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化学反应工程教学大纲 四川大学化学工程系 梁 斌 教授 ? 绪论： 化学反应工程学科的研究内容 化学反应及反应器，反应器设计与反应器选择，化学动力学与反应器设计方程，反应器操作条件及操作方式选择，反应器理想与非理想流动状况，反应器稳定性，典型反应器分析 化学反应工程学科的历史 人类最早对反应的认识，单元操作（1920－），扩散、流动同反应耦合，Amsterdam反应工程大会（1957），反应动力学及动力学模型（1960－80），复杂反应网络分析与反应器放大，反应器非线性行为，反应分离耦合 ? 第一章 均相反应动力学 ? 反应速率及反应速率方程式 反应速率的定义，速度与速率，反应速率的容量性质和强度性质，反应速率与反应物转化摩尔数的关系，转化率的概念 反应速率方程，反应速率影响因素， 浓度影响： 质量作用定律，幂指数函数，反应级数、反应速率常数及其测定，浓度方程的积分形式 温度影响： Van`t Hoff的温度系数，Hood仿Van`t Hoff方程提出的关系，Arrhenius经验式，Arrhenius方程的三种形式，活化能与指前因子的测定 复杂反应系统速率 可逆反应，可逆反应的平衡限制及最佳温度，平行反应，串级反应，选择性(平均、瞬时)，收率，浓度、温度对速率、选择性影响 反应机理与反应速率方程 什么是反应机理？反应机理与反应速率方程的关系 气固催化反应动力学 简单一级化学反应，理想表面，理想表面吸附，Langmuir吸附方程，表面反应动力学方程的推导，真实表面，Elovich表面假设，Temkin吸附方程，管孝男表面假设，Fruedlisch吸附方程，真实表面反应动力学推导 ? 第二章 反应器内的流体流动与混合 ? 几种理想反应器 间歇反应器，全混釜反应器，平推流反应器，不同反应器的体积计算和转化率计算，几种反应器的比较，不同反应器及反应器的组合 各种反应器介绍 试管、烧瓶、小型反应管、小型反应罐，实验室微分反应器、积分反应器，工业槽式反应器，工业管式反应器，填充床反应器，流化床反应器，浆状床反应器，移动床反应器… 均相反应器：气相、液相，非均相反应器：气液、气固、气液固、液液、固固，拟均相：固定床、流化床、乳化床 工业反应器与实验室反应器之间的差别：混合状态，浓度、温度分布，流速分布 三种典型反应器的设计 间歇反应器，连续流动置换反应器，连续流动理想混合反应器，几种典型反应器体积计算，反应器的设计原则：质量衡算、能量衡算、动量衡算 质量衡算：积累速率 = 输入速率－输出速率－反应消耗速率＋反应生成速率 间隙反应器：-dNA = VrAdt，NA = NA0(1-xA)，NA0dxA/dt=VrA 平推流反应器：连续流动、稳定，FA(y)-FA(y+dy)=rAdv，-dFA/dy=rAAc，FA = v0cA0(1-xA) 全混流反应器：均匀、集中参数，FA0－FA=VrA，V = (FA0-FA)/rA，( = V/v0 = (cA0-cA)/rA 多釜串联全混流反应器：(i = Vi /v = (ci-1-ci)/r，( ＝ ((i V ＝ v( 循环平推流反应器：(* ＝ V/v1 = -(c1c2(1/r)dc，( = (1+R) (*，R=0, 平推流，R((，全混釜 非理想流动 全混流、平推流的流动特性差别，如何确定实际反应器与理想反应器之间的差别，流动统计规律的假设原则……随机性，停留时间的概念和描述，流动模型……理想反应器的组合描述，流体混合特性：宏观混合与微观混合，非理想流动对反应特性的影响 停留时间及停留时间分布 停留时间的定义，停留时间分布，停留时间分布函数及分布密度函数，反应器的年龄分布，理想反应器的停留时间分布，停留时间对转化率选择性的影响，停留时间分布测定，停留时间分布与流动模型，反应器的类型与不同反应器的差别 补充：概率函数的数学定义 停留时间分布的测定 脉冲法：E(t) = vc(t)/N0 阶跃法：F(t) = (0tE(t- ( )d( =c(t)/c0 流动模型对反应影响 流动模型对反应器体积影响：理想置换，理想混合，串级理想混合，扩散模型 流动模型对选择性影响 ?? ? 第三章 非均相反应动力学 ? 非均相反应器的拟均相性质 固定床反应器的平推流性质，流化床反应器的全混釜性质 ? 气固催化反应 气固反应器内的动力学问题 气体与固体的接触，流体的流动情况，气膜的形成和外扩散传质，微观性质，催化剂的多孔性，催化剂孔内的内扩散传质，催化剂表面的反应 气固催化反应的七个步骤 气体反应物通过滞留膜向催化剂颗粒表面的传质(外扩散)，气体沿微孔向颗粒内的传质(内扩散)，气体反应物在微孔表面的吸附，吸附反应物在催化剂表面的反应，吸附产物的脱附，气体产物沿微孔向外扩散，气体产物穿