第一章 应用化学反应动力学及反应器设计基础(简明).ppt

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1、第一章应用化学反应动力学及反应器设计基础第一章应用化学反应动力学及反应器设计基础化学计量学化学反应器和工业反应器的分类加压下气相反应的反应焓和化学平衡常数化学反应速率及动力学方程温度对反应速率的影响及最佳反应温度反应器设计基础及基本设计方程化学反应的分类按反应的化学特性分类第一节化学反应器和工业反应器的分类反应机理(1)单一反应；(2)多重反应反应的可逆性(1)可逆反应；(2)不可逆反应反应分子数(1)单分子反应；(2)双分子反应；(3)三分子反应反应级数(1)一级反应；(2)二级反应；(3)三级反应；(4)零级反应；(5)分数级反应反应热效应(1)放热反应；(2)吸热反应按

2、反应过程进行的条件分类均相催化反应气相反应；液相反应非催化反应多相催化反应液-液相反应；气-液相反应；液-固相反应；气-固相反应；固-固相反应；气-液-固三相反应非催化反应温度等温反应；绝热反应；非绝热变温反应压力常压反应；加压反应；减压反应操作方法间歇过程；连续过程(平推流、全混流、中间型)；半间歇过程定态过程；非定态过程流动模型理想流动模型(平推流，全混流)非理想流动模型工业反应器的分类按操作方法分类间歇反应器管式及釜式连续流动反应器半间歇反应器按流动模型分类连续流动反应器理想流动模型：平推流反应器，PFR；全混流反应器，MFR或CSTR非理想流动模型停留时间分布(RTD

3、)流体的质点或粒子代表一堆分子所组成的流体，它的体积比反应器的体积小到可以忽略，但其中所包含的分子足够多，具有确切的统计平均性质，如组成、温度、压力、流速；由于连续反应器中的死角、沟流、短路等造成不同质点在反应器中的停留时间不同，形成停留时间分布(RTD)。RTD与返混年龄分布——仍然留在反应器中的质点的RTD寿命分布——反应器出口处质点的RTD返混：不同年龄质点间的混合—时间概念上的逆向。连续流动反应器中，反应物料的参数随空间位置而变，不同空间位置的物料由于倒流、绕流、回流等流动状况，使不同年龄的质点混合，即返混。理想流动模型平推流模型——反应物料以稳定流量流入反应器，沿着

4、流料的流动方向，物料的流速、浓度、温度、压力等参数都相同，所有材料质点具有相同的停留时间，不存在返混；举例——长径比很大，流速较高的管式反应器。全混流模型——返混程度为无穷大，反应物料的稳定流量流入反应器，新鲜物料与存留在反应器中的物料达到瞬间完全混合。出口处物料的浓度、温度等参数与反应器中物料相同。停留时间分布中有的很长，有的很短；举例——强烈搅拌的连续釜式反应器。非理想流动模型——偏离上述两种理想流动模型，偏离程度可通过测定停留时间分布来确定。按反应器结构类型分类型式适用的反应特征釜(槽)式，一级或多级串联液相，液-液相，液-固相，气-液相，气-液-固三相适用性大，操作弹

5、性大。连续操作时温度、浓度易控制，返混严重。均相管式气相，液相比传热面大，长径比很大，压降大，近平推流。固定床气-固相催化(绝热式或连续换热式)催化剂不易磨损，但装卸难，传热控温不易，近平推流。填料塔气-液相结构简单，压降小，填料装卸麻烦，返混小。板式塔气-液相逆流接触，流速有限制，返混小，可在板间另加换热面。喷雾塔气-液相快速反应结构简单，流体表面积大，气流速度有限制。流化床气-固相(催化及非催化)液-固相(非催化)传热好，易控温。粒子易输送，但易磨损，操作条件限制较大，返混较大。气流床气-固相固体颗粒细小，气流流动情况复杂。滴流床气-液-固三相催化剂带出少，要求气液分布均

6、匀，温度调节较难。鼓泡淤浆床气-液-固(催化及非催化)固相在液相中悬浮，气相连续流入及流出反应器。三相流化床气-液-固(催化及非催化)固相在液相中悬浮，液相和气相连续进入及流出反应器。回转筒式气-固相，固-固相粒子返混小，相接触面小，传热效能低。螺旋挤压机式高黏度液相停留时间均一，传热难。第二节化学计量学反应进度(extentofreaction)ξ转化率(conversion)工业反应过程的原料中各反应组分之间往往不符合化学计量数关系，通常选择不过量的反应物计算转化率，这样的组分称为关键组分(keycomponent)。化学膨胀因子(chemicalexpansionfac

7、tor)目的产物的收率(yield)选择率(selectivity)：表示已反应的关键组分有多少生成目的产物多重反应系统中独立反应数的确定m个同时发生的反应相互独立的一般判别准则可以叙述如下：若不可能找到一组不同时为零的λj，使得：则这些反应被称为是相互独立的。在一个反应系统中，相互独立的反应的最大个数称为该反应系统的独立反应数。化学计量系数矩阵法适用于能够根据化学知识写出化学组分之间的化学计量关系，即化学计量矩阵已知的情况。若令矩阵中第个j个行向量为vj，则上式可以写为：例1氨氧化过程中可以发生以下反