專業(yè)專業(yè).專注專業(yè)專業(yè).專注化學反應工程1、化學反應工程學是一門研究涉及化學反應的工程問題的學科。2、化學反應工程學不僅研究化學反應速率與反應條件之間的關系,即化學反應動力學，而且，著重研究傳遞過程對化學反應速率的影響|；研究不同類型反應器的特點及其與化學反應結(jié)果之間的關系。3、化學反應和反應器的分類：按反應系統(tǒng)涉及的相態(tài)分類,分為均相反應|,包括氣相均相反應和液相均相反應。|非均相|反應,包括氣一固相,氣一液相,氣一液一固相反應等。按操作方式分類,分為間歇操作|,是指一批物料投入反應器后,經(jīng)過一定時間的反應再取出的操作方法。|連續(xù)操作，|指反應物料連續(xù)地通過反應器的操作方式。半連續(xù)操作，指反應器中的物料，有一些是分批地加入或取出，而另一些則是連續(xù)流動通過反應器。按反應器型式來分類,分為|管式反應器,一般長徑比大于30槽式反應器,一般高徑比為1—3塔式反應器|,一般高徑比在3—30之間按傳熱條件分類,分為|等溫反應器|,整個反應器維持恒溫,這對傳熱要求很高。；|絕熱反|應器,反應器與外界沒有熱量交換,全部反應熱效應使物料升溫或降溫。；|非等溫、非絕熱反應器,與外界有熱量交換，但不等溫。4、化學反應工程的基本研究方法是數(shù)學模型法。5、化學反應式：aA+bB+>rR+sS+…6、轉(zhuǎn)化了的A組分量n-nX=—aoA-AA組分的起始量nAo7、轉(zhuǎn)化率：一個化學反應進行的程度。

8、化學反應速率：反應速率定義為單位反應體積內(nèi)反應程度隨時間的變化率1dg[1dn[r=mol-m-3s-1-r=-amol-m-3s-1VdtaVdt?nA：反應體系內(nèi)，反應物A的摩爾數(shù)；A?V：反應體積例題:對于反應例題:對于反應A+2B—3C+4D1dnmol-m-3s-11dn—r——Br———CbVdtCVdt?t：時間mol.m-3s-1-rA(-r)=1(r)=1(r)-rAB3C4D9、反應動力學方程：定量描述反應速率與影響反應速率因素之間的關系式10、動力學方程：aA+bBTrR+sS一r=ksenmol-m-3s-1AcABc，c：A，B組分的濃度mol.m-3AB11、阿累尼烏斯關系11、阿累尼烏斯關系：c-E=ke一rtc012、k：指前因子，又稱頻率因子，與溫度無關，具有和反應速率常數(shù)相同的因次。c0E:活化能，卩?mol-i],從化學反應工程的角度看,活化能反映了反應速率對溫度變化的敏

感程度。13、反應級數(shù):m,n：A,B組分的反應級數(shù),m+n為此反應的總級數(shù)。14、1dn14、A=kCmCnVdtAB15、對一級不可逆反應，恒容過程，有：dc—rdc—r=—a=kc

