化学反应工程总结

一、 绪论 1． 2． 3． 4．

研究对象是工业反应过程或工业反应器 决策变量：反应器结构、操作方式、工艺条件 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 工程思维方法

T C 研究目的是实现工业反应过程的优化

反应器型式 操作方式 操作条件 工程因素 反应结果r，? 工程问题 动力学问题

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

反应速率＝反应量 (反应时间)(反应区)3. 工业反应动力学规律可表示为：

ri?fC(Ci)?fT(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。

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：

k2E11?(?) lnk1RT1T2

E——cal/mol，j/mol R = = j/

T——K

三、PFR与CSTR基本方程

cAfdcxAfdxVRAA????cA0?1. 理想间歇：t? cA0(?r)xA0(?r)v0AAcAfdcxAfdxVRAA????cA0?2. 理想PFR： ?p? cxA0A0v0(?rA)(?rA)3. CSTR： 4. 图解法

?p?VRcA0?cAcA0xA ??v(?rA)(?rA)τ/cA0 τ

0 xAf xA

四、简单反应的计算

n=1,0,2级反应特征 浓度、转化率、反应时间关系式 PFR→CSTR，CSTR→PFR

基本关系式 PFR（间歇） CSTR

cAfdcVRA??? ?pcA0(?r)v0AcA?cA0(1?xA)

?

n=0

?m?VRcA0?cA? v(?rA)cA0xA?k?p cA0xA?k?p

1cA0?cAk??lnp?n=1 ?m 1?xA kcA11cA0?cAk???pn=2 cAcA0 ?m?kc2A五、可逆反应

A k2 P

k1

(?rA)?k1CA?k2CP?k1CA?k2(CA0?CA)

?(k1?k2)(CA?CAe) ?(k1?k2)CA0(xAe?xA)

xAxA xAek1CA0?CAeK???k2CAe1?xAe

1 2 3 T 温度效应： 浓度效应：

T E2?E1(?rA)?0? Teq? k20xARln[]k10(1?xA)E2?E1d(?rA)T??0?opt E2k20xAdTRln[]E1k10(1?xA)

PFR积分式

CSTR：由基本方程导出

(k1?k2)t?lnCA0?CAexAe?lnCA?CAexAe?xA六、平行反应

k1

A P（主反应） k2

S（副反应）

??rn1Pk1Crr?An1n2， P?Sk1CA?k2CA??Cpf??CAfC?dCA0ACA0?C?AfCA0?CAf??rPdCpCA(?r??Cpf?A)dCA?C??dCA0A 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。 β~CA曲线——对应面积=CP

β~XA曲线——对应面积=CP/CA0

②最优加料方式：p193-194 平行反应

P rn1p?k1CACm1B A+B

S rn2m2s?k2CACB

七、串联反应

A P S

(?rA)?k1CA

k1

k2

rP?k1CA?k2CP

rS?k2CP

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CP/CA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

CSTR 物料衡算

CA?CA0e?k1t

CP?CA0?CA?CP?CS

k1CA0(e?k1t?e?k2t) k2－k1②串联反应的最优反应时间、转化率与最大收率 PFR CSTR

k2k1? k2?k1ln?k1?opt?opt

?opt?xopt?1k1k2

1k212[()?1]2k1xopt?1?e?max?k1?opt1?k1?optcp,maxcA0?cp,maxcA0?(k1)k2k2k2?k1

?max?