反应工程

反应工程第一章：1：反应物的化学计量系数为负值，反映产物则为正值。

2：任何反应组分和其化学计量系数之比为反映进度ξ（永远为正值）。

3：转化率X 对应反应物，收率Y 对应反应产物。

4：选择性S ：Y=SX 。

5：化学反应器的类型： 管式反应器 釜式反应器 塔式反应器 固定床反应器 流化床反应器 移动床反应器 滴流床反应器 6：化学反应器的操作方式： 间歇操作 连续操作半间歇（半连续）操作 7：反应器设计的基本方程：描述浓度变化的物料衡算式（连续方程） 描述温度变化的能量衡算式（能量方程） 描述压力变化的动量衡算式 描述器内反应速率（动力学方程） 计算某些参数（参数计算式） 8：守恒定律：输入=输出+消耗+积累ξνννννν=-=-=-=---RR R B B B A A A R B A R R B B A A n n n n n n n n n n n n 000000::)(:)(:)(即：ξνi i i n n =-0普遍化：∑==-Mj jij i i n n 10ξν对多个反应：该反应物的起始量某一反应物的转化量=X 0i i n X ξν-=关键组分的起始量反应产物的生成量R A R Y νν=已转化的关键组分量关键组分量生成目的产物所消耗的＝S 关键组分的起始量关键组分量生成某一产物所消耗的或：=Y第二章：1：反应速率恒为正值 2：恒容过程：3：流动体系：4：多相反应系统反应速率表示形式：以相界面积定义反应速率： 以催化剂重量定义反应速率：对于采用固体催化剂的反应：5：反应速率方程：基元反应：非基元反应：反应机理未知：幂函数形速率方程：可逆反应：6：正逆反应活化能的关系：r Rr r r RBBAA常数==-=-νννdtdc r A A -=rA A dV dF r -=dtdn V r i i ν1=dtd V r ξ1=dadF r A A-='dWdF r A A -=''Ab A V A r r a r '''ρ==BA BA A c kc r νν=7：可逆放热反应的最佳反应温度：8：复合反应的基本类型：并列反应平行反应浓度高有利于反应级数大的反应温度升高有利于活化能大的反应连串反应9：反应速率方程的变换与积分、第三章：1：釜式反应器特征：反应器内各处温度和浓度均一且与出口一致2：物料衡算式：1：连续釜式反应器：2：间歇釜式反应器：3：等温间歇釜式反应器的计算（单一反应）：1：反应时间：2：反应体积：3：反应器体积：4：等温间歇釜式反应器的计算（复合反应）：1：平行反应：解：2：连串反应：以目的产物P 的收率最大为优化目标可得最佳反应时间：5：连续釜式反应器的反应体积：6：空时与空速的概念：1：空时：（因次：时间） 2：空速：空速的意义：单位时间单位反应体积所处理的物料量。

空速越大，反应器的原料处理能力越大。

7：等温连续釜式反应器（CSTR ）的计算： 1：平行反应：（主反应） （副反应） 2：连串反应：)()(000Af A Af A Af A Af A r X r X c X r X c Q V =⇒=τ AA A r r c c Q V )(00-=进料体积流量反应体积==0Q V r τ()-1:时间因次rA A r V c F V Q 0001==τP A →A P ck r 1=Q A →AQc k r 2=AAf A r c k k X c Q V )(2100+=A p r c k c Q V 10=QP A k k −→−−→−21AAfA r c k X c Q V 100=pA p r c k c k c Q V 210-=8：CSTR 的串联与并联：正常动力学，转化速率随转化率增加而降低，多釜串联优于单釜操作，总反应体积小； 反常动力学，转化速率随转化率增加而增加，单釜操作优于多釜串联，总反应体积小； 单釜过大，难于加工时，需要用若干小釜。

正常动力学的反应采用串联方式； 单釜过大，难于加工时，需要用若干小釜。

反常动力学的反应采用并联方式。

分配各釜的进料量：各釜的进料量与各釜的反应体积成正比。

9：串联釜式反应器计算：物料衡算式：10：串联釜式反应器中进行α级反应：α>1，各釜体积依次增大，小釜在前，大釜在后。

α=1，各釜体积相等。

0<α<1，各釜体积依次减小。

α=0，串联总体积等于单釜操作的体积。

α<0，单釜优于串联釜。

11：总收率与总选择性：12：当S 随XA 增加而单调下降时，达到相同转化率下的收率：间歇釜>多釜串联>单一CSTR 当S 随XA 增加而单调上升时，达到相同转化率下的收率：间歇釜<多釜串联<单一CSTR13：Mj K i Np r v c c Q V Pj M j ij ip ip rp ,,2,1,,2,1,,2,1)(10⋅⋅⋅=⋅⋅⋅=⋅⋅⋅=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=∑-⎰=A fX AAf o SdX X S 01Afo pf X S Y =第四章：1：流动模型：是反应器中流体流动与返混情况的描述，这一状况对反应结果有非常重要的影响。