AdtAkt=ln—A0ln16、半衰期：定義反應轉(zhuǎn)化率達到50%所需要的時間為該反應的半衰期。除一級反應外，反應的半衰期是初始濃度的函數(shù)。17、定義反應轉(zhuǎn)化率達到50%所需要的時間為該反應的半衰期。除一級反應外，反應的半衰期是初始濃度的函數(shù)。18、二級反應：dcd18、二級反應：dcdt=kc2A0A0A019、動力學方程表現(xiàn)的是化學反應速率與反應物溫度、濃度之間的關系。而建立一個動力學方程，就是要通過實驗數(shù)據(jù)回歸出上述關系。20、積分法：例如20、積分法：例如：一級反應：lnrc)—ALc丿A0=kt例題1：等溫條件下進行醋酸(A)和丁醇(B)的醋化反應：CHCOOH+CHOH=CHCOOCH+HO3493492醋酸和丁醇的初始濃度分別為0.2332和1.16kmolm-3。測得不同時間下醋酸轉(zhuǎn)化量如表所示。t/hr012345678醋酸轉(zhuǎn)化量X102/kmol.m-301.6362.7323.6624.5255.4056.0866.8337.398試求反應的速率方程。AdtBAA；題dc沒有交代這個反應是幾級反應,所以設這個反應是幾級反應=—A=kCmCn=AdtBAA將實驗數(shù)據(jù)分別按0、1和2級處理并得到t-f(cA)的關系t/hrcaca0-ca|rc]rii)ln—A~—1C(CC00.233200010.21680.016360.072980.324420.20590.027320.12450.568630.19660.036620.17070.798340.18790.045250.21601.0337550.17920.054050.26301.292260.17230.060860.30301.515770.16490.068330.34701.776180.15920.073980.38201.9932A0AA021、化學反應器設計基礎：物料衡算方程22、單位時間進入］「單位時間排出體積元的物料-體積元的物料A22、單位時間進入］「單位時間排出體積元的物料-體積元的物料A量Fmol-s-iinA量Fmol-s-iout單位時間內(nèi)體積元中反應消失的物料A量Fmol-s-ir單位時間內(nèi)體積=兀中物料A的積累量Fmol-s-ib23、F-F-F二Finoutrb24、停留時間t和平均停留時間停留時間又稱接觸時間，用于連續(xù)流動反應器，指流體微元從反應器入口到出口經(jīng)歷的時間。25、空間時間T其定義為反應器有效容積VR與流體特征體積流率V之比值。即VT=V026、空間時間是一個人為規(guī)定的參量，它表示處理在進口條件下一個反應器體積的流體所需要的時間。27、空間速度27、空間速度SVSVS=—0-積。VVRh-1S=^noh-iVVR28、返混：如果發(fā)生混合前的物料在反應器內(nèi)停留時間不同，反應程度就不同，組成也不會相同?；旌现蟮奈锪辖M成與混合前必然不同，反應速率也會隨之發(fā)生變化，這種發(fā)生在停留時間不同的物料之間的均勻化過程。

29、按返混情況不同反應器被分為以下四種類型：、間歇反應器：在反應器中物料被充分混合,但由于所有物料均為同一時間進入的,物料之間的混合過程屬于簡單混合，不存在返混。、平推流反應器：在連續(xù)流動的反應器內(nèi)物料允許作徑向混合（屬于簡單混合）但不存在軸向混合（即無返混）。、全混流反應器：連續(xù)操作的充分攪拌槽型反應器（簡稱全混流反應器）。在這類反應器中物料返混達最大值。、非理想流反應器：物料在這類反應器中存在一定的返混，即物料返混程度介于平推流反應器及全混流反應器之間。30、間歇反應器：反應物料一次投入反應器內(nèi)，在反應過程中不再向反應器內(nèi)投料，也不向外排出，待反應達到要求的轉(zhuǎn)化率后，再全部放出反應物料。31、間歇反應器特點：①由于劇烈攪拌、混合,反應器內(nèi)有效空間中各位置的物料溫度、濃度都相同：②由于一次加料,一次出料,反應過程中沒有加料、出料,所有物料在反應器中停留時間相同,不存在不同停留時間物料的混合,即無返混現(xiàn)象；③出料組成與反應器內(nèi)物料的最終組成相同；④為間歇操作,有輔助生產(chǎn)時間。一個生產(chǎn)周期應包括反應時間、加料時間、出料時間、清洗時間、加熱（或冷卻）時間等。32、間歇反應器設計方程：(-rb'=namol-s-1t=Jfrdt=nr0t=Jfrdt=nr0LdxAoJoACTlFAR恒容條件下：t二cJxrA00dxAcA0dcA33、間歇反應器內(nèi)為達到一定轉(zhuǎn)化率所需反應時間t，只是動力學方程式的直接積分，與r反應器大小及物料投入量無關。34、例題：某廠生產(chǎn)醇酸樹脂是使己二酸與己二醇以等摩爾比在70工用間歇釜并以H2SO4作催化劑進行縮聚反應而生產(chǎn)的，實驗測得反應動力學方程為：一r=kc2kmol-m-3min-1AAk=1.97x10-3m3kmol-imin-1c=4kmol.m-3若每天處理2400kg己二酸,每批操作輔助生產(chǎn)時間為1h,反應器裝填系數(shù)為0.75,求：(1)轉(zhuǎn)化率分別為xA=0.5，0.6，0.8，0.9時，所需反應時間為多少?(2)求轉(zhuǎn)化率為0.8，0.9時，所需反應器體積為多少??解：(1)達到要求的轉(zhuǎn)化率所需反應時間為：二cA0fxd二cA0fxdx[xJxAfA=CJxAf0-rA00Adx

