工业化学反应过程(精).ppt

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1、第四章工业化学反应过程及反应器第四章工业化学反应过程及反应器第一节概述第二节理想反应器及其计算本章主要内容：1.简要介绍化学反应工程学研究的内容和方法、反应器的分类、理想流动模型和理想反应器的概念；2.重点介绍几种理想均相反应器的特性和基础设计方程，以及反应时间、反应器体积和转化率的计算；第一节概述一、化学反应工程学的基本任务和研究方法二、化学反应过程和化学反应器的分类三、理想均相反应器四、物料在反应器内的流动模型（理想流动模型）一、化学反应工程学的基本任务和研究方法是化学工程学的一个分支，常简称为反应工程。化学反应工程范围示意图：化学反应工程学的基本任务：（1）

2、改进和强化现有的反应技术和设备，挖掘潜力，降低消耗，提高效率；（2）开发新的反应技术和设备；（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；（5）不断发展反应工程学的理论和方法。化学反应工程学的研究方法：数学模拟法数学模型——在反应器的设计、放大或控制过程中，都需要对研究对象作出定量的描述，也就是要用数学式来表达各参数间的关系，简称数学模型。化学反应工程中，数学模型主要包括下列内容：（1）动力学方程式（2）物料衡算式（3）热量衡算式（4）动量衡算式（4）参数计算式数学模拟放大法示意图明确任务建立数学模型解算数学模型检验数学模型实际应用修改模型

3、计算机计算机二、化学反应过程和化学反应器的分类1.基本概念与术语：化学计量方程化学反应速率转化率选择性收率2.化学反应过程的分类3.化学反应器的分类化学计量方程：它表示各反应物、生成物在反应过程中量的变化关系的方程。如方程：一个由S个组分参与的化学反应，其化学计量方程为：1A1+2A2+……+sAs=0Ai表示i组分；i为i组分的计量系数。化学反应速率：对于均相反应，常用单位时间、单位反应体积内某组分的物质的量的变化来定义该组分的反应速率。反应过程体积恒定：反应速率方程式，通常可以用如下幂函数的形式表示：说明：各组分反应速率之间存在如下关系：各浓度项上方的

4、指数和分别是反应对A组分和B组分的反应级数，它们的代数和称为总反应级数。反应级数和的值由实验确定，它与反应机理无直接关系，也不等于各组分的计量系数。只有当化学计量方程与实际反应的机理式一致时，反应级数才会与计量系数相等，这一类反应称为基元反应。k为反应速率常数，它与温度T之间遵循阿累尼乌斯方程：质量作用定律(基元反应)……转化率：它表明反应的深度，即反应物料转化的百分率。转化率（xA）间歇系统：连续流动系统：等温恒容选择性：它表明反应的方向，即反应过程中着眼反应物转化为目的产物的百分率。若反应物A经过化学反应生成目的产物P，其化学计量系数分别为a和p，则选择性为：

5、收率：它是反映原料利用率的综合指标。表6-1化学反应过程的分类分类特征反应过程反应特征简单的，复杂的（平行的、连串的等）热力学特征可逆的，不可逆的相态均相的（气、液），非均相的（气－液、气－固、液－液、液－固、气－液－固）时间特征定态，非定态控制步骤化学反应控制，外部扩散控制，内部扩散控制，吸附或脱附控制化学反应器的分类：（1）按反应物料的相态分类：（2）按反应器的结构型式分类：（3）按操作方式分类：均相反应器非均相反应器釜式反应器管式反应器塔式反应器固定床反应器流化床反应器间歇操作反应器连续操作反应器半连续(半间歇)反应器三、理想均相反应器1.理想间歇反应器2.

6、活塞流反应器3.全混流反应器4.多级全混流反应器1.理想间歇反应器TU理想间歇反应器特点：①假设反应器的搅拌良好。反应器内各处物料的组成和温度均一，不随位置而变，仅随时间而变。装料、卸料需要辅助操作时间，且产品质量不易稳定。2.活塞流反应器（Plugflowreactor,PFR）反应物A反应物B生成物R特点：①反应器的长径比较大。假设不同时刻进入反应器的物料之间不发生逆向混合（返混）。反应物沿管长方向流动，反应时间是管长的函数，其浓度随流动方向从一个截面到另一个截面而变化。活塞流反应器3.全混流反应器（Continuousstirredtankreactor,C

7、STR）反应物A反应物B全混流反应器生成物R特点：①假设反应器的搅拌良好。反应器内物料的组成和温度处处相等，且等于反应器出口的物料组成和温度。操作稳定，反应器内物料的组成和温度均不随位置和时间而变。4.多级全混流反应器（Continuousstirredtankreactorinseries,CSTRs）原料A生成物R特点：反应在多个串联的全混流反应器内进行，各釜的入口浓度就是前一釜的出口浓度。串联的各反应器内，物料的组成和温度均匀一致，但各级反应器之间是突变的。随着串联反应器数目的增多，其性能愈接近活塞流反应器。四、物料在反应器内的流动模型（理想流动模型）1.理

8、想置换基本