各种阻力同时起作用，对于颗粒大小不变的反 应，总体速率为
dnA dt
1 b
dnB dt
4
RS2cAg
[
1 kG
RS (RS RC ) RC Deff
RS2 ]1 RC2 k
对于颗粒缩小的反应，可得
dnA dt
1 b
dnB dt
4
RC2
c
Ag
[
1 kG
1 ]1 k
上述讨论的球形颗粒，如颗粒为其他形状，例如平板形、 圆柱形，相应的计算式见表7-1。
t tf
1
( RC RS
)2
1 (1
xB )
二、化学反应控制
当反应过程为化学反应控制时，与颗粒大小不变时的情 况完全一样，故式（7-28）仍可适用。
t
B RS
bM BkCAg
1 1
xB
1/3
B RS
bM BkCAg
1
RC RS
当固相反应物完全反应时，RC=0， xB =1，完全反应时
对流化床反应器，有颗粒不被吹出和颗粒被吹出两种情 况。
RS，颗粒初始半径；CAg，流体主体中反应物浓度；CAS，颗粒外表面的浓度； CAC，颗 粒中心的浓度； CFS，颗粒外表面产物的浓度； CFC，颗粒中心产物的浓度。
第8章反应工程原理课件
qV ,o
• 空间速度：表示单位时间内通过单位反应器的物 料体积。其值为空间时间的倒数：
SV
1
qv
V ,o
VR
3-2 气相反应的膨胀因子 对于气相反应，由于反应前后物质的量发生
变化，物料的体积流量也发生变化。
Aa + bB → rR + sS
当t=0 nA，0 nB，0
0
0
当t=t na,0(1-xA) nB， O-b/anA，0 Xa
E ( ) dN 1
N d
E ( ) 0.01e 0.01
0~
dN F ( ) F ( )
N
1 e 0.01
四
五
六
七
八
0.00861 0.00638 0.00472 0.0035 0.00259 0.00192 0.00105 0.00043 0.000174
0.00861 0.00638 0.00472 0.0035 0.00259 0.00192 0.00105 0.00043 0.000174
r/snA， 0 xA
s/anA， 0 xA
在t=t时，反应系统中总物质的量为：
n
nA,O
nB,O
(s a
r a
b a
1)nA,O xA
n0
(
s
r
a
a
b
)n A,O n A
n nA A,OnA
A
s
r
a a
b
• 为膨胀因子或物质量浓度的变化率
反应时间为t时，反应物A的摩尔分数为：
y
A
y A,O (1 x A, )
• 之所以要引入多釜串联模型，是因为釜数本身可 以反映出实际流动情况偏离活塞流或偏离全混流 的程度。
化学反应工程_百度文库
第一章气－固相催化反应本征动力学概论化工生产中大多数反应是过程，气-固相催化反应是重要反应之一。
本章讨论：1，2，连续过程中化学反应速率的有关问题；气-固相催化反应的化学动力学，即本征动力学。
第一节化学计量学1-1化学计量式化学计量学是研究化学反应系统中反应物和产物组成相互关系变化的数学表达式。
化学计量式是化学计量的基础。
化学计量式表示参加反应的各组分的娄量关系，等式左边的组分为反应物，等式右边的组分为产物，化学计量式的通式为：或或一般将反应物的化学计量取负值，产物的化学计量取正值。
如果反应系统中有m 个反应，则第j个反应的化学计量式的通式为或也可用矩阵表示为......1-2 反应程度、转化率及化学膨胀因子一．反应程度对于间歇反应中的单反应进行物料衡算按化学计量关系有R上式中的ξ称为化学反应程度。
注意上述表达式中各项的正负号。
（1-7）式也可表达为：为i组分已反应的量，所以，知道反应程度即可计算出所有反应物及产物已经反应（或生成）的量。
二、转化率反应物A的反应量与其初如量之比称为A的转化率:nA0nA0nA0工业反应过程中的原料中各组分之间往往不符合化学计量关系，通常选择不过量的反应物计算转化率，这样的组分称为关键组分。
三、化学膨胀因子在恒温恒压的连续系统中发生反应对于液相反应，反应前后物料的体积流量变化不大，一般作为恒容过程。
对于气相反应，反应前后物料的体积流量变化较大。
定义每转化1mol的A时反应混合物增加或减少的量为化学膨胀因子，即：则有：由此，组分A的瞬时浓度可表示为：对于连续，则式中，大写字母表示摩尔流量，小写字母表示物质的量。
例1－1 计算下列反应的化学膨胀因子1. A+B→P+S2. A→P+S3. A+3B→2P解：1. δA=[(1+1)－(1+1)] / 1=02. δA=[(1+1)－1)] / 1=13. δA=[2－(1+3)] / 1=－21-4 多重反应的收率及选择率1，单一反应和多重反应单（一）反应：一组物定的反应物反应生成一组特定的产物。
反应工程原理
第一节 反应器与反应操作
③空间时间（空时、空塔接触时间）(space time) 反应器有效体积(V)与物料体积流量(qv)之比值。 空间时间
V / qV
(11.1.1)
注意： • 具有时间的单位，但不是反应时间也不是接触时间 • 可视为处理与反应器体积相同的物料所需要的时间。 τ＝30s 表示了什么？ 每30s处理与反应器有效体积相等的流体
反应量 -rAV
qnA0 qV cA0
浓度cA，cB 体积V
第一节 反应器与反应操作
