化学反应工程课件-8讲解
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化学反应工程 课件
33
• 必有
rA1 2rB1 3rC1 4rD
• 当I为反应物时， r rI
I • I为产物时， r rI
I
34
化学反应动力学方程
• 定量描述反应速率与影响反应速率因素 之间的关系式称为反应动力学方程。大 量实验表明，均相反应的速率是反应物 系组成、温度和压力的函数。而反应压 力通常可由反应物系的组成和温度通过 状态方程来确定，不是独立变量。所以 主要考虑反应物系组成和温度对反应速 率的影响。
9
• 三、按反应器型式来分类，分为 • 1． 管式反应器，一般长径比大于30 • 2． 槽式反应器，一般高径比为1—3 • 3． 塔式反应器，一般高径比在3—30之
间
10
• 四、按传热条件分类，分为 • 1． 等温反应器，整个反应器维持恒温，
这对传热要求很高。 • 2． 绝热反应器，反应器与外界没有热量
个不可逆反应动力学方程，如(-rA)=kf' (cA)， 经过积分运算后得到，f(cA)=kt的关系式。
• 例如，一级反应
ln
cA cA0
kt
44
• (2)将实验中得到的ti下的ci的数据代f(ci)函 数中，得到各ti下的f(ci)数据。
• (3)以t为横座标，f(ci)为纵座标，将ti-f(ci) 数据标绘出来，如果得到过原点的直线， 则表明所假设的动力学方程是可取的(即 假设的级数是正确的)，其直线的斜率即 为反应速率常数k。否则重新假设另一动 力学方程，再重复上述步骤，直到得到 直线为止。
rAV 1dd ntA
mo m 3 ls1
• nA：反应体系内，反应物A的摩尔数； • V：反应体积
• t：时间
32
对于反 A 2应 B 3 C 4D
化学反应工程课件
第二章 反应动力学基础
天津大学化工学院 反应工程教学组
整理PPT课件
1
2.1 化学反应速率
定义：单位时间，单位体积反应物系中某一反应组分 的反应量。
AABB RR
rAV 1d dAn ,trBV 1d dBn ,trRV 1ddRnt
1. 对反应物dn/dt<0,对产物dn/dt>0
2. 按不同组分计算的反应速率数值上不等，因此
A
rB
B
rR R
r
r 1 dni 1 d iV dt V dt
恒容 rAV 1d(c dA V t)ddA ctc V 整A 理d Pd PT课V t件 过程
rA
dcA dt3
流动床反应器（定常态过程）
FA0
FA
M
Vr
FA
dVr
FA+dFA
连续反应器 反应速率
rA
dFkc A A c B B c R R kcA A cB B cR R
整理PPT课件
8
平衡时，r＝0 kc AAc BBc RR kcA AcB BcR R
c c c AA BB RR ABR
k/k
cAAcBBcRR Kc
1
A AAB BBR RR
A B C
cA cB cR k/k
阿累尼乌斯方程 kAexp E/(R)T
指前因子
活化能
k又称为比反应速率，其意义是所有反应组分 的浓度均为1时的反应速率。它的因次与速率 方程的形式和反应速率及浓度的因次有关。
lnklnAERT
lnk1T
气相反应
kc整(R 理PPT)课 件T kp(R/T p )ky 12
●正逆反应活化能与反应热的关系
天津大学化工学院 反应工程教学组
整理PPT课件
1
2.1 化学反应速率
定义：单位时间，单位体积反应物系中某一反应组分 的反应量。
AABB RR
rAV 1d dAn ,trBV 1d dBn ,trRV 1ddRnt
1. 对反应物dn/dt<0,对产物dn/dt>0
2. 按不同组分计算的反应速率数值上不等，因此
A
rB
B
rR R
r
r 1 dni 1 d iV dt V dt
恒容 rAV 1d(c dA V t)ddA ctc V 整A 理d Pd PT课V t件 过程
rA
dcA dt3
流动床反应器（定常态过程）