kc2(1—x)2A0AkcA0AfxA=0.5=2.101xxA=0.5=2.101.97x10-3x4x(1—0.5廣60?x=0.6t=3.18h?xAr?x=0.8t=8.5h?xAr

?xA=0.9tr=19.0h?(2)反應器體積的計算?xA=0.8時：\二￡+t'=8.5+1=9.5h?每小時己二酸進料量FA0,己二酸相對分子質(zhì)量為146,則有：F==0.684kmol-h-1ao24x146?處理體積為：FV=十

FV=十

0cA00.6844二0.171m3-h-i?實際反應器體積VR：?反應器有效容積V'R：V'二Vt二0.171x9.5二1.63m3R0t?實際反應器體積VR：V=—r==2.17m3R申0.75當xA=0.9時：t=19+1=20hV'=0?171x20=3.42m3RV=3.42／0.75=4.56m3

35、平推流反應器：通過反應器的物料沿同一方向以相同速度向前流動，像活塞一樣在反應器中向前平推，36、理想置換反應器的特性：①由于流體沿同一方向,以相同速度向前推進,在反應器內(nèi)沒有物料的返混,所有物料在反應器中的停留時間都是相同的；②在垂直于流動方向上的同一截面,不同徑向位置的流體特性（組成、溫度等）是一致的；③在定常態(tài)下操作,反應器內(nèi)狀態(tài)只隨軸向位置改變，不隨時間改變。實際生產(chǎn)中對于管徑較小、長度較長、流速較大的管式反應器，列管固定床反應器等，常可按平推流反應器處理。37、理想置換反應器的設計方程：進入量-排出量-反應量=累積量?故FA-(FA+dFA)-(-rA)dVR=0?由于?微分?所以F=F(1-x)AA0AdF=-FdxdAA0AFdx=(-r)dVA0AARd?由于?微分?所以F=F(1-x)AA0AdF=-FdxdAA0AFdx=(-r)dVA0AARdVRFA0fxdxXAA—rAV—R-FA0fxAdx——AcA00—rAA0f0xAdx——A—rAV—RV0fcA2A1dc——A—rA例1-4條件同例1-3，計算轉(zhuǎn)化率分別為80％、90％時所需平推流反應器的大小?對PFR:t=紅二ck氣VA0x—r0A1A

0CiXA2A00dx0CiXA2A00kc2（L-x）2A0AkcA0xA

2-x?kcA0xA

2-x0.L7L0.8Lxx=1.451.97x10-3x4（1-0.8丿60m338、變?nèi)莘磻^程膨脹因子和膨脹率：為了表征由于反應物系體積變化給反應速率帶來的影響，引入兩個參數(shù)，膨脹因子和膨脹率m339、膨脹因子aA+bB>rR+sS士oYa?膨脹因子：8=tuA-aA即關鍵組份A的膨脹因子等于反應計量系數(shù)的代數(shù)和除以A組分計量系數(shù)的相反數(shù)一2一1+32A+B3C8==0A2例題：40、膨脹因子的物理意義：關鍵組分A消耗1mol時，引起反應物系摩爾數(shù)的變化量。對于

