26-化学工程基础-2013-6-19-2003.ppt

对于不可逆的一级定容反应: k为反应速率常数，s-1 不同的反应。可以根据动力学微分式（6-6）式求得达到一定转化率所需的时间，积分的边界条件： 讨论： 对于间歇反应器，只要CA0相同，每批反应物料达到一定转化率所需的反应时间只取决与反应速率（-rA）. 对与同一反应，无论反应物的处理量为多少，只要达到相同的转化率，每批所需的反应时间也相同。因此，在设计放大时，只要保证大生产下影响反应速率的因素与小试相同，可以保证反应时间也相同。 * * 有效体积： 例题：间歇反应器中发生一级反应A → B(恒容反应)，反应速率常数k为0.35 h-1，要使A的去除率达到90％，则A在反应器中需反应多少小时？ 解：设xA为转化率，则cA的值为 cA = cA0(1-xA) = cA0(1-0.90) = 0.10cA0 根据设计方程：cA/cA0 = e-kt 有0.10cA0/cA0 = e-0.35t 解得τ = 6.58h 例题6-1， p305 特点：物料质点在反应器中没有返混，停留时间相等。在垂直与物料流动方向的截面上，流速、浓度、转化率和温度等参数均相等但沿物料的流动方向上是改变的。 在稳态下，没有物料累积。物料衡算式： 6.4.2 连续操作的管式反应器 整理得： 根据边界条件： 所以： 对于稳定定容操作，FA0，VR均为常数： 或： ν进料的体积流量，因： 对于定容过程， ，所以： —连续操作的管式反应器的基本方程 对于一个不可逆的一级反应， 半衰期： （2）对于不同的反应。可以根据动力学方程式，由(6-12)积分得到一定转化率所需的反应时间。积分的边界条件： 表6.4 不同化学反应在连续管式反应器中的反应时间 反应级数 动力学方程 转化率xA下的反应时间 k的量纲 半衰期 零级 mol.dm-3.s-1 一级 s-1 二级 mol-1.dm3.s-1 三级 mol-2.dm6.s-1 （3）图解法表示各参数之间的关系如图6.9 对比表(6-3)和(6-4), 可以发现：连续管式反应器与间歇操作的搅拌反应釜各反应的方程式相同。 例题6-2，p308 第 六 章 化学反应工程学 6.1 概述 6.2 基本反应器 6.3 物料在反应器内的流动模型 6.4 均相反应器的计算 6.5 理想均相反应器的优化选择 6.6 物料停留时间分布和流动模型（自学） 6.7 非理想流动反应器内的流动模型——扩散模型（自学） 6.8 气固相催化反应器（自学） 6.1.1 化学反应器的作用——化工生产的心脏，其性能的好坏直接影响整个生产过程。反应器的设计、制造和操作条件的控制是化工生产中一个十分关键的问题。 6.1 概述 6.1.2 化学反应工程学的研究对象与方法 （1）化学反应工程学的发展 20世纪30年代，德国科学家丹克莱尔在当时实验数据十分贫乏的情况下,较系统地论述了扩散、流体流动和传热对反应器产率的影响，为化学反应工程奠定了基础。 40年代末期，霍根和华生的著作《化学过程原理》及前苏联学者弗兰克—卡明涅斯基的著作《化学动力学中的扩散与传热》相继问世，总结了化学反应与传递现象的相互关系，探讨了反应器设计的问题，对化学反应工程学的发展起到了巨大的推动作用。 1957年，荷兰阿姆斯特丹举行的欧洲第一届化学反应工程会议上，正式确定了“化学反应工程学”这一学科的名称。 60年代，石油化工的大发展，生产日趋大型化以及原料深加工向化学反应工程领域提出了一系列的课题，加速了这一学科的发展。特别是后来计算机的应用，解决了不少复杂的反应器设计与控制问题。 80年代后，随着高新技术的发展和应用（如微电子器件、光导纤维、新材料及生物技术的应用等），扩大了化学工程的研究领域，形成了一些新的学科分支，如生化反应工程、聚合物反应工程、电化学反应工程等，将化学反应工程的研究推到了一个崭新的阶段。 （2）化学反应工程学研究的内容和方法 研究的内容： （1）通过深入地研究，掌握传递过程的动力学和化学动力学共同作用的基本规律，从而改进和深化现有的反应技术和设备，降低能耗，提高效率。 （2）开发新的技术和设备。 （3）指导和解决反应过程开发中的放大问题。 （4）实现反应过程的最优化。 研究的方法：数学模型 在化学工程中，数学模型主要包括以下内容： （1）动力学方程式 对于均相反应，可采用本征速率方程式；对于非均相反应，一般采用宏观速率方程式。 （2）物料衡算式 流入量 = 流出量 + 反应消耗量 + 累积量 （3）热量衡算式 物料带入热 = 物料带出热 + 反应热 +