FA0
FA
M
Vr
FA
dVr
FA+dFA
连续反应器 反应速率
rA
dFkc A A c B B c R R kcA A cB B cR R
整理PPT课件
8
平衡时，r＝0 kc AAc BBc RR kcA AcB BcR R
c c c AA BB RR ABR
k/k
cAAcBBcRR Kc
1
A AAB BBR RR
A B C
cA cB cR k/k
阿累尼乌斯方程 kAexp E/(R)T
指前因子
活化能
k又称为比反应速率，其意义是所有反应组分 的浓度均为1时的反应速率。它的因次与速率 方程的形式和反应速率及浓度的因次有关。
lnklnAERT
lnk1T
气相反应
kc整(R 理PPT)课 件T kp(R/T p )ky 12
●正逆反应活化能与反应热的关系
化学反应工程(第三版)陈甘棠主编第八章气液两相反应器PPT课件
（8-14）
定常态操作时，单位界面上反应量等于扩散通量，即
NA(rA )d SA n dtD LA ddA czz0
将A的浓度分布对z求导后代入上式得
式中，
N A( rA )D L LA cA 1 i b D L L D c B c B A AL i kLc A Ai
k LA
DLA L
，称为液膜传质系数。
（8-16）
1 DLBcBL bDLAcAi
，称为瞬间反应的增强系数。物理意义是气
液反应条件下组分A的消失速率与最大物理吸收速率 kLAcAi 之比。 13
式（8-15）中cAi是界面浓度，难以测定，工程设计中通常将 其换算为容易测量的pA来表示的反应速率。因为，
N AkG(A p Ap A)i( rA )kLc A A 1 ib D L L D c c B B A A L i
第八章 气液两相反应器
1
整体概况
概况一
点击此处输入 相关文本内容
01
概况二
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02
概况三
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03
2
8.1 概述
气-液相反应是一类重要的非均相反应。主要分为二种类型： （1）化学吸收： 原料气净化、产品提纯、废气处理等。 （2）制取化工产品
a.
b.
c.
（淤浆床）
A ( g b) l) B P(( r A ) k A c B c
定常态条件下，在单位面积的液膜中取一厚度为dz的微元层，对组分
A作物料衡算：
D Ld A dAc z( rA )d z D Ld A d c zAd dAc d z z
整理得
DLAdd2cz2A kcAcB 0
化学反应工程_第八章_流化床反应器讲解
聚式流化床中存在明显的两相：
气体中夹带少量颗粒的气泡相（ bubble phase ）或稀相 （lean phase）； 颗粒与颗粒间气体所组成的颗粒相（ particulate phase ） 或密相（dense phase），又称乳相（emulsion phase）。
在低气速流化床中，乳相为连续相而气泡相为非连续相。
对于粒径及密度均较大的 B类颗粒，床层并不 经历散式流态化阶段，umf 即umb。
产生的气泡数量不断增加，并且气泡在上升 过程中相互聚并，尺寸不断长大，直至达到 床层表面并开始破裂，颗粒的混合及床层压 降波动非常剧烈。
第八章 流化床反应工程
目
录
第一节 固体流态化的基本特征
第二节 流化床的特征速度
第三节 气-固密相流化床
第四节 循环流化床
前
言
固体散料悬浮于运动的流体，颗粒之间脱离接触而具有类似 于流体性能的过程，称为“固体流态化”。
流化床反应器：利用气体或液体自下而上通过固体颗粒床层 而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应或液固 相反应的反应器。
我国于1956年开始将流态化技术应用于工业装置，南京化学 工业公司自立更生建立了硫铁矿流化床焙烧装置，取代多层 硫铁矿机械焙烧炉，并迅速广泛推广，促进了硫酸工业发展。