恒壓的氣相反應,摩爾數(shù)的變化導致反應體積變化°6A>0是摩爾數(shù)增加的反應,反應體積增加°6A<0是摩爾數(shù)減少的反應,反應體積減小°6A=0是摩爾數(shù)不變的反應,反應體積不變。41、膨脹率：物系體積隨轉(zhuǎn)化率的變化不僅僅是膨脹因子的函數(shù)，而且與其它因素，如惰性物的存在等有關，因此引入第二個參數(shù)膨脹率。x=x=1Ax=0AxA=042、即A組分的膨脹率等于物系中A組分完全轉(zhuǎn)化所引起的體積變化除以物系的初始體積。43、43、膨脹因子與膨脹率的關系：￡A=yA05A44、變?nèi)葸^程轉(zhuǎn)化率與濃度的關系：1-x44、變?nèi)葸^程轉(zhuǎn)化率與濃度的關系：C=CA-AA01+￡XAA例題：均相氣相反應A-3R,其動力學方程為-rA=kcA，該過程在185°C,400kpa下在一平推流反應器中進行,其中k=10-2S-i,進料量FA0=3Okmol/h,原料含50%惰性氣,為使反應器出口轉(zhuǎn)化率達80％，該反應器體積應為多大??解：該反應為氣相反應A-3R5==2A1

?已知yA0=0.5，因此￡A=yA05A=1?平推流反應器設計方程xdx?平推流反應器設計方程t=cJAAA00-rAT=CJXT=CJXA竺A=c卜竺A00-rA00kcAAdxA[1-x■AA0(1+8X)AAt=100(-X-2ln(1-X?8=241.8s“FRT(30/0.5)x8.314x(273.15+185)V=—0——0p=CJ。8—A00kckc=100[0.8土Adx01-xAA400=571.2m3h-i=0.1587m3s-1V=tV=241.8x0.1587=38.4m3R0例題2、在一個平推流反應器中，由純乙烷進料裂解制造乙烯。年設計生產(chǎn)能力為14萬噸乙烯。反應是不可逆的一級反應，要求達到乙烷轉(zhuǎn)化率為80％，反應器在1100K等溫，恒壓600kPa下操作,已知反應活化能為347.3kJ?mo-i，10OOK時,k=0.0725si。設計工業(yè)規(guī)模的管式反應器。

解：設A為乙烷,B為乙烯,C為氫氣CH>CH+H26242A>B+C反應器流出的乙烯的摩爾流率是：=0.175kmol-s-1,_14x107kg-a-=0.175kmol-s-1B330d-a-ix24h-d-1x3600s-h-1x28kg-kmol-1進料乙烷的摩爾流率是：A00.1750.8=0.219kmol-s-1?計算1100K時反應速率常數(shù)：Ek=kert0Ekke-1100rex1100-10001100K=—0=eR1100x1000k,-亠1000Kke1000R03473x1031100—1000k=0.0725e=3.23s-11100K?膨脹因子：?膨脹率￡=y5=1x1=1?膨脹率AA0A?進口體積流量FRT0.219x103x8.314x1100?進口體積流量V=-^oo==3.34m3s-10p600x1030V=Vc[-R0xdxAAA00kcA=Vcf0-80A00dx(1-X=V卜800dxAkcA011+￡XA=^4J%1+XadX

