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化学反应工程

ChemicalReactionEngineering;本章内容:

1.1化学反应工程概念

1.2化学反应的转化率、收率和选择性

1.3化学反应器的类型

1.4化学反应器的操作方式

1.5反应器设计的基本方程

1.6工业反应器的放大

;1.1化学反应工程;1.2化学反应的转化率、收率和选择性;1.2.2转化率X;计算基准：起始状态选择问题(分母起始量的选择);单程转化率和全程转化率的区别;大家有疑问的，可以询问和交流;反应器;1.2.3收率Y与选择性S;;1.3化学反应器的类型;釜式反应器;环管反应器;15;1.4化学反应器的操作方式;半连续操作

原料与产物中的一种为连续输入或输出而其余则为分批加入或卸出的操作。其兼有连续操作和间歇操作的某些特点，半连续反应器的物系组成既随时间而变，也随反应器内的位置而变。

;能量衡算式

输入的热量=输出的热量+反应热+累积的热量

反应热吸热取正值，放热取负值。;(反应组分A的输入速率)=(A的输出速率)+(A的转化速率)+(A的累积速率)

(产物组分P的输入速率)=(P的输出速率)-(P的生成速率)+(P的累积速率);控制体的选择(根据具体情况而定)

控制体是指建立衡算式的空间范围;原则上，以能把反应速率视作定值的最大空间范围作为控制体积。;;;化学反应速率;;;;化学反应速率的普遍定义式

单位反应体积的反应体系中反应进度随反应时间的变化率。;注意：以上定义式仅适用于间歇系统、封闭系统。对于稳态连续流动体系，要选择相应的控制体，由物料衡算确定反应速率表达式;2.4复合反应

在同一个反应物系中同时进行若干个化学反应。;Ri可正可负。当Ri0时，表示生成速率；当Ri0时,表示消耗速率或转化速率。;2.4复合反应

2.4.2并列反应;2.4复合反应

2.4.2平行反应;2.4复合反应

2.4.2平行反应;2.4复合反应

2.4.3连串反应;能够深入理解与应用;2.5反应速率方程的变换和积分

2.5.1单一反应;通过分离变量、积分等步骤，得到恒容下此单一反应的速率方程的积分形式;等温恒容反应系统;2.5反应速率方程的变换和积分

2.5.1单一反应;单一反应;;复合反应;;例题;;;;3.2等温间歇釜式反应器(batchreactor,BR)的计算;3、反应时间的计算;一级反应，:;在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯的皂化反应，该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级反应。反应开始时乙酸乙酯及氢氧化钠的浓度均为0.02mol/L,反应速率常数等于4.6L/(mol.min),试求乙酸乙酯转化率分别达到80%,90%和95%时的反应时间.;在一个反应体积为300升的间歇釜式反应器中,86℃等温下将浓度为3.2kmol/m3的过氧化氢异丙苯溶液分解以生产苯酚和丙酮（该分解反应为1摩尔过氧化氢异丙苯分解成1摩尔的苯酚和1摩尔的丙酮）。该反应的辅助操作时间为15min，且该反应为一级反应，反应温度下反应速率常数等于0.08s-1，最终转化率达98.9%。试计算苯酚的产量（kg/h）;若过氧化氢异丙苯的浓度增加一倍,其它条件不变,苯酚的产量有何变化（苯酚的分子量为94）？;对复合反应中的平行反应;;;P65页,例题3.3;等温BR的计算;;P64页,例题3.3;3、4等温连续釜式反应器;;3、空时与空速的概念;在一个反应体积为300升的连续釜式反应器中,86℃等温下将浓度为3.2kmol/m3的过氧化氢异丙苯溶液分解以生产苯酚和丙酮（该分解反应为1摩尔过氧化氢异丙苯分解成1摩尔的苯酚和1摩尔的丙酮）。该反应为一级反应，反应温度下反应速率常数等于0.08s-1，最终转化率达98.9%。试计算苯酚的产量（kg/h）;若过氧化氢异丙苯的浓度增加一倍,其它条件不变,苯酚的产量有何变化（苯酚的分子量为94）？;P70页,例题3.6;3、5连续釜式反应器的串联与并联

3.5.1概述;反常反应动力学，反应物A的转化速率（-RA）随XA的增加而增加。在达到相同的转化率的条件下，因多釜串联时所需的总反应体积大于单釜的反应体积，不适宜采用串联操作。宜采用并联操作，按保证各釜的空时相同的原则分配各釜的进料量。;3.5.2串联釜式反应器的计算;结论：;串联釜式反应器的最佳反应体积比

（当釜数及最终转化率已定情况下，为使总反应体积最小，各釜的反应体积存在一最佳比例。）;串联釜式反应进行a级反应(在釜数及最终转化率一定):;3.6釜式反应器中复合反应的收率与选择性;总选择性与转化率的关系取决于反应动力学、反应器型式和操作方式等。因此，同是釜式反应器，由于操作方式不同，虽最终转化率一样，但最终收率却不一样。;当瞬时选择性随关键组分转化率增加