前
言
国际上重质油催化裂化使用流态化技术的工业装置投产 于 1942 年，我国自主开发的第一套流化床催化裂化工业 装置于 1965 年建成投产，缩短了我国与发达国家在炼油 领域内的差距，并对裂化催化剂及流化床装置系统进行 了多次重大改进，发表了多部有关的专著（重质油国家 重点实验室）。 我国流化床催化工业反应器已广泛应用于丙烯腈等有机 合成中强放热反应而要求温度范围较窄的过程。
化学反应工程全套教学课件
可逆反应 不可逆反应
❖ 按照反应分子数分
单分子反应 双分子反应
多分子反应
❖ 按照反应机理分 单一反应
多重反应
平行反应 同时反应 连串反应 平行连串反应 集总反应
平行反应：一例如：氯苯的再氯化 k1
C6H5Cl + Cl2
k2
对-C6H4Cl2 + HCl 邻-C6H4Cl2 + HCl
❖ 本征动力学：又称化学动力学，是在理想条件下研究化学反 应进行的机理和反应物系组成、温度、压力等参数，不包括 传递过程及反应器结构等参数对反应速率的影响。
❖ 宏观反应动力学与本征动力学的区别：宏观反应动力学除了 研究化学反应本身以外，还要考虑到质量、热量、动量传递 过程对化学反应的交联作用及相互影响，与反应器的结构设 计和操作条件有关。
❖传递工程：涉及到动量传递、热量传递和质量传递。
❖工程控制：反应器的运转正常与否，与自动控制水平 相关。
1.4 化学反应工程学中涉及的定义
❖ 宏观反应过程：在工业规模的化学反应器中，化学反应过程 与质量、热量及动量传递过程同时进行，这种化学反应与物 理变化过程的综合称为宏观反应过程。
❖ 宏观反应动力学：研究宏观反应过程的动力学称为宏观反应 动力学。
❖ 停留时间分布：在非理想流动中，不同的质点在反应器中的停 留时间不同，形成停留时间分布。
寿命分布：指质点从进入到离开反应
停留时间分布有两种
器时的停留时间分布
年龄分布：指仍然停留在反应器中的
质点的停留时间分布。
寿命和年龄的关系：寿命是反应器出口处质点的年龄。
❖ 返混：不同停留时间的质点或粒子的混合称为返混，又称为 逆向混合。是不同年龄质点的混合，逆向是时间的概念上的 逆向，不同于一般的搅拌混合。
《化学反应工程》课件
《化学反应工程》PPT课 件
欢迎来到本次《化学反应工程》PPT课件！在本课件中，我们将探索化学反 应工程的定义、重要性、应用领域、基本步骤和关键要素。
课程介绍
在这个章节中，我们将简要介绍《化学反应工程》课程的目标和内容。
化学反应工程的定义
1 探索化学变化
了解化学反应工程是研究和优化化学反应的过程。
2 最大化产出
学习如何设计反应条件以获得最高产出率。
3 确保安全
了解如何在反应过程中确保操作员和环境的安全。
化学反应工程的重要性
产品开发
化学反应工程为新产品开发提 供支持。
过程优化
优化反应工程可提高生产效率 并降低成本。
环境保护
合理设计反应过程有助于减少 环境污染。
化学反应工程的应用领域
1
医药行业
化学反应工程在药物合成和制造中起着
能源领域
2
重要作用。
反应工程可应用于石油炼制和可再生能
源生产。
3
化工行业
化学反应工程可促进化学品的生产和工 艺改进。
化学反应工程的基本步骤
反应评估
评估反应的适用性和可能的反应机制。
实验验证
通过实验室测试验证反应方案。
方案设计
制定合适的反应方案和条件。
工业应用
将优化后的反应方案应用于工业生产。
化学反应工程的关键要素
反应器设计
合理设计反应器以实现高效的反 应。
催化剂选择
选择适当的催化剂以促进反应速 率。
过程制
实时监测和调控反应过程以确保 稳定性。
结论和总结
通过本课程，您将掌握化学反应工程的核心知识，并能在实际应用中应用所 学。
欢迎来到本次《化学反应工程》PPT课件！在本课件中，我们将探索化学反 应工程的定义、重要性、应用领域、基本步骤和关键要素。
课程介绍
在这个章节中，我们将简要介绍《化学反应工程》课程的目标和内容。
化学反应工程的定义