3.2301一xaAV=1.Rx-2ln1-xAA杜=2.50m3o45、流體在反應器內(nèi)不存在任何返混，所有流體微元的真實停留時間都等于平均停留時間。46、恒壓變?nèi)莘磻?，由于反應物系體積隨轉(zhuǎn)化率而變化，其真實停留時間與空間時間T不同。如果反應物系體積膨脹,流體流速將逐漸加快，停留時間將小于空間時間；相反,如果反應物系體積縮小，停留時間將大于空間時間。t=JVRdV.oVVdVxFdxxdxt=RR=JAA0A=CAA—oVo(—r加11+8x))aoo(—r)1+8x)AoAAAAA?恒容條件下,EA=0，上式還原為：xdxp=cJAAaoo—rA47、全混流反應器又稱全混釜或連續(xù)流動充分攪拌槽式反應器，簡稱CSTR。流入反應器的物料，在瞬間與反應器內(nèi)的物料混合均勻，即在反應器中各處物料的溫度、濃度都是相同的。4&全混流反應器特性：①物料在反應器內(nèi)充分返混：②反應器內(nèi)各處物料參數(shù)均一：③反應器的出口組成與器內(nèi)物料組成相同；④連續(xù)、穩(wěn)定流動,是一定態(tài)過程。49、全混流反應器基本設計方程：p=VR=cf%oAf50、恒容條件下又可以簡化為：c50、恒容條件下又可以簡化為：c—cp例題：條件同例1-3的醇酸樹脂生產(chǎn)，若采用CSTR反應器，求己二酸轉(zhuǎn)化率分別80％、90％時，所需反應器的體積。A0AF=0.684kmol?h-1=0.0114kmol?min-1A0AA0V二0.171m3h-i0-xA0-xA0AV二0,0114X0;87.2303R1.97x10-3x42x\1-0.8力?代入數(shù)據(jù),xAf=0?8時V二°.。114X°(9廠32.603R1.97x10-3x42x\1-0.9》?代入數(shù)據(jù)，xAf=0.9時51、從上表可看出，達到同樣結(jié)果間歇反應器比平推流反應器所需反應體積略大些，這是由于間歇過程需輔助工作時間所造成的。而全混釜反應器比平推流反應器、間歇反應器所需反應體積大得多，這是由于全混釜的返混造成反應速率下降所致。當轉(zhuǎn)化率增加時，所需反應體積迅速增加。Page114復合反應與反應器選型52、間歇反應器與平推流反應器：平推流反應器在結(jié)構(gòu)和操作方式上與間歇反應器截然不同，一個沒有攪拌一個有攪拌；一個連續(xù)操作一個間歇操作；一個是管式一個是釜式，但有一點是共同的，就是二者都沒有返混，所有物料在反應器內(nèi)的停留時間都相同。既然停留時間都相同，沒有不同停留時間（即不同轉(zhuǎn)化率，不同濃度）物料的混合，兩種反應器在相同的進口（初始）條件和反應時間下，就應該得到相同的反應結(jié)果。53、間歇反應器與全混流反應器：間歇反應器與全混流反應器在結(jié)構(gòu)上大體相同，但從返混的角度上看卻是完全不同的。間歇反應器完全沒有返混，而全混流反應器的返混達到了極大的程度。因而，二者的設計方程不同，同一個反應在這兩種反應器中進行，產(chǎn)生的結(jié)果也就不一樣。54、單一不可逆反應過程平推流反應器與全混流反應器的比較：

55、理想流動反應器的組合：56、(1)平推流反應器的并聯(lián)操作?V?V=VRl+VR2?因為是并聯(lián)操作，總物料體積流量等于各反應器體積流量之和：?V?V0=V01+V02由平推流反應器的設計方程dx——AA00盡可能減少返混是保持高轉(zhuǎn)化率的前提條件，而只有當并聯(lián)各支路之間的轉(zhuǎn)化率相同時沒有返混。如果各支路之間的轉(zhuǎn)化率不同，就會出現(xiàn)不同轉(zhuǎn)化率的物流相互混合，即不同停留時間的物流的混合，就是返混。因此，T=TV:V=V:V12R1R2010257、全混流反應器的并聯(lián)操作多個全混流反應器并聯(lián)操作時，達到相同轉(zhuǎn)化率使反應器體積最小，與平推流并聯(lián)操作同樣道理，必須滿足的條件相同。5&平推流反應器的串聯(lián)操作：考慮N個平推流反應器的串聯(lián)操作,

