chap 1 均相单一反应动力学、理想反应器.ppt

1 均相单一反应动力学和理想反应器 1.1.1 化学反应式与化学反应计量方程 ? 化学反应计量方程 1.1.2 反应程度（反应进度） ? 反应程度的性质 1.1.3 转化率转化率的性质 ? 转化率与反应程度的关系 ? 反应程度与转化率对照： 1.1.4 化学反应速率 化学反应速率的其它常见表示方法 转化率： 浓度： 注意： 1.1.5 化学反应动力学方程 化学反应动力学方程的一般表示 活化能隐含的反应速率对温度敏感程度的度量 ? 反应级数的含义与范围 ? 反应动力学方程的其它表示方法 ? 反应动力学方程的其它表示方法 ? 反应动力学方程的积分式 ? 常见的简单级数反应动力学积分式 ? 半衰期的概念 1.2 建立化学反应动力学方程的方法 ? 建立化学反应动力学方程涉及问题 ? 活化能的求取 1.2.1 积分法 例题1-1 醋酸－丁醇酯化动力学 解题 1.2.2 微分法 1.2.3 最小方差分析法（解析法） 1.3 化学反应器设计基础 1.3.1 反应器的分类 （2）反应器内物料流动类型对反应过程的影响 （3）流体流动模型与反应推动力 （4）反应器 1.3.2 反应器设计的基础方程 （1）物料衡算方程 （2）热量衡算方程 1.3.3 几个时间概念 1.4 等温条件下理想反应器的设计分析 间歇反应器设计方程 物料衡算方程 反应时间的求取：数值积分法、图解法 非生产时间 间歇反应器设计方程的应用 （B）间歇反应器校核计算过程 例题 1-3 1.4.2 理想置换反应器 （2）等温理想置换反应器设计方程 例题1-4 （3）变容反应过程 ? 膨胀因子?A ? 膨胀率?A 变容系统各量之间的相互关系（关键组分及其转化率） 例题 例题1-5 例题1-6 （4）理想置换反应器平均停留时间 （5）PFR特点说明及时间概念对比 1.4.3 全混流反应器设计基础方程 （3）理想混合反应器的平均停留时间（恒温恒压） 例题 （page 21 1-3; p23 1-4 p28 1-7） 1.5 非等温条件下理想反应器的设计 1.5.1 间歇反应器的热量衡算 讨论 非等温间歇反应器设计方程（忽略?p时） 1.5.2 平推流反应器的热量衡算 非等温平推流反应器设计方程（忽略?p时） 1.5.3 全混流反应器的热量衡算 非等温全混流反应器设计方程（忽略?p时） 　　理想混合反应器内的物料微元体的停留时间变化很大，有的很长，有的很短，平均值计算如下： 例题1-3：某厂生产醇酸树脂是使用己二酸与己二醇以等摩尔比在70oC用间歇釜并以硫酸作催化剂进行聚合反应而生产的，实验得到的动力学方程为：(-rA)=kcA2 (kmol(A)/(L?min), k=1.97 (L/(kmol?min))，cA0=0.004 (kmol/L)。若每天处理2400 kg己二酸，每批操作辅助生产时间为1 h，反应器装填系数为0.75，求（1）转化率分别为xA=0.5,0.6,0.8,0.9时所需的反应时间？（2）转化率为0.8和0.9时所需要的反应器体积分别是多少？例题1-4：(3) 计算转化率分别为80％，90％时所需平推流反应器的大小？例题1-7：(4)计算转化率分别为80％，90％时所需全混流反应器的大小? 解：由例1-3、1-4已知 同样处理量三种反应器容积对比 32.6 3.26 3.42/4.56 转化率xA=0.9 7.23 1.45 1.63/2.17 转化率xA=0.8 CSTR (VR’) PFR (VR’) BR (VR’/VR) 反应器容积 同样处理量三种反应器推动力对比间歇反应器平推流反应器全混流反应器 一致 分布 无 连续 PFR 均一 均一 各点浓度、温度 分布 最大 连续 CSTR 一致 无 间歇 BR 停留时间 返混 操作方式 三种反应器特点对比 三种反应器等温基础设计方程 ?1 确定反应温度随反应进度的变化关系 ?2 体系供热或移热的负荷 ?3 设计适宜的操作温度线 总式：体积元内 Qin-Qout + Qu + Qr = Qb 准则：体系获得热量为“＋”，体系输出热量为“－”in－物料代入热；out－物料带出热；u－体系与环境热量交换；r－反应热；b－积累热H－标准生成自由焓 体积元： VR 总式：Qin-Qout + Qu + Qr = Qb w－换热介质 ?1 高度非线性； ?2 如要等温，就要求dT/dt=0 　　因dT/dt=0，冷却介质温度必须随时间调整，工业反应器实现等温操作是非常困难的！ ?3 设计计算复杂（以恒容一级反应为例） 　这仅仅是一级不可逆反应在间歇反应器中的温度变化规律。涉及到非等温的反应器其复杂程度可见一斑 B1—产量或处理量校核；B2—产品质量校核某厂生产醇酸树脂是使己二酸与己二醇以等