1 探索化学变化
了解化学反应工程是研究和优化化学反应的过程。
2 最大化产出
学习如何设计反应条件以获得最高产出率。
3 确保安全
了解如何在反应过程中确保操作员和环境的安全。
化学反应工程的重要性
产品开发
化学反应工程为新产品开发提 供支持。
过程优化
优化反应工程可提高生产效率 并降低成本。
环境保护
合理设计反应过程有助于减少 环境污染。
化学反应工程的应用领域
1
医药行业
化学反应工程在药物合成和制造中起着
能源领域
2
重要作用。
反应工程可应用于石油炼制和可再生能
源生产。
3
化工行业
化学反应工程可促进化学品的生产和工 艺改进。
化学反应工程的基本步骤
反应评估
评估反应的适用性和可能的反应机制。
实验验证
通过实验室测试验证反应方案。
方案设计
制定合适的反应方案和条件。
工业应用
将优化后的反应方案应用于工业生产。
化学反应工程的关键要素
反应器设计
合理设计反应器以实现高效的反 应。
催化剂选择
选择适当的催化剂以促进反应速 率。
过程制
实时监测和调控反应过程以确保 稳定性。
结论和总结
通过本课程，您将掌握化学反应工程的核心知识，并能在实际应用中应用所 学。
《化学反应工程》课件
部分模化法
将反应器的一部分进行放大或缩小， 以研究其放大效应或缩小效应。
相似放大法
通过相似理论来预测大试实验结果， 需要保证相似条件得到满足。
04
流动与混合
流动模型与流型
1 2
层流模型
适用于低雷诺数的流体，流速较低，流体呈层状 流动。
湍流模型
适用于高雷诺数的流体，流速较高，流体呈湍流 状态。
3
过渡流模型
化学反应影响流动特性
化学反应释放的热量和产生的压力变化会影响流体的流动状 态。
流动与混合实验技术
实验设备
包括管式反应器、搅拌釜式反应器、喷射式反应器等。
实验方法
通过测量流体的流速、压力、温度等参数，分析流动与混合对化学反应的影响 。
05
传递过程与反应器的热力学基础
传递过程基础
传递过程定义
物质和能量的传递是自然界和工程领域中普遍存在的现象，传递 过程是研究物质和能量传递规律的科学。
通过调节进料浓度来控制反应物浓度，保证反应的稳定性和效率。
催化剂选择与优化
选择合适的催化剂并优化其用量，提高反应效率和选择性。
反应器放大与缩小
经验放大法
根据小试实验数据和经验公式，通过 比例放大来预测大试实验结果。
数学模拟放大法
通过建立数学模型来模拟反应过程， 并利用计算机技术进行放大和缩小实 验。
管式反应器
适用于连续操作和大量生产，传热效果好， 适用于高粘度液体和悬浮液。
流化床反应器
适用于固体颗粒的反应，传热效果好，适用 于大规模生产。
反应器设计基础
反应动力学
研究反应速率和反应机理，为反应器设计提 供基础数据。
热力学
研究反应过程中的能量变化和物质平衡，为 反应器设计提供热力学依据。
化学反应工程课件-PPT
k/
k
K
1/ p
E
E
1
H
r
ln
k
ln
k
1
ln
K
p
d ln k dT
d ln k dT
1
d ln K p dT
1
H r 1R4T 2
E
E
1
H r
对于吸热反应，ΔHr>0 对于放热反应，ΔHr<0
EE
EE
●反应 速率与 温度的 关系
r k f (X A) k g(X A)
r
dk
dk
( T ) xA f ( X A ) dT g( X A ) dT
kcA0 (1 X A ) (cB0
B A
cA0 X A )
(2.48)
XA——t
● 变
AA BB PP
ci
ni V
XA
容
过 程
* rA kcAcB
1 V
dnA dt
kcA cB
30
AA BB PP
组分
A B
反应前(XA=0)
nA0
1 j A1 2 j A2 ij Ai 0 rj
1M A1 2M A2 iM Ai 0 rM
M
i ij r j (*) j 1
rj
？
i
●忽略次要反应，确定独立反应数M；
●测M个组分的 i
●对每个组分按（*）式,建立M个线 性方程；
●求解代数方程组，得 rj.
