化學(xué)反應(yīng)工程：第三章理想化學(xué)反應(yīng)器復(fù)習(xí)

1、Chemical Reaction Engineering 3-1 理想化學(xué)反應(yīng)器定義：排除工程因素影響的反應(yīng)器 反應(yīng)結(jié)果由動(dòng)力學(xué)決定分類： *間歇攪拌釜式反應(yīng)器（BR）（Batch Reactor） *管式流動(dòng)反應(yīng)器（PFR）（Plug Flow Reactor）第三章 理想化學(xué)反應(yīng)器Chemical Reaction Engineering選擇合適的反應(yīng)器形式確定最佳工藝條件計(jì)算所需反應(yīng)器體積反應(yīng)器設(shè)計(jì)任務(wù)Chemical Reaction Engineering反應(yīng)器設(shè)計(jì)基本方程： 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式 物料衡算方程式（對(duì)任一組分）流入量 = 流出量 + 反應(yīng)消耗量 + 積累量 熱量衡算方程

2、式帶入熱焓=帶出熱焓+反應(yīng)熱+積累量+傳熱量 動(dòng)量衡算方程式Chemical Reaction Engineering3-2 理想間歇反應(yīng)器中的簡(jiǎn)單反應(yīng)一、理想間歇反應(yīng)器基本方程 流入量流出量反應(yīng)消耗量積累量恒容時(shí)：Chemical Reaction Engineering二、理想間歇反應(yīng)器計(jì)算簡(jiǎn)單反應(yīng)：解法： 解析解 圖解法恒容時(shí)；Chemical Reaction Engineering 解析解Chemical Reaction Engineering 圖解法恒容時(shí)；Chemical Reaction Engineering三、簡(jiǎn)單反應(yīng)特性分析1、kt 分析等溫條件下反應(yīng)結(jié)果由kt乘積決定

3、Chemical Reaction Engineering2、CA0 與反應(yīng)時(shí)間 t若要求相同的殘余濃度CA ，n=0， CA0 ，則 t ；n=1，介于二者之間CA tn=2，Chemical Reaction Engineering3、轉(zhuǎn)化率x 與反應(yīng)時(shí)間 tn=0， kt / CA0 ，則 x ；n=1，轉(zhuǎn)化率x 與CA0無(wú)關(guān)一級(jí)反應(yīng)的重要特征判據(jù)10Chemical Reaction Engineeringn=2， 不變，轉(zhuǎn)化率x不變100t 2=10 t 1高級(jí)數(shù)時(shí)，反應(yīng)時(shí)間消耗在反應(yīng)后期 二級(jí)重要特征Chemical Reaction Engineering4、CA0, x,（-r

4、A）, t 的關(guān)系n=1n=2n=0Chemical Reaction Engineering若攪拌釜的裝料系數(shù)（一般為0.5-0.85）則：反應(yīng)器實(shí)際體積5、反應(yīng)器體積計(jì)算單位生產(chǎn)時(shí)間所處理的物料量每批物料的操作時(shí)間=反應(yīng)時(shí)間+輔助時(shí)間t由反應(yīng)動(dòng)力學(xué)計(jì)算Chemical Reaction Engineering四、自催化反應(yīng)特征：反應(yīng)存在啟動(dòng)過(guò)程產(chǎn)物的催化作用存在最大速率小 初期CA大，CP 小大 中期CACP 小 后期CA小，CP大Chemical Reaction Engineering計(jì)算：解析解圖解法Chemical Reaction Engineering3-3 理想間歇反應(yīng)器中的

5、可逆反應(yīng)（對(duì)峙反應(yīng)，Reversible Reactions ）一、可逆反應(yīng)的特征 一級(jí) 特征：平衡平衡溫度和平衡轉(zhuǎn)化率Chemical Reaction Engineering工業(yè)過(guò)程受平衡的限制（熱力學(xué)）破壞平衡的措施：改變K吸熱， 受材質(zhì)限制； 放熱， 受動(dòng)力學(xué)限制。改變體系濃度反應(yīng)、分離組合APAPChemical Reaction Engineering二、可逆反應(yīng)速率表達(dá)式積分式：t（k1+k2）Chemical Reaction Engineering三、濃度效應(yīng)與溫度效應(yīng)濃度效應(yīng)：T不變，K不變，溫度效應(yīng)：T可逆吸熱，可逆放熱，動(dòng)力學(xué)因素?zé)崃W(xué)因素Chemical Reacti

6、on EngineeringSO2氧化反應(yīng)典型的可逆放熱反應(yīng)T低時(shí)，動(dòng)力學(xué)因素占主導(dǎo)地位T高時(shí)，熱力學(xué)因素占主導(dǎo)地位必然存在最優(yōu)溫度Chemical Reaction EngineeringTopt推導(dǎo)平衡溫度思考題：可逆放熱反應(yīng)x-T曲線如圖 問(wèn)：B點(diǎn)的速率 。 ADGH四點(diǎn)中最大速率點(diǎn) 。 DEF三點(diǎn)中最大速率點(diǎn) 。 HFC中最大速率點(diǎn) 。TTeqToptABCDEFGH0HFFChemical Reaction Engineering3-4 理想間歇反應(yīng)器中的平行反應(yīng)（Reactions in Parallel）一、平行反應(yīng)的特征k1 k2APS類型：k1 k2A+BPS當(dāng) n1=n2

7、=1時(shí)，有：Chemical Reaction Engineering瞬時(shí)選擇性即：存在溫度效應(yīng)與濃度效應(yīng).平均選擇性反應(yīng)結(jié)果Chemical Reaction Engineering 與 的關(guān)系圖解法：=Ca f CA 0 CAChemical Reaction EngineeringRDAP收率單耗單程收率總收率（循環(huán)系統(tǒng) =1）Chemical Reaction Engineering溫度升高有利于活化能高的反應(yīng)。工程措施： E1E2高溫下反應(yīng)，受材質(zhì)約束 E1E2低溫下反應(yīng)，在速率與之間，滿足二、平行反應(yīng)選擇性的溫度效應(yīng)Chemical Reaction Engineering濃度升高

8、有利于級(jí)數(shù)高的反應(yīng)。CA三、平行反應(yīng)選擇性的濃度效應(yīng)Chemical Reaction Engineering3-5 理想間歇反應(yīng)器中的串連反應(yīng)（Reactions in Series）一、串連反應(yīng)的特征設(shè)各步反應(yīng)均為一級(jí)對(duì)A：對(duì)P：Chemical Reaction Engineering （與平行反應(yīng)相同） 存在最優(yōu) ，對(duì)應(yīng)最大 （與平行反應(yīng)不同）特征 ：Chemical Reaction Engineering二、串連反應(yīng)的選擇性和收率濃度效應(yīng)：任何使串連反應(yīng)的反應(yīng)物濃度下降、產(chǎn)物 濃度上升的因素，對(duì)串連反應(yīng)總是不利的的特征：反應(yīng)初期，最大=1 tCACPt1Chemical Reaction Engineering溫度效應(yīng)結(jié)論：溫度升高有利于活化能高的反應(yīng)。TChemical Reaction Engineering工業(yè)操作：若低溫有利。實(shí)際措施： 反應(yīng)初