化学反应工程知识点梳理

化学反应工程知识点梳理

第一章 化学反应工程简介

化学反应工程是研究化学反应和工程问题的科学

动量传递、热量传递、质量传递及化学动力学，可概括为“三传一反”－－第三个里程碑。 第二章 均相反应动力学

?AA??BB??SS??RR

dn（由于反应而消耗的A的摩尔数） (-rA)?-A?Vdt(单位反应区域)(单位时间) 1dnS1dnArS?(?rA)?? VdtVdt

反应进度： ??nA?nA0?nB?nB0?nR?nR0?nP?nP0?A?B?R?P

inK0xi?xK

某反应物的转化量nK0?nKKni0转化率： xK??该反应物的起始量nK0

(n?n0)膨胀因子： ??n?n0?n?n0??KKnK0?nKnK0xK n0yK0xK

?yK0yi0(1?ix) yi0(1?xi)?Kyi0Kyi?? 1??KyK0xK1??KyK0xK

nA0(1?xA)n(1?xA)

CA?A??CA0 VV0(1??AyA0xA)(1??AyA0xA) E??????kC?(RT)kP k?k0eRTAAB

E

lnk?lnk0? RT

不可逆反应

AA?BB?SS CA0dCAkt? CACaCbABdCA ab(?rA)???kCACB dt

??(?r)?kCC????均相催化反应 CC为催化剂浓度 dCA(?r)???(kCC)CAA

dt

自催化反应A + C → 2C + R… dC(?rA)??A?kCACC dt

串联反应 A + BR+SP

n?nP0总收率

?P?P nA0?nA

rdCP/dtdCP单位时间内生成P的摩尔数瞬时收率

???p??单位时间内消耗A的摩尔数(?rA)?dCA/dt?dCA

得率yield

XP?(nP?nP0)/nA0

总选择性 目的产物P所生成的摩尔数与副产物S生成的摩尔数之比，用S0表示：

n?nP0 S0?PnS?nS0

αA2AαSS（副）平行反应

αA1AαPP（主）

dCA?k1CA （?rA,1）??rA,1）?(?rA,2)?(k1?k2)CA?（?rA,2）?k2CA（?rA）（dt

??pdCP?dCS? rP??(?rA,1)??Pk1CArS???Sk2CAdt?A,1?A,1dt?A,2

?(k1?k2)t

AA0

k1k2APS（均为一级反应）串联反应

dCPdCS rP??k1CA?k2CPrS??k2CPdtdt

C?CeFR0?

第三章 理想均相反应器 间歇反应器(BSTR)

反应时间

xAdxCAdCAA t?CA0??等容过程，液相反应 0(?r)CA0(?r)AA

实际操作时间(operating time)

= 反应时间(t) + 辅助时间auxiliary time (t') 反应体积V是指反应物料在反应器中所占的体积 V = v0 (t + t') V实际的反应器体积为： V? 实际

为装料系数(the volume charge coefficient)，通常在0.4～0.85

平推流反应器PFR 空时

反应器的容积V ???进料的体积流量v0

VRdV反应期的容积 t??反应器中物料的体积流量0v

VCA0?CACA0xA全混流反应器(CSTR) ????v0(?rA)(?rA)

xAdx50000VV?AxAVv0C R?????024?MFA0(?rA)v0CA0CA0 RFA0(?rA) xAdxxAdxxAdxAAAt?C?C?C绝热操作恒容间歇反应器的设计式为： A0xA0xA0x?EnA0(?r)A0kCA0nnAAk0eRTCA 0(1?xA) xA1t?I(xA)dxA n?1xk0CA0A0

?2dxA?D2(?rA)变温平推流反应器 FA0dxA?(?rA)dVP?(?rA)Ddl?dl4FA04

??????????VR?????0(i?1,2,.....m?1)?xAik?(1?xAi)21?xAi?1?

化学反应工程研究的目的是实现工业化学反应过程的优化 全混流

Vm?mxA?0 VBtBxAdxABR????CST FA0CA0?rA： FA0CA00?rAR:

平推流 xAPFPPA R: 0 A0A0A

多级CSTR串联的优化

对于一级不可逆反应应有

?xAm?xAm?1?xA1?0xA2?xA1 VR?v0CA0???...??kC(1?x)kC(1?x)kC(1?x) A1A0A2A0Am??A0

AiAi?1Ai?1v0?1?xAi?11??????V?dx?????r?FCx?x1?xAix?xAi?1?xAi?1

k2ln(k1/k2)Ckk?kPmax1PFR ： 同间歇釜 ?opt?XPmax??()21k1?k2CA0k2

C 1XPmax?Pmax?11CA0ＣＳＴＲ： 2??2opt[(k2/k1)?1]k1k2

全混流反应器的热衡算方程 UATmV(?rA)(??Hr)UATmUAUAQr?T(1?)?(T0?)?T(1?)?(T0?) v0?cPv0?cPv0?cPv0?cPv0?cP

第四章 非理想流动 停留时间分布

E(t)=P{t

停留时间分布函数 F(t)=P{residencetime

F(t)??E(t)dt??0

t

0

?t2?方差

(t?t)2E(t)dt??0E(t)dt??(t?t)2E(t)dt??t2E(t)dt?t00??2

PFR

E(t)

?t2?

CSTR

?0 t?t???? t?t?0 t?t??0 t?tF(t)???1 t?t??0(t?t)2E(t)dt?(t?t)2?0 F(t)?1?e1E(t)?ett??t?tt

rr层流流动 F(t)?()2[2?()2] RR ?t22???2轴向扩散模型 tEE

?2(z)?2(z)2(1?e?uL/EZ)uLuL21??2()2(1?e?Pe)PePe??t2t 2??2?1.0最大

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