對串聯(lián)的N個反應器而言：VVVVLdxxdx—A—R^—AA—AnAFFxI-r)oI-r)A0A0Ai-1AA59、全混流反應器的串聯(lián)操作N個全混流反應器串聯(lián)操作在工業(yè)生產(chǎn)上經(jīng)常遇到。其中各釜均能滿足全混流假設，且認為釜與釜之間符合平推流假定，沒有返混，也不發(fā)生反應。?對任意第i釜中關鍵組分A作物料衡算。?對恒容、定常態(tài)流動系統(tǒng)，V0不變,故有：A0A^1AiA0A^1AiC一cXtTAi?對于N釜串聯(lián)操作的系統(tǒng),總空間時間：T+T+T12N專業(yè)專業(yè).專注專業(yè)專業(yè).專注T小于單個全混釜達到相同轉(zhuǎn)化率XA|N操作時的空間時間。?計算出口濃度或轉(zhuǎn)化率?對于一級反應：c-cTc-cT=A1kcA1c-cT=A2kcA2cC=A0—ai1+kT1cc=A1—A21+kT2c—G+kT畀+kT)12cANi=1?如果各釜體積相同，即停留時間相同，則：cANccANc=ir+AnNx=1-iAN(1+kT)Ni?對二級反應，以上面方法，可以推出：-1+1+4kTcc=iAi-1?A‘例2-1條件同例1-3的醇酸樹脂生產(chǎn)，若采用四釜串聯(lián)的全混釜，求己二酸轉(zhuǎn)化率為80％時，各釜出口己二酸的濃度和所需反應器的體積。一r=1.97xlO-3ccAABV=0.171m3h-10c=c=4kn專業(yè)j專注A0B0x=0.8Af?要求第四釜出口轉(zhuǎn)化率為80%，即c=cG-x)=4x(1-0.8)=0.8kmol-m-3A4A0Af?以試差法確定每釜出口濃度?設T=3h代入—1+飛.1+4Krcc=i_ai—1a2Jai?由CAo求出CA1，然后依次求出CA2、CA3、CA4，看是否滿足CA4=°8的要求。將以上數(shù)據(jù)代入，求得：Ca4=°$24kmol?m-3?結(jié)果稍大,重新假設Ti=3-l4h，求得：c=2.202kmol?m-3TOC\o"1-5"\h\zA1c=1.437kmol?m-3A2c=1.037kmol?m-3A3c=0.798kmol?m-3A4?基本滿足精度要求。=Vxt=0.171x3.14=0.537m3Ri0i=4x0.537=2.15m3R?循環(huán)反應器:在工業(yè)生產(chǎn)上，有時為了控制反應物的合適濃度，以便于控制溫度、轉(zhuǎn)化率和收率，或為了提高原料的利用率，常常采用部分物料循環(huán)的操作方法，如圖所示。?循環(huán)反應器的基本假設：①反應器內(nèi)為理想活塞流流動；②管線內(nèi)不發(fā)生化學反應：③整個體系處于定常態(tài)操作。?反應器體積可按下式計算：v=fJxA2tdxrRA1x-r丿A1A?為方便起見,設循環(huán)物料體積流量與離開反應系統(tǒng)物料的體積流量之比為循環(huán)比卩，即VF卩=—二一A3VF2A2Px=xA11+PA2平推流反應器設計方程中，轉(zhuǎn)化率的基準應當與反應器入口處體積流量及這一體積流量下轉(zhuǎn)化率為0時的,Aj組分的摩爾流率對應:RA0x-rxA1A

