化学反应工程复习+公式指导

化学反应工程复习总结一、知识点1.化学反应工程的研究对象与目的，研究内容。

化学反应工程的优化的技术指标。

2.化学反应动力学转化率、收率与选择性的概念。

反应速率的温度效应和活化能的意义。

反应速率的浓度效应和级数的意义。

3.理想反应器与典型反应特征理想反应器的含义。

等温间歇反应器的基本方程。

简单不可逆反应和自催化反应的特征和计算方法。

可逆反应、平行反应和串联反应的动力学特征和计算方法。

4.理想管式反应器管式平推流反应器的基本方程典型反应的计算。

停留时间、空时和空速的概念。

膨胀因子和膨胀率的概念。

5.连续流动釜式反应器全混流模型的意义。

全混流反应器的基本方程全混流反应器的计算。

循环反应器的特征与计算方法。

返混的概念、起因、返混造成的后果。

返混对各种典型反应的利弊及限制返混的措施。

6.停留时间分布与非理想流动停留时间分布的意义，停留时间分布的测定方法。

活塞流和全混流停留时间分布表达式，固相反应的计算方法。

多釜串联模型的基本思想，模型参数微观混合对反应结果的影响。

7.反应器选型与操作方式简单反应、自催化和可逆反应的浓度效应特征与优化。

平行反应、串联反应的浓度效应特征与优化。

反应器的操作方式、加料方式。

8．气固催化反应中的传递现象催化剂外部传递过程分析，极限反应速率与极限传递速率。

Da和外部效率因子的定义及相互关系。

流速对外部传递过程的影响。

催化剂内部传递过程分析，Φ和内部效率因子的定义及相互关系。

扩散对表观反应级数及表观活化能的影响。

一级反应内外效率因子的计算。

内外传递阻力的消除方法。

9.热量传递与反应器热稳定性定态、热稳定性、临界着火温度、临界熄火温度的概念。

催化剂颗粒热稳定性条件和多态特性。

全混流反应器、管式固定床反应器热稳定条件。

最大允许温差。

绝热式反应器中可逆放热反应的最优温度分布。

二、具体内容解析 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。

工程问题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 ：211211ln ()k E k R T T =- E ——cal/mol ，j/mol T ——K R = 1.987cal/mol.K = 8.314 j/mol.K三、PFR 与CSTR 基本方程1. 理想间歇：⎰⎰-=--==Af A Af A x x A AA 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 AA 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） CSTR0 x Af x Aτ/c A0 τ00()Af A c R Apc A V dc v r τ==--⎰0()A AR m A c c V v r τ-==-n=00A A p c x k τ= 0A A p c x k τ=n=1n=2五、可逆反应A P)()(02121A A A P A A C C k C k C k C k r --=-=-浓度效应：⇒=-0)(A r ])1(ln[102012A Aeq x x k k R E E T --=])x (x k k E E ln[R E E A A opt --=110201212PFR 积分式CSTR ：由基本方程导出 六、平行反应k 1k 2P （主反应）A211211n An A n AS P P C k C k C k r r r +=+=β， AfA C C AAfA pf C C dC C C C AfA --=-=⎰000ββ0()AA C p Ppf A C A AdC r C dC r dC 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：k 2S （副反应）β~C A 曲线——对应面积=C P β~X A 曲线——对应面积=C P /C A0②最优加料方式：p163-164 平行反应P 111m B n A p C C k r = A+BS 222m B n A s C C k r =七、串联反应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。

