化学反应工程总结

、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. 优化指标一一技术指标：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

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

3. 工业反应动力学规律可表示为：

r i f c （G ） f T （T ）

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。

E ---- cal/mol , j/mol T ----- K

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

化学反应动力学

反应速率=

反应量

（反应时间）（反应

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

工程问题 动力学问题

三、PFR与CSTR基本方程

1.理想间歇：t V R

V o

c

Af dC A

CA0( J )

x

Af dx A

XA0( J )

2.理想PFR V R

V o

C Af dc A

C A0 ( J)

C A0

x Af dx A

x A

0(「A)

3. CSTR

4. 图解法

V R C A0 C A C A0X A

T

/C A0

0 X Af X A

四、简单反应的计算

n=1,0,2级反应特征C A C A0(1 X A)浓度、转化率、反应时间关系式

基本关系式PFR（间歇）CSTR

V R C Af dC A V R C A0 C A

p V。C A0 (：)m v (「A) PFF H CSTR CSTR>PFR

C A0X A k p C A0 X A k p

n=0

n=1 n=2

C A0

kC

A . 11

k p 丁

C A C A0

k p 1吒C A0

五、可逆反应

A ：；「P

E 2已 E ? k ?o

X A

Rln[ 2 20 A ] E i kg (1 X A )

PFF 积分式

(k 1 k 2)t ln C^^C 蜃 ln —X A

^

C A C Ae

X

Ae X A

CSTR 由基本方程导出

(「A )

k 1

C A

k 1

C A

k 2 (

C A0

C A )

k 1

(k

1 k

2

)(

C A

C Ae )

(k i

k 2

)C AO (X Ae

X A )

C AO C Ae

k 2

C Ae

X Ae 1 X Ae

X A

X A

温度效应: 浓度效应:

(「A )

T eq

E 2 E i

d(「A ) dT

C

A0 C Af C

A0 C Af

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。（3 ~C A 曲线 ----- 对应面积二C P

B ~X A 曲线 --- 对应面积二

C P /C AO

②最优加料方式：P193-194 平行反应

P

六、平行反应 C P （主反应）

S （副反应）

8

r p r s

kc A 1

k i C A 1 k 2c A 2，

C

Af

pf

C AO

dC

A

—J (G

dC p dC A

C pf

C A

C A0

dC A

n1 m1

r p

k 1C A C B

n2 m2

r s

k 2C A C B

(a) ⑹ ⑹

k i k2

A --------- P” S

(r A)k1C A

七、串联反应

r P k1C k2C

r s k2C

h叫

3

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C P/C A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

C A C Aoe klt"|

C P k l C A0(e k l t e k2t)

k2—k1

C A0 C A C P C S

CSTR

物料衡算

②串联反应的最优反应时间、转化率与最大收率

PFR CSTR

opt

ln k2

k i

k2 k i

opt

X opt k

1 opt

c p,max(k1 ) k2 «

max

C A0k2

X

opt

k1 opt e

C p, max 1

max 1

C AO[(k2)12 1]2

k1