?式中，F(xiàn)'A0是一個虛擬的值，它由兩部分組成，新鮮進料FA0和循環(huán)回來的物流V3中當轉(zhuǎn)化率為0時應當具有的A的摩爾流率。即：f'二vc=(y+v\A01A003A0?由此得到循環(huán)反應器體積：=G+0)FjXA2—AA04x—r1+PA2a當循環(huán)比B為0時，還原為普通平推流反應器設計方程。當循環(huán)比B-g時,變?yōu)槿炝鞣磻髟O計方程。當0<B<g時,反應器屬于非理想流動反應器。當B=o,為平推流反應器。當B-~,為全混流反應器。通過調(diào)節(jié)循環(huán)比B,可以改變反應器流動性能，對于一定的反應，可以使得反應器體積最小，這時的循環(huán)比稱為最佳循環(huán)比。jxAfAidxjxAfAiOA)A—x—xAfAiAi?它表示最佳循環(huán)比應使反應器進口物料的反應速率的倒數(shù)等于反應器內(nèi)反應速率倒數(shù)的平均值。如圖所示的平均值。圖中KL代表反應器進口的值，PQ代表整個反應器?a5u速率倒數(shù)的平均值。如圖所示的平均值。圖中KL代表反應器進口的值，PQ代表整個反應器?a5u(a)循環(huán)比太髙0(一6)16￡?^oif(b)循環(huán)比適當Nko耳i(c)擔環(huán)比太低自催化反應是復合反應中的一類。其主要特點是反應產(chǎn)物能對該反應過程起催化作用，加速該反應過程的進行。?反應1反應2通常k2值遠大于k1。在反應初期盡管反應物的濃度較高,但產(chǎn)物濃度很低,所以總反應速率不大。隨著反應的進行，產(chǎn)物濃度不斷增加，反應物濃度雖然降低，但其值仍然較高。因此，反應速率將是增加的。當反應進行到某一時刻時，反應物濃度的降低對反應速率的影響超過了產(chǎn)物濃度增加對反應速率的影響，反應速率開始下降—r=kC?反應1的動力學方程為：k1CA反應2的動力學方程為反應2的動力學方程為：—rA2=kcc2AP2專業(yè)2專業(yè).專注2專業(yè)2專業(yè).專注A組分的消耗速率為：r)+(-rr)+(-r)=kcA1A21A+kcc2AP?在整個反應過程中,A組分被反應掉了，但生成了等量的P組分，則A與P的總摩爾數(shù)是恒定的，即c+c=c+c=cA0P0AP0c=c+c一cTOC\o"1-5"\h\zPA0P0A?A組分的消耗速率為：-r=kc+kc(cA1Ad-r=kc+kc(cA1Adc——a=kc1+tdt1A2AA0P0A-k()'-._+c一c丿kA0P0Ak1丿?分離變量積分得：()ck+kck\c+c才=InAo+In+2A0P0ck+kcA12P0?最大反應速率對應的反應物濃度為：cAopk+cAopk+k(c+c)12_A0P02k2222反應器組合為了使得反應器組的總體積最小，設計這樣一組反應器，在這組反應器中，反應大部分控制在最高速率點或接近最高速率點處進行。為此，可使用一個全混釜式反應器，它可以不必經(jīng)過較低反應速率的中間組成，而直接控制在最高速率組成下操作。然后再由平推流反應器完成最終反應c全餛擁0Q⑹反應器的繪優(yōu)組合斥應物徧環(huán)分離器平c全餛擁0Q⑹反應器的繪優(yōu)組合斥應物徧環(huán)分離器平均速率h、X可逆反應特性與反應器選型k〉aA+bBrR+sS.專業(yè).—專業(yè)專業(yè).專注專業(yè)專業(yè).專注設可逆反應：?總反應速率(-rA)為正逆反應速率之差:—r=—r—rAA1A2—rA—rA=akcacb—akcrc—rA—rA1AB2RS=kfvx丿一kgvx丿1A2A?當正逆反應速率相等時,總反應速率為零,反應達到平衡(-rA)=°。kg(x)kf6)2Ae?式中：KC為此反應在當前反應溫度下以濃度表示的平衡常數(shù)，因次為濃度單位的An次方;xAe為平衡轉(zhuǎn)化率。?平衡常數(shù)K為熱力學參數(shù)，無因次，與反應速率及其表達式無關，可以通過參與此反應的各組分的標準生成自由焓求得。?平衡常數(shù)與溫度的關系：dGnK)_AH=r-dTRT2

rR1RlnAH丄rR1RlnAH丄］〒i丿+In20Ae20可逆反應過程特點⑴在溫度恒定時,隨關鍵組分轉(zhuǎn)化率xA的增加,正反應速率kf(xA)將隨之下降；逆反應速率k2g(xA)將隨之上升;總反應速率-rA=akif(xA)-ak2g(xA)將隨之下降。(2)溫度對反應速率的影響在一定轉(zhuǎn)化率下，可逆吸熱反應的速率總是隨著溫度的升高而增加?？赡娣艧岱磻乃俾孰S溫度的變化規(guī)律如圖所示，當溫度較低時，反應凈速率隨溫度升高而加快，到達某一極大值后，隨著溫度的繼續(xù)升高，凈反應速率反而下降。平行反應特性與反應器選型反應物能同時進行兩個或兩個以上的反應，稱為平行反應。一般情況下，在平行反應生成的多個產(chǎn)物中，只有一個是需要的目的產(chǎn)物，而其余為不希望產(chǎn)生的副產(chǎn)物。在工業(yè)生產(chǎn)上，總是希望在一定反應器和工藝條件下，能夠獲得所期望的最大目的產(chǎn)物量，副產(chǎn)物量盡可能小。考慮下列等溫、恒容基元反應：?A-P(目的產(chǎn)物)

