化工反应原理与设备 教学课件 作者 杨西萍 主编模块一.ppt

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1、原料预处理化学反应分离提纯化学反应过程是化工生产的核心绪论化工生产包括脱出杂质生成产物高纯产品化学反应工程学是研究工业规模的化学反应过程化学反应和反应器化学反应化学工程流体的返混和不均匀流动传质过程传热过程化学反应动力学化学反应动力学特性物理过程对反应的影响反应器的设计和优化主要教学内容反应器的操作化工反应原理与设备与相邻学科的关系化学反应工程流体流动传质与传热传递工程化学工艺工艺路线流程、设备最佳化催化剂反应条件物理化学化学动力学化学热力学工程控制测量与控制动态特性化工反应原理与设备的研究方法数

2、学模型法１模型方法：建立简化物理模型，建立数学模型讨论特性规律２用模型法进行开发的步骤：实验室规模的实验小试研究化学反应规律根据化学反应规律合理选择反应器类型大型冷模试验研究传递过程规律综合反应和传递规律，预测反应器性能，寻找优化条件热模试验检验模型的合理性模块一、基础知识1、掌握反应过程中的基本概念和常用物理量的计算2、理解动力学基本概念、常见动力学方程的表示方法和工程应用3、能分析反应活化能和反应温度间的关系，具备控制反应温度的技能4、理解均相和非均相反应过程的特征5、了解本征动力学和宏观动力

3、学的区别与联系6、掌握反应器内理想流动和非理想流动的特征7、了解不同非均相反应过程的传质、传热原理目标要求：化学反应类型反应过程进行的条件反应特性相的类别和数目项目一、化学反应器类型化学反应类型半间歇半连续操作连续操作间歇操作反应器操作方式非定态过程定态过程非定态过程定态过程：物系的组成与温度随时间变化非定态过程：物系的组成与温度不随时间变化管式反应器釜式反应器鼓泡塔反应器流化床反应器固定床反应器反应器类型常见的工业反应器均相间歇反应器半间歇反应器连续搅拌反应器组合轴向填充床催化反应器流化床催化反

4、应器Sasol/sastechPTLimited公司的反应器（直径3.5米高38米）物料衡算热量衡算动力学方程式基本方程项目二、反应器设计基本方程式反应器的设计计算反应器的校核计算工艺设计物料衡算衡算范围：衡算对象：衡算原则：衡算方程：衡算意义：ＣA=ƒ(t，位置）微元时间内微元时间内微元时间微元微元时间微进人微元体积－离开微元体积+体积内变化的=元体积内关键组分量关键组分量关键组分量关键组分的累积量某一物质物料守恒单位时间单位体积．单位：mol/s热量衡算衡算范围：衡算对象：衡算原则：衡算方程：

5、衡算意义：T=ƒ(t，位置）微元时间内进入微元时间内离开微元时间微元微元时间微元微元时间微微元体积的物料－微元体积的物料十体积内反应过程十体积内和外界＝元体积内热带入的热量带出的热量的热效应的热交换量量的累积量单位时间单位体积．单位：kJ/s体系内所有物质能量守恒某一物质若为反应物则变化的组分量前符号为“-”若为生成物则变化的组分量前符号为“+”注意事项衡算范围在所选的范围内，操作条件不变。热效应若为放热反应和外界的热交换量前符号为“-”若为吸热反应和外界的热交换量前符号为“+”操作方式连续操作:

6、累积量（物料、热量）＝０间歇操作:进入和离开的组分量（热量）=0绝热操作:和外界的热交换量＝０操作方式动力学方程式均相反应：本征动力学方程非均相反应：宏观动力学方程反应速率与影响反应速率的影响因素之间的函数表达式定量描述反应速率与影响因素之间的关系式。反应速率定义:某一时刻单位量的反应体系中反应程度随时间的变化率。或单位时间单位体积物料数量的变化。注意：1、上述定义无论对反应物和产物均成立。若为反应物则为消失速度.若为产物则为生成速度.反应速率2、反应速率恒为正值3、不同体系：反应体系的量所取不同

7、。均相：反应体积。非均相：相界面积，催化剂的重量或体积4、速度的表示形式和化学计量系数有关对于反应速率5、在复杂反应体系中，即在同一反应系统中同时进行若干个化学反应时。对于任意组分i，该组分的反应速率为它所参加的所有化学反应速率的代数和：影响因素温度浓度压力溶剂催化剂固定速率方程或动力学方程定量描述反应速率和温度及浓度的关系式动力学方程式动力学方程式基本方程1、基元反应：根据质量作用定律动力学方程式：rA一反应速率，kmol/(m3·h)cA、cB一反应物的浓度，kmol/m3νA、νB一分别为反

8、应物A、B的反应级数，反应总级数为n=νA+νBkc一以浓度表示的反应速率常数，（kmol/m3）1-n·h-1动力学方程式基本方程2、非基元反应：可分为几个基元反应，选取其中一个基元反应为控制步骤，一般为对反应起决定性作用的那一个基元反应即反应速率最慢那一个基元反应，其余各步基元反应达到平衡。然后根据质量作用定律推导出动力学方程。对气相反应：理想气体：1、反应分子数和反应级数反应分子数=化学计量系数反应级数=νA、νB=f(机理）当且仅当基元反应时，反应级数=化学计量系数总反应级