第六章 工业化学反应过程及反应器.doc

第六章 工业化学反应过程及反应器 重点掌握化学反应速率的定义和各种表示方法。反应速率方程和影响反应速率的主要因素。 复合反应的基本形式和反应进程的描述方法。 反应速率方程的积分形式，包括恒容和变容过程。 多相催化作用原理、理想吸附等温式和反应动力学方程的推导。 动力学参数的确定和建立速率方程的一般步骤。 深入理解： 反应进度的意义。 反应网络的概念和应用背景。 真实吸附和吸附等温式的联系与区别。 动力学参数的确定和建立速率方程的一般步骤。 动力学参数的确定和建立速率方程的一般步骤。 重点掌握：等温间歇釜式反应器的计算（单一反应、平行与连串反应）。 连续釜式反应器的计算 。 空时和空速的概念及其在反应器设计计算中的应用。 连续釜式反应器的串联和并联。 釜式反应器中平行与连串反应选择性的分析，连接和加料方式的选择。 连续釜式反应器的热量衡算式的建立与应用。深入理解：变温间歇釜式反应器的计算。 广泛了解：串联釜式反应器最佳体积的求取方法。 连续釜式反应器的多定态分析与计算。 产生多定态点的原因，着火点与熄火点的概念。重点掌握：等温管式反应器设计方程的推导与应用。 管式和釜式反应器的对比。 循环反应器的计算与分析。 变温管式反应器的分析与计算，包括：热量衡算方程的建立、绝热温升和非绝热变温管式反应器的计算等。 深入理解： 活塞流和全混流模型的基本假设与含义，返混的基本概念。 广泛了解： 拟均相的含义和模型假定。 重点掌握： 化学反应转化率、选择性和收率的概念和应用化学反应工程要解决的主要问题 深入理解：化学反应器的三种操作方式和特点。反应器设计的基本方程。 广泛了解：化学加工过程的普遍特征。各种化学和石油加工流程、常见设备和场区概貌。化学反应器的主要类型、结构和工作原理。工业反应器的放大方法。 ?无论是化学工业还是冶金、石油炼制和能源加工等工业过程，均采用化学方法将原料加工成为有用的产品。生产过程包括如下三个组成部分：　　 图1.1　典型的化学加工过程 　　第①和③两部分属于单元操作的研究范围；而②部分是化学反应工程的研究对象，是生产过程的核心。 一、化学反应工程的研究对象化学反应工程是化学工程学科的一个重要分支，主要包括两个方面的内容，即反应动力学和反应器设计分析。　　反应动力学--研究化学反应进行的机理和速率，以获得工业反应器设计与操作所需的动力学知识和信息，如反应模式、速率方程及反应活化能等其中速率方程可表示为：　　r=f（T、、P）（对于一定的反应物系）而言--随时间、空间变化其中，r为反应系统中某一组分的反应速率，代表浓度的矢量，P为系统的总压。　 反应器设计分析--研究反应器内上述因素的变化规律，找出最优工况和适宜的反应器型式和尺寸。　　注意：化学反应是研究反应本身的规律，与反应器内各局部的状况有关，而反应器总体的性态。所以可以说反应动力学从点上着眼，而反应器的设计与分析则从面上（体上）着手。 二、化学反应的分类（反应工程学科） 　　无论是自然界还是实际生产过程中，存在各种各样的化学反应，通常为了便于研究和应用，将化学反应进行分类。下表中给出了常见的化学反应分类、方法和种类，一些可能同时属于两个或者更多的反应种类。　 例如： 为一气固催化反应 三、反应过程的举例 　　一般来说反应过程包括: 物理现象--传递现象(热量、动量和能量传递过程)　　　　　　　　　 　 化学现象--化学反应概括为三传一反。例如：对于反应过程 　　　　　　　　　实际的反应过程可能包括：　　反应物、产物的扩散过程（内外）+表面反应过程 　　无论对于放热过程，还是吸热过程，催化剂与反应物气体存在温差 　　就整个反应器而言，如反应器内的浓度和温度随位置变化，需将化学反应与传递现象综合起来考虑。 四、化学反应工程作用 　　对于化学产品和加工过程的开发、反应器的设计放大起着重要的作用。运用化学反应工程知识可以： 　提高反应器的放大倍数，减少试验和开发周期　对现有反应装置操作工况进行优化，提高生产效率　开发环境友好的绿色生产路线和工艺 一、 反应进度对于反应： （例如：）　　　　 转化量为：　从而有：　 或者 　 二、 转化率 X--针对反应物而言 定义：注意：　　如果反应物不只是一种，针对不同反应物计算出来为X是不一样的　　关键组分（着眼组分）为不过量、贵重的组分（相对而言）　　针对关键组分计算，可使X最大到100%　　　　　计算基准：起始状态选择问题（分母部分的计量）　　使用的原则：对于连续反应器，进口处的状态　　　　　　　　间歇反应器，开始反应时的状态　　　　　　　　串联使用的反应器，进入第一个反应器的原料为准这样有利于计算和比较　　单程转化率和全程转化率的区别