A-S（副產(chǎn)物）?反應物A的消耗速率為：dndn卜dt=kCn1+kCn21A2A平行反應的選擇性平行反應是一種典型的復合反應，流動狀況不但影響其所需反應器大小，而且還影響反應產(chǎn)物的分布。優(yōu)化的主要技術指標是目的產(chǎn)物的選擇性。aA+bB>pP11aAaA+bB——_>sS22目的產(chǎn)物）?（付產(chǎn)物）生成目的產(chǎn)物的反應速率：一r=kcaeqA11AB一r生成付產(chǎn)物的反應速率：A2=一r生成付產(chǎn)物的反應速率：A2=kCa2Cb22AB在系統(tǒng)中A物質(zhì)反應掉的量n-nX==A0AA加入系統(tǒng)中A物質(zhì)的量nA0?式中nA0、nA為進入系統(tǒng)和離開系統(tǒng)A物質(zhì)的摩爾數(shù)?平均選擇性SP在系統(tǒng)中生成目的產(chǎn)物消耗的A的量-(A”)S==APP在系統(tǒng)中反應掉的A的量n-nA0A紅(An)

pPn-nA0A?式中(△nA)P、Qnp)為生成目的產(chǎn)物P消耗的A量和生成目的產(chǎn)物P的量。?收率y在系統(tǒng)中生成目的產(chǎn)物消耗的A的量-(An)=AP

加入系統(tǒng)中A物質(zhì)的量nA0ai(An)

pPnA0關系：?瞬時選擇性SPQ在反應過程中某一瞬時生成目的產(chǎn)物消耗的A速率S=—P在反應過程中同一瞬時A的消耗速率?對于上述平行反應S(-r)Sp-(-r)+A(-r)A1A2瞬時選擇性與平均選擇性的關系?對平推流或間歇反應器專業(yè)專業(yè).專注A0彳nA0一n丿AnASdnPA?對全混流反應器S二SPP?對N個串聯(lián)的全混流反應器TOC\o"1-5"\h\zS(c-c)+S(c-c)+S(c-c)S二一A0AP2AA2PN_AN一AN—Pc-cA0AN影響瞬時選擇性的因素(-r)1r)+1r)ke1-e2A1A21+-^0eRTca1-a2cb2-b1kAB10?a.溫度對選擇性的影響（濃度不變時）①當E>E2時,E1-E2>0,隨著溫度的上升,選擇性Sp上升,可見高溫有利于提高瞬時選擇性；②當E]<e2時,6遲<0,隨著溫度的上升,選擇性Sp下降,可見降低溫度有利于提高瞬時選擇性。?總之，升高溫度對活化能大的反應有利，若主反應活化能大，則應升高溫度，若主反應活化能低，則應降低溫度。?b．濃度對選擇性的影響（溫度不變時）當主反應級數(shù)大于副反應級數(shù)，即a1>a2，b>b2時,升高濃度，使選擇性增加,若要維持較高的cA、cB，則應選擇平推流反應器、間歇反應器或多釜串聯(lián)反應器聞歇操作時不同競爭反應動力學卞的攝作方式動力學特點ai>“2,b、>b2ai<a2,加<〃2ai>a2,控制濃度要求應使Ch,cb都離應使％,CB都低應使S高，Cb低AB兇M加料方法麟間加入所有的A和B緩慢加入A和B先把全部A加入，然后緩慢加B!31>32|機>如連時不同竟爭反應勒力學TKW作方式及黃誰廢分布動力學特點垃］I€ti!31>32|機>如連時不同竟爭反應勒力學TKW作方式及黃誰廢分布動力學特點垃］I€ti匸.bi-*%AJ.a|&i丈你±控制恢度契求應使CA番、「B抵樣柞質(zhì)意圖喘度分帝圖3例2-2有一分解反應ATP目的產(chǎn)物r=kcp1AATS付產(chǎn)物r=kc2專業(yè).專注?其中k=lh-i,k=l.5m3kmol-ih-i,c=5kmol?m-3,c=c=0,體積流速為l2A0P0S05m3h-1，求轉(zhuǎn)化率為90％時：?（1）全混流反應器出口目的產(chǎn)物P的濃度及所需全混流反應器的體積。?（2）若采用平推流反應器,其出口Cp為多少?所需反應器體積為多少？?（3）若采用兩釜串聯(lián),最佳出口cp為多少?相應反應器體積