化学反应工程基础.ppt

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1、第一节化学反应和反应器分类1、化学反应的分类2、反应器的分类3、连续流动反应器内流体流动的两种理想形态1、化学反应的分类（1）按化学反应的特性分类（2）按反应物料的相态分类（3）按反应过程进行的条件分类反应机理简单反应、复杂反应反应级数一级、二级、三级、零级、分数级反应反应的可逆性可逆反应、不可逆反应反应热效应放热反应、吸热反应反应分子数单分子、双分子、三分子反应（1）按化学反应的特性分类均相反应催化反应气相反应、液相反应非催化反应非均相反应催化反应液-液相、气-液相、液-固相、气、固相非催化反应气-固相、固相、气-液

2、-固相（2）按反应物料的相态分类操作方式间歇反应、半连续反应、连续反应温度条件等温反应、绝热反应、非绝热变温反应（3）按反应过程进行的条件分类2、反应器的分类（1）按物料相态分类的反应器种类（2）按反应器的结构型式分类（3）按操作方式分类反应器种类反应特性反应类型举例适用设备的结构形式均相气相液相无相界面，反应速率只与温度或浓度有关燃烧、裂解等中和、酯化、水解等管式釜式非均相气-液相液-液相气-固相液-固相固-固相气-液-固相有相界面，实际反应速率与相界面大小及相间扩散速率有关氧化、氯化、加氢等磺化、硝化、烷基化等燃烧

3、、还原、固相催化等还原、离子交换等水泥制造等加氢裂解、加氢脱氢等釜式、塔式釜式、塔式固定床、流化床、移动床釜式、塔式回转筒式固定床、流化床（1）按物料相态分类的反应器种类结构型式适用的相态应用举例反应釜（包括多釜串联）液相、气-液相、液-液相、液-固相苯的硝化、氯乙烯聚合、高压聚乙烯、顺丁橡胶聚合等管式气相、液相清油裂解、甲基丁炔醇合成、高压聚乙烯等鼓泡塔气-液相、气-液-固（催化剂）相变换气的碳化、苯的烷基化、二甲苯氧化、乙烯基乙炔合成等固定床气-固（催化或非催化）相二氧化硫氧化、氨合成、乙炔法制氯乙烯、乙苯脱氢、半

4、水煤气生产等流化床气-固（催化或非催化）相，特别是催化剂很快失活的反应硫铁矿焙烧、萘氧化制苯酐、石油催化裂化、乙烯氧氯化制二氯乙烷、丙烯氨氧化制丙烯腈等回转筒式气-固相、固-固相水泥制造等喷雾式气相、高速反应的液相氯化氢合成、天然气裂解制乙炔（2）按反应器的结构型式分类反应釜夹套式蒸汽加热反应釜内外盘管式加热不锈钢反应釜管式反应器鼓泡塔反应器固定床反应器固定床反应器厌氧流化床反应器（3）按操作方式分类间歇反应器连续反应器半连续反应器间歇反应器特点：1、反应物料一次加入，产物一次取出。2、非稳态操作，反应器内浓度、温度随

5、反应时间连续变化。3、同一瞬时，反应器内各点温度相同、浓度相同。间歇反应器连续反应器反应物A反应物B生成物R连续反应器特点：1、反应物料连续加入，反应产物连续引出。2、稳态操作，反应器内任一点的组成不随时间改变。半连续反应器半连续反应器特点：1、某些反应物料一次加入，其余物料连续加入，或者将某种产物连续取出。2、非稳态操作。3、连续流动反应器内流体流动的两种理想形态平推流反应器理想混合流反应器平推流反应器反应物A反应物B活塞流反应器生成物R平推流反应器特点：1、在稳态操作时，在反应器的每个截面上，物料浓度不随时间变化。

6、2、所有物料质点在反应器中的停留时间都相同。2、反应器内物料浓度沿着流动方向改变，故反应速率随空间位置改变，即反应速率的变化只限于反应器的轴向。理想混合流反应器反应物A反应物B生成物R理想混合流反应器特点：1.物料连续以恒定的流速流入、流出反应器，稳态操作。2.反应器内各空间位置温度、浓度均一。3.反应器内浓度、温度与出口处浓度、温度相同。第二节均相反应动力学均相反应是指在均一的液相或气相中进行的反应均相反应动力学内容：研究化学反应本身的速度规律，即物料的浓度，温度，催化剂等因素对化学反应速度的影响。即Rp~(C,T,

7、Cats)均相反应动力学没有考虑到物理因素的影响，仅研究化学反应内在规律1、反应速率定义：对均相反应而言，反应速率可定义为单位时间，单位反应体积中所生成（消失）的某组分的摩尔数。即＋：表示i组分的生成速率－：表示i组分的消失速率对反应：aA+BblL+mM各组分的反应速率：它们之间：幂函数形式：k:反应速率常数α1，α2：实验测定常数　总级数n=α1+α2对基元反应：α1=a　α2=b复杂反应：n需实验测定k=A0e-E/RTlnk=lnA0–E/RTdlnk/dT=E/RT2(1)反应对T敏感所以，T对K的影响在低温

8、下更敏感k遵循Arrehnies方程:(2)(低温)单一反应是指用一个化学反应式和一个动力学方程式便能代表的反应。2、等温、恒容、单一反应动力学方程式不可逆反应一级不可逆反应二级不可逆反应可逆反应一级可逆反应二级可逆反应为简化起见，只研究、等温、恒容、单一反应动力学2.1一级不可逆方程AS对于等温系统，k为常数,初始条件：t=0C