k 1k 2①串联反应的计算PFR CSTRt k A A e C C 10-=物料衡算)e e (C k k k C t k t k A P 210121---=－ S P A A C C C C ++=0②串联反应的最优反应时间、转化率与最大收率 PFR CSTR1212lnk k k k opt-=τ 211k k opt =τoptk opt ex τ11--=optopt opt k k x ττ111+=122)(210max ,max k k k A p k k c c -==ϕ 221120max ,max ]1)[(1+==k k c c A p ϕ八、自催化反应A ＋P P ＋PP A A C kC r =-)(22)(000P A T opt A C C C C +==000T P A P A C C C C C =+=+P P A A T C C C C kt C //ln 000==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001===-=A A A x x x A V V V ε③膨胀因子的物理含义ab a s p A )()(+-+=δ ④变分子反应中停留时间t 与空时τ的大小关系十、循环反应器的计算反应器组合优化v v R R = R RC C C AfA A ++=101⎰-+-==τAf A C C AA r dC R v V 1)()1(0十一、返混1. 不同年龄的物料相互之间的混合——返混（CSTR ）相同年龄的物料相互之间的混合——混合（间歇反应器）2. 返混的起因：①空间上的反向流动②不均匀的速度分布3. 返混的结果：反应器内的浓度变化（↑↓P A C C ）4. 改善措施：分割——横向分割和纵向分割5. )(t f 和)(t F 含义6. 数学期望-t 与方差2t σ 无因次方差222-=t t σσθ7. CSTR ---=t t e t t f 1)( t t e t F --=1)( 12=θσPFR )(t f 和)(t F02=θσ8. 固相反应的计算 dt t f c t c c c A A A A )()(000⎰∞-= ⎰∞-=0)()(dt t f t x x A A9. 微观混合对反应结果的影响(1) 大于一级的反应，上凹曲线，不利(2) 小于一级的反应，下凹曲线，有利(3) 一级反应的情况，线性关系，无关 绝热温升,()A b ad P H c T c ρ-∆∆=十五、热量传递与反应器的热稳定性1. 定态条件r g Q Q = 热稳定条件 gr s s dQ dQ dT dT < 2. 放热曲线与移热曲线，影响因素。

多态—A 、B 、C 点的稳定性3. 最大允许温差 ERT T T T c 2max)(=-=∆ 3121Re Sc A Sh =三、名词解释优化的经济指标：1.技术上是可行的；2.经济上的合理的；3.生产的安全程度。

生产成本中原料费用比例大小已成为现代工业生产过程先进性的重要标志。

三个决策变量：1.结构变量；2.操作方式。

3.工艺条件。

反应器的操作方式按其操作连续性可以分为间歇操作，连续操作和半连续操作。

工业反应过程开发就其核心问题而言，需要解决三方面的问题；1.反应器的合理选型；2.反应器操作的优选条件；3.反应器的工程放大。

均相反应应当满足的两个条件：1.反应系统可以成为均相；2.预混合过程的时间远小于反应时间.活化能的工程意义是反应速率对反应温度敏感程度的一种度量。

活化能越大，表明反应速率对温度变化愈敏感，即温度的变化会使反应反应速率发生较大的变化。

反应级数的工程意义是表示反应速率对于反应物浓度变化的敏感程度。

反应级数的高低并不单独决定反应速率的大小，但反应了反应速率对浓度的敏感程度。

级数越高，浓度变化对反应速率的影响越大。

（P34）反应器设计基本方程：反应器设计的基本方程包括反应动力学方程式。

物料衡算方程式、热量衡算方程式和动量衡算方程式。

反应动力学方程式是化学反应器设计的基础。

自催化反应指的是反应产物本身具有催化作用，能加速反应的进行。

自催化反应的特性是自催化反应必须加入微量产物才能启动。

平行反应选择率的温度效应是：提高温度有利于活化能高的反应；反之，降低温度则有利于活化能低的反应。

平行反应选择率与反应物浓度的关系：提高反应物浓度C A,有利于级数高的反应；反之，降低反应物浓度C A,则有利于级数低的反应。

空时、空速和停留时间:空时又称空间时间，其定义为反应器体积V R与流体进反应器的体积流量v0的比值。

空速是空时的倒数，其物理意义是单位时间单位反应器体积所能处理进口物料的体积。

停留时间指的是反应物料从进入反应器时算起到离开反应器时为止所经历的时间。

表征反应前后分子数变化程度的方法有膨胀率法和膨胀因子法。

膨胀率的定义：是反应组分A全部转化后系统体积变化的分率。

膨胀因子：是原料A消耗1摩尔时，反应系统总物质的量的变化。

返混：停留时间不动的物料之间的混合，称为逆向混合或返混。

返混的原因：1.设备中存在不同尺度的环流；2.不均匀的速度分布。

主要措施是分割。

1停留时间分布的表达有停留时间分布密度和停留时间分布函数。