22
例：乙苯催化脱氢反应可以用下列方程式表示
不受其他反应的反应组分浓度的影响。
特殊 情况
●多相催化反应； ●变容气相反应.
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15
习题1.1
第一章习题答案
一个75kg的人大约每天消耗6000kJ热量的食物,假设食物 为葡萄糖,其反应方程式为:
C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O -ΔH=2816kJ如果人吸入的空 气中含CO20.04%、O2 20.96%，呼出的气体中CO2含量上 升到4.1%、O2含量降低到16.1%，请问人每千克体重代 谢所消耗的空气的速率。
➢ 循环操作的平推流反应器 ➢ 反应器特性特性分析---推动力
化学反应推动力------体系组成与平衡组成的差 化学反应的化学势
3
复习
返混对反应器体积的影响（反应级数n>0)
xA dxA
0 rA
xA rA
V
v0cA0
xA 0
dxA rA
V
v0cA0
xA rA
返混对反应器体积的影响（反应级数n<0)
该反应为一级不可逆反应,反应速率常数与温度的关系为:
k 1.391014 exp( 37700) RgT
c c α1α 2 bβ1> β2, A、B维持高 水平
α1> α2，β1< β2, A浓度高水平、 B在低浓度水平 1）半间歇反应器， 2）平推流，A可以轴向进料， B侧向连续进料 3）多级串联全混流反应器
8
流动模型与反应选择性
总选择性定量分析最终产品分别：
s
1 xA
• x=0.201 y=103.96 • 反应需O2: 6000/2816/0.201×6=63.6 (mol) • 空气消耗速率: 63.6/0.2096/75=4.05 mol/kg • 4.05×22.4/24/60=0.063 L/min·kg
17
答案
• 如果该题目改为:人对反应的水份不产生影响.且 不给出CO2的出口浓度,则:
2k1)
流动模型与反应选择性
cB cC
cB cC
反应速率常数的相对大小对反应的选择性起决定性作用
12
流动模型与反应选择性
cC cB
13
流动模型与反应选择性
全混流反应器
FA0 FA rAV
FB rBV
FC rCV
τ (cA0 CA) / k1cA cB /(k1cA k 2cB) cC / k 2cB
第二章 反应器内的流体流动与混合 Chapter 2 Fluid Flow & Mixture in Reactor
几种理想反应器 不同反应器及反应器的组合 停留时间对转化率选择性的影响 停留时间分布测定 停留时间分布与流动模型
1
作业 Assignment
新版教材：
2.9 2.10 2.11
2
复习
6
流动模型与反应选择性
根据瞬时选择性定义，
s
rD rA
1 (kU
1
/
k
D
)c
α2 A
α1
两组分参与的平行反应：
A B k1 D (目的产物）
A B k2 U (副产物） 速率方程为：
rD
k1c
α1 A
c β1 B
rU
k2
c
α2 A
c β2 B
7
流动模型与反应选择性
sDU
rD rU
kD kU
20.96(1 x)
100% 16.1%
20.96(1 x) 79 0.04 20.96x 20.96x
• 重要知识点:
关键组分的转化率
xA
nA,0 nA n A,0
18
习题2.2
在210℃等温条件下,进行亚硝酸乙酯的气相分解反应 C2H5ONO NO 0.5CH3CHO 0.5C2H5OH
平推流反应器
dFA = rAdV dFB = rBdV dFC = rcdV 过程恒容，Fi = v0ci , dV = v0dτ - dcA / dτ = k1cA dcB / dτ = k1cA - k2cB dcc / dτ = k2cB
10
流动模型与反应选择性
反应物A的浓度变化：
cA cA0 exp(k1τ) 产物B的生成浓度为一阶微分方程：
16
答案
• C6H12O6+6O2+inert=6CO2+6H2O+inert
• mol
20.96 79 0.04 0 79 t=0
• mol 20.96(1-x) 79 0.04+20.96x 20.96x 79 t=t • 则反应后总摩尔数为y,则有
• 20.96 (1-x)/y=16.1% • (0.04+20.96x)/y=4.1%
cB
(1
k1τcA0 k1τ )(1
k2τ)
最大需要的反应停留时间
τopt，直接令dcB / dτ 0,
τopt (k1k2 )1/ 2
14
流动模型与反应选择性
反应速率常数的相对大小对反应的选择性起决定性的作用。 同样转化率下，平推流反应器对于目标产物的选择性高。 k1/k2较大时，反应转化率可适当高些；k1/k2较小时，尽 量降低反应器内的反应转化率