（四）有关反应器操作的几个工程概念 ①反应持续时间 (reaction time)： 简称反应时间，主 要用于间歇反应器，指达到一定反应程度所需的时 间。 ②停留时间 (retention time)： 亦称接触时间，指连续 操作中一物料“微元”从反应器入口到出口经历的实 际时间。 平均停留时间：在实际的反应器中，各物料“微元” 的停留时间不尽相同，存在一个分布，即停留时间分 布。各“微元”的停留时间的平均称平均停留时间。
第III篇 反应工程原理
将化学和生物反应原理应用于污染控制工程， 需要借助适宜的装置，即反应器来实现。 系统掌握反应器的基本类型及其操作原理和设 计计算方法，对于优化反应器的结构型式、操作方 式和工艺条件，提高污染物去除效率有重要意义。 本篇主要阐述化学与生物反应的计量学、 动力学及其研究方法，环境工程中常用的各类 化学和生物反应器及其基本设计计算方法等。
第一节 反应器与反应操作
四、反应器内反应物的流动与混合状态
在实际的反应器中，一般存在浓度、温度和流速的分布，从 而可能造成不同的“流团”间有不同的停留时间、组分、浓度和 反应速率。(例子：同时进场以班为单位顺序出场；跳球抽号机) 返混(back mixing)： 处于不同停留时间的“流团”间的混合称返混。 混合后形成的新“流团”的组分和浓度与原来的“流团” 不同，反应速率亦可能随之发生变化，这将影响整个反应器 的反应特性。
化学反应工程的基础原理和应用
化学反应工程的基础原理和应用化学反应工程是研究化学反应的全过程，设计和开发实际化学反应装置以及控制化学反应过程的工程学科。
它是现代化学工业生产中的一个重要部分，应用广泛，可以制造各种产品，如化学品、制药品、塑料、聚合物、石油化工产品等等。
化学反应工程的基础原理和应用是工程学科中非常重要的一部分。
化学反应的基本原理化学反应是一种物质中原子、离子或分子的再组合过程。
两种或以上物质因发生转化而形成一种或多种新的物质的过程，称之为化学反应。
化学反应会产生一些新的化学物质，这些新物质的化学性质不同于原来的物质，而这种转化的过程，对于化学反应的研究及工业应用具有重大的意义。
化学反应的应用化学反应的应用非常广泛，在人类的日常生活中随处可见。
常见的有以下几个方面：1. 化学工业：可以制造各种化学品，如硫酸、氨水、氢氧化钠等等。
2. 制药工业：可以制造各种药品，如抗菌药、麻醉药等等。
3. 石油化工工业：可以制造各种石油化工产品，如石油、天然气、汽油等等。
4. 聚合物工业：可以制造各种聚合物，如塑料、橡胶、纤维等等。
化学反应工程的基本原理化学反应工程的目的是通过对化学反应的研究和了解，开发出合理的生产工艺和设备，来生产所需的各种产品。
因此，化学反应工程需要掌握一些基本原理：1. 反应动力学：研究化学反应的速率和反应机理，掌握化学反应的规律和机理。
2. 热力学：研究化学反应伴随的能量变化，掌握化学反应的热力学规律。
3. 流体力学：研究流体的流动规律，掌握化学反应的流动规律。
4. 物质传递：研究物质的传递规律，掌握化学反应的物质传递规律。
化学反应工程的应用化学反应工程的应用非常广泛，其中几个重要的应用如下：1. 催化剂的研究和开发：催化剂是化学反应中的重要因素，是可以提高化学反应速率和降低反应温度的重要工具。
催化剂的研究和开发，可以提高化学反应的效率和经济性。
2. 设计和开发化学反应装置：根据化学反应的要求和工艺条件，设计、开发和生产适用于不同化学反应的反应装置，是化学反应工程的重点之一。
《反应工程整》课件
随着环保意识的提高，反应工程需要 更加注重环保，减少废气、废水和固 废的产生，降低能耗和资源消耗，实 现绿色生产。
新型反应器的研发与优化
01
新型反应器的研究
针对特定反应过程，研究开发新型反应器，以提 高反应效率和产物收率。
02
反应器的优化
通过对现有反应器的优化改造，提高其性能和效 率，降低能耗和物耗，实现可持续发展。
《反应工程整》ppt 课件
目录
• 反应工程概述 • 反应工程的基本原理 • 反应工程的应用领域 • 反应工程的前沿技术 • 反应工程的挑战与展望 • 案例分析
01
反应工程概述
定义与特点
定义
反应工程是研究化学反应和相关传递过程在工业 反应器中的集成和优化的一门科学。
特点
反应工程注重化学反应与传递过程的相互影响， 强调工业反应器的实际应用，涉及范围广泛，包 括化学、物理、数学等多个领域。
详细描述
对某环保处理技术的反应过程进行分析，研究反应机理、 反应动力学以及传递特性对处理效果的影响。通过分析反 应过程，发现反应条件和工艺参数的优化空间，为提高处 理效果提供指导。
总结词
工艺参数优化
总结词
处理效果评估
详细描述
对优化后的环保处理技术进行实际应用和效果评估。通过 对比优化前后的处理效果数据，发现优化方案显著提高了 处理效率和降低了能耗，证明了优化的效果。
反应工程的历史与发展
01 历史回顾
反应工程的发展可以追溯到20世纪初，随着化学 工业的快速发展和科学技术的不断进步，反应工 程逐渐成为一门独立的学科。
02 当前发展
当前，反应工程的研究领域不断扩大，涉及的新 技术和新方法也不断涌现，如计算流体力学、人 工智能等在反应工程中的应用越来越广泛。