2：返混：在流体流动方向上停留时间不同的流体粒子之间的混合称为返混，也称为逆向混合。

、 3：活塞流模型（平推流）： 基本假定：(1)：径向流速分布均匀，所有粒子以相同的速度从进口向出口运动。

(2)：轴向上无返混特点：径向上物料的所有参数都相同，轴向上不断变化。

管径较小，流速较大的管式反应器－－可按活塞流处理4：全混流模型：基本假定：(1)：径向混合和轴向返混都达到最大(2)：符合此假设的反应器，物料的停留时间参差不齐特点：反应物系的所有参数在径向上均一，轴向上也均一，即：各处物料均一，均为出口值 剧烈搅拌的连续釜式反应器－－可按全混流处理5：等温管式反应器：1：单一反应：2：平行反应：3：连串反应：6：管式与釜式反应器反应体积的比较： 1：正常动力学：达到相同的转化率，管式反应器所需的反应体积小于釜式反应器2：反常动力学：达到相同的转化率，管式反应器所需的反应体积大于釜式反应器3：有极大值情况：XAf > XAm ，则 Vrp > Vrm XAf < XAm ，则 Vrp < Vrm)(00A A rAA X dV dX c Q R -=⎰-=A fX A A AA r X dX c Q V 00)]([R ⎰-==A fX A A AA or X dX c Q V)]([R τ])(exp[210τk k c c A A +-=]})(exp[1{212101τk k k k c k c A p +--+=]})(exp[1{212102τk k k k c k c A Q +--+=τ10k A A e c c -=)(122101ττk k A P e e k k ck c ----=7：循环反应器：循环物料与新鲜原料量之比为循环比：反应器的物料处理量为：8：变温管式反应器：管式反应器轴向温度分布方程：管式反应器中反应温度与转化率的关系式：绝热管式反应器：Q Q r=ψ00)1(Q Q Q r ψ+=+ψψ+=10AfA X X ⎰+-ℜ+=A fA fX X A A A r dX c Q V ψψψ1)()1(00/(R )()4()/pt A r Tr C tGc dT dZ H U T T d =--∆+-)(4)(0T T d U dZ dX M H Gw dZ dT Gc C tA A Tr r A pt-+⋅∆-=AX T T λ=-0()ptA Tr A c M H w r∆-=0λ()0rA r TptC H cλρ-∆=1：用多釜串联模型进行反应器计算步骤：1：测反应器的停留时间分布，求出 2：根据 ，求出模型参数N （N 要圆整） 3：逐釜计算求出最终转化率。

若为一级不可逆反应，则：（τ为单釜空时） 2：用轴向扩散模型进行反应器计算步骤：1：测反应器的停留时间分布，求出 2：根据 ，求出模型参数 Pe 3：解反应模型求转化率。

2θσN12=θσ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=11111N AN X k τ()Pe e Pe Pe---=12222θσ2θσ1：固体催化剂的宏观结构和性质：1：比表面积Sg ：单位质量催化剂颗粒所具有的表面积。

与催化剂的孔道尺寸有关。

BET 法和色谱法是常用的测定方法。

2：孔容：单位质量催化剂颗粒所具有的孔体积。

实测方法有压贡仪法（＞100×10－10m ）、气体吸附法（＜10nm ）等。

3：平均孔半径：4：孔隙率：5：形状系数（球形度，圆球度）： 6：催化剂颗粒粒度的表示方法：以筛分或当量直径表示 2：流体与催化剂外表面间的传质与传热：基本方程：传递系数：3：外扩散有效因子 ηX 的定义：4：内扩散有效因子：dVr V r gV a ga ⎰=01gg a S V r 2=pg p p V ρεε⋅==颗粒体积孔隙体积床层的体积固体的质量＝度密堆固体的体积固体的质量＝度密真颗粒的体积固体的质量＝颗粒密度b t p ρρρ psa a a =ψ)(AS AG m G A c c a k N -=)(G S m S T T a h q -=))((r A H q ∆--=R )(r A H N q ∆-⋅=λμρμρp r r P SH c C G D C P P GC h j S S G k j ==⋅== D3232)()(表面处的反应速率外扩散无影响时颗粒外表面处的反应速率外扩散有影响时颗粒外=X ηααααηAGASAG W AS W X c c c k c k ==aX D +==11,1ηα )()2212212, 1421, 12221, 1X a a X X D D αηαηαη==⎡⎤⎛+⎢⎥ ==⎢⎥⎢⎥⎝⎣⎦=-=r r A ==表面处的反应速率内扩散无影响时颗粒外表面处的反应速率内扩散有影响时颗粒外ηφφη)(tanh =球形催化剂：e p p p D k a V =φ第七章：1：压力降计算公式：2：固定床内的传递现象：()2031r s L u p f d ρεε-∆=75.1150+=e R f εμρ-=110u d R s e p p s a V d 6=p rd L N = 轴向扩散：p t d d N 5= 径向扩散：。