理想反应器的组合 例题2.1，习题2.7
4
流动模型与反应选择性
➢ 流体在反应器内的流动状况不仅影响反应器的大小，而且
影响对目的产物的选择性。选择性是优化考虑的主要因素。
➢ 不同的返混状况对反应选择性的影响
收率
Y
生成产物所消耗的关键组分A的物质的量 进入反应器的关键组分A的物质的量
选择性
S
生成产物所消耗的关键组分A的物质的量 已消耗关键组分A的总物质的量
5
流动模型与反应选择性
平行反应
A kD D (目的产物） A ku U (副产物）
相应的速率方程为： rD kDcAα1 rU kU cAα2
α1, α2均大于0，D和U相对选择系数sDU
sDU
rD rU
kD kU
c α1α 2 A
α1> α2 浓度增加, sDU增大，平推流或间歇反应器 α1< α2 全混流反应器
xA
sdxA
0
1 xA
s xA DU
0 1 sDU
dxA
平行反应中，若反应中的浓度级数不同，可通过控 制反应的浓度来改变反应物的分布。
反应物浓度高有利于级数高的反应，浓度低有利于级 数低的低的反应
9
流动模型与反应选择性
串联反应 (重点）
A k1 B(目的产物）k2 C
反应时间对串联反应选择性有重要影响，返混影响选择性
dcB / dτ k2cB cA0 exp(k1τ)
初始条件：τ 0，cB 0
cB
k1 k2 k1
cA0 (ek1τ
ek2τ )
目的产物的出口浓度最大需要的反应时间
τopt，直接令dcB / dτ 0,
τ opt
1 k1 k2
ln
k1 k2
11
cB,opt
cA0
(
k1 k2
)k
2 /( k
习题1.1
第一章习题答案
一个75kg的人大约每天消耗6000kJ热量的食物,假设食物 为葡萄糖,其反应方程式为:
C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O -ΔH=2816kJ如果人吸入的空 气中含CO20.04%、O2 20.96%，呼出的气体中CO2含量上 升到4.1%、O2含量降低到16.1%，请问人每千克体重代 谢所消耗的空气的速率。
➢ 循环操作的平推流反应器 ➢ 反应器特性特性分析---推动力
化学反应推动力------体系组成与平衡组成的差 化学反应的化学势
3
复习
返混对反应器体积的影响（反应级数n>0)
xA dxA
0 rA
xA rA
V
v0cA0
xA 0
dxA rA
V
v0cA0
xA rA
返混对反应器体积的影响（反应级数n<0)
该反应为一级不可逆反应,反应速率常数与温度的关系为:
k 1.391014 exp( 37700) RgT
c c α1α 2 bβ1> β2, A、B维持高 水平
α1> α2，β1< β2, A浓度高水平、 B在低浓度水平 1）半间歇反应器， 2）平推流，A可以轴向进料， B侧向连续进料 3）多级串联全混流反应器
8
流动模型与反应选择性
总选择性定量分析最终产品分别：
s
1 xA
• x=0.201 y=103.96 • 反应需O2: 6000/2816/0.201×6=63.6 (mol) • 空气消耗速率: 63.6/0.2096/75=4.05 mol/kg • 4.05×22.4/24/60=0.063 L/min·kg
17
答案
• 如果该题目改为:人对反应的水份不产生影响.且 不给出CO2的出口浓度,则:
2k1)
流动模型与反应选择性
cB cC
cB cC
反应速率常数的相对大小对反应的选择性起决定性作用
12
流动模型与反应选择性
cC cB
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流动模型与反应选择性
全混流反应器
FA0 FA rAV
FB rBV
FC rCV
τ (cA0 CA) / k1cA cB /(k1cA k 2cB) cC / k 2cB
第二章 反应器内的流体流动与混合 Chapter 2 Fluid Flow & Mixture in Reactor
几种理想反应器 不同反应器及反应器的组合 停留时间对转化率选择性的影响 停留时间分布测定 停留时间分布与流动模型
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作业 Assignment
新版教材：
2.9 2.10 2.11
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复习
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流动模型与反应选择性
根据瞬时选择性定义，
s
rD rA
1 (kU
1
/
k
D
)c
α2 A
α1
两组分参与的平行反应：
A B k1 D (目的产物）
A B k2 U (副产物） 速率方程为：
rD
k1c
α1 A
c β1 B
rU
k2
c
α2 A
c β2 B
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流动模型与反应选择性
sDU
rD rU
kD kU
20.96(1 x)
100% 16.1%
20.96(1 x) 79 0.04 20.96x 20.96x
• 重要知识点:
关键组分的转化率
xA
nA,0 nA n A,0
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习题2.2
在210℃等温条件下,进行亚硝酸乙酯的气相分解反应 C2H5ONO NO 0.5CH3CHO 0.5C2H5OH
平推流反应器
dFA = rAdV dFB = rBdV dFC = rcdV 过程恒容，Fi = v0ci , dV = v0dτ - dcA / dτ = k1cA dcB / dτ = k1cA - k2cB dcc / dτ = k2cB
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流动模型与反应选择性
反应物A的浓度变化：
cA cA0 exp(k1τ) 产物B的生成浓度为一阶微分方程：
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答案
• C6H12O6+6O2+inert=6CO2+6H2O+inert
• mol
20.96 79 0.04 0 79 t=0
• mol 20.96(1-x) 79 0.04+20.96x 20.96x 79 t=t • 则反应后总摩尔数为y,则有
• 20.96 (1-x)/y=16.1% • (0.04+20.96x)/y=4.1%
cB
(1
k1τcA0 k1τ )(1
k2τ)
最大需要的反应停留时间
τopt，直接令dcB / dτ 0,
τopt (k1k2 )1/ 2
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流动模型与反应选择性
反应速率常数的相对大小对反应的选择性起决定性的作用。 同样转化率下，平推流反应器对于目标产物的选择性高。 k1/k2较大时，反应转化率可适当高些；k1/k2较小时，尽 量降低反应器内的反应转化率
理想反应器的组合 例题2.1，习题2.7
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流动模型与反应选择性
➢ 流体在反应器内的流动状况不仅影响反应器的大小，而且
影响对目的产物的选择性。选择性是优化考虑的主要因素。
➢ 不同的返混状况对反应选择性的影响
收率
Y
生成产物所消耗的关键组分A的物质的量 进入反应器的关键组分A的物质的量
选择性
S
生成产物所消耗的关键组分A的物质的量 已消耗关键组分A的总物质的量
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流动模型与反应选择性
平行反应
A kD D (目的产物） A ku U (副产物）
相应的速率方程为： rD kDcAα1 rU kU cAα2
α1, α2均大于0，D和U相对选择系数sDU
sDU
rD rU
kD kU
c α1α 2 A
α1> α2 浓度增加, sDU增大，平推流或间歇反应器 α1< α2 全混流反应器
xA
sdxA
0
1 xA
s xA DU
0 1 sDU
dxA
平行反应中，若反应中的浓度级数不同，可通过控 制反应的浓度来改变反应物的分布。
反应物浓度高有利于级数高的反应，浓度低有利于级 数低的低的反应
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流动模型与反应选择性
串联反应 (重点）
A k1 B(目的产物）k2 C
反应时间对串联反应选择性有重要影响，返混影响选择性
dcB / dτ k2cB cA0 exp(k1τ)
初始条件：τ 0，cB 0
cB
k1 k2 k1
cA0 (ek1τ
ek2τ )
目的产物的出口浓度最大需要的反应时间
τopt，直接令dcB / dτ 0,
τ opt
1 k1 k2
ln
k1 k2
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cB,opt
cA0
(
k1 k2
)k
2 /( k