化學反應工程

化學反應工程學:是一門研究化學反應工程化問題的科學.三傳一反:

三傳:動量,質量,熱量;一反:反應動力學.

化學反應的分類:1,反應系統的分均相反應非均相反應2,操作方式分間歇操作連續操作半連續操作3.反應器型式分管式反應器槽式反應器塔式反應器4.

傳熱條件分等溫反應器絕熱反應器非等溫非絕熱反應器

數學模型法.(依照物理模型和相關的已知原理寫出描述物理模型的數學方程及初始和邊界條件.步驟:

1小試化學反應規律2運用大型冷模實驗研究傳遞過程規律3利用計算機或其他手段綜.合反應,傳遞過程規律**反應器效能4熱模實驗檢驗數學模型的等效性,尋找優化條件.

化學反應動力學方程:定量描述化學反應速率和影響化學反應因素之間的關係式.

基元反應:在反應中一步直接轉化為產物的反應稱為簡單反應,又稱基元反應.

反應器開發的任務:1,根據化學反應動力學的特性來選擇合適的反應器型式;2,結合動力學和反應器兩方面的特性來確定操作方式和優化操作條件.3,根據給定的產量對反應裝置進行設計計算,確定反應器的尺寸並進行評價.

返混:發生在停留時間不同的物料之間的均勻化過程,反應器分類:1,間歇反應器:

在反應器中物料被充分混合,所有物料同時進入,屬於簡單混合.2,平推流反應器:在反應器內充分作徑向混合,但不存在返混;3,全混流反應器:

在這類反應器中進入的物料在瞬間與反應器內原有物料達到完美混合,物料返混達到最大值;4,非理想流動反應器:物料在這類反應器中存在一定的返混,物料返混程度介於平推流反應器和全混流反應器之間.質量作用定律:

化學反應速率與反應物的有效質量成正比,其中的有效質量實際指濃度,質量作用定律只使用於基元反應.嚴格表述,基元反應的反應速率與各反應濃度的冪的乘積成正比.其中,各反應物的濃度的冪的指數即為基元反應方程式中該反應化學計量數的絕對值.

反應持續時間:指反應物料進行反應達到所要求的反應程度或轉化率所需時間.停留時間:

又稱接觸時間,用於連續流動反應器,指流體微元從反應器入口到出口經歷的時間.平均停留時間:各流體微元從反應器入口到出口所經歷的平均時間稱為平均停留時間.

空間時間:反應器有效容積與流體特徵體積流率的比值.空間速度:

在單位時間內投入單位有效反應器容積內的物料體積.三種反應器特性:1間歇反應器:

①反應器內有效空間中各位置的物料溫度濃度都相同②反應過程中沒有加料出料,物料在反應器中停留時間相同,無返混③出料組成與反應器內物料的最終組成相同④間歇操作,有輔助生產時間2平推流反應器:①反應器內沒有物料的返混,所有物料通過反映其的時間相同②在垂直於流動方向上的同一截面,不同徑向位置的流體特性是一致的③再定常態下操作,反應器內狀態只附軸向位置改變,不隨時間改變3全混流反應器:①物料在反應器內充分返混②反應器內各處物料引數均一③反應器的出口組成與器內物料組成相同④反應過程中連續進料與出料是一定常態過程.

停留時間分布的定量描述,1,概率函式(停留時間分布函式);2,概率密度函式(停留時間密度函式)特徵值1,數學期望,稱為平均停留時間t0變數（時間t）對座標原點的一次矩.特徵值2,方差,稱為散度,變數(時間t)對數學期望的二次矩.特徵值3,無因次方差.

停留時間分布規律的實驗測定,目的:測定某一反應器中物料的停留時間分布規律.方法:

示蹤法.示蹤法的要求:1,示蹤劑與原物料是互溶的，但與原物料之間無化學反應發生.

2,示蹤劑必須是能用簡便而又精確的方法加以確定的物質;3,示蹤劑的加入必須對流體的流動沒有影響;4,示蹤劑盡量選用無毒,不燃,無腐蝕同時又**較低的物質.示蹤訊號輸入的方式: 階躍輸入法脈衝輸入法

軸向擴散模型的停留時間分布規律採用階躍輸入法,示蹤劑不參加反應.該方程的邊界條件是:開開式,開閉式,閉開式,閉閉式

多向催化反應步驟:1,反應組分從流體主流向固體催化劑外表面傳遞;2,反應組分從外表面上進行化學反應;3,反應組分在催化劑表面的活性中心上吸附;4,在催化表面上進行化學反應;5,反應產物在催化劑表面上解吸;6,反應產物從催化劑內表面向外表面傳遞;7,反應產物從催化劑的外表面向流體主體傳遞.

催化反應過程的特徵:1催化劑改變反應歷程,改變反應速率,其本身在反應前後沒有變化2對可逆反應催化劑不會改變反應物質的最終所能達到的平衡狀態,只有平衡常數很大而反應速率很小的過程催化劑才發揮作用,但不改變化學平衡關係3對任何乙個可逆反應,催化劑既會加快正反應速率,也會以同樣速度加快逆反應速率不影響化學平衡常數k值4對反應過程有良好的選擇性.固體催化劑組成催化活性物質,載體,助催化劑和抑制劑.

評價指標:必須具有高活性,高強度,高選擇性和長壽命.載體在催化劑中起到的作用:.

堆密度:以催化劑顆粒堆積時的體積v堆為基準的密度.顆粒密度:

又稱假密度,指催化劑固體物質單位體積的質量.是以單個催化劑顆粒體積v顆為基準的密度.骨架密度:

又稱真密度,指單元體積催化劑顆粒的質量.以骨架體積v骨為基準的密度.孔隙率:

催化劑顆粒孔容積與總體積的分率.

穩定的定態:反應器本身熱穩定性良好,外部干擾不會引起系統操作狀況的變化,反應仍可在接近最佳狀態下執行,一旦干擾除去,馬上恢復到原定常態下執行.

化學吸附:由於電子的共用或轉移而發生相互作用的分子與固體間電子重排.物理吸附:

固體物質和氣體分子間僅借助於范德華力作用.區別:化學吸附吸附劑與被吸附物有很強的選擇性,吸附物在吸附劑表面屬於單分子覆蓋吸附溫度可以高於被吸附物的沸點溫度,吸附熱的大小近似於反應熱,且可被看做吸附劑與被吸附物間發生了化學反應.

物理吸附過程中吸附劑與被吸附物之間是借助范德華力相結合,選擇性弱,吸附蓋層可以是多分子層.吸附溫度低於被吸附物的沸點溫度,吸附熱大致接近於被吸附物的冷凝潛熱.

理想吸附模型(蘭格繆爾模型)條件:1催化劑表面上活性中心分布是均勻的,,也不影響空位對均相分子的吸附

.固定床反應器定義:凡是流體通過不動的固體物料所經過的床層面反映的裝置都稱作固定床反應器.

優點:為固定床中催化劑不易磨損而且可長期使用,床層內流體的流體的流動接近於平推流.反應速率較快,可用叫少量的催化劑和較小容積的反應器獲得較大的生產能力.

滕六時間可以調節控制.溫度分布可以適當調節,有利於達到高的轉化率和選擇性.缺點:

固定床中傳熱較差,反應速率對溫度的敏感性強,更換催化劑時必須停止生產,而且更換時,勞動強度大,粉塵量大,因此,要求催化劑必須有足夠長的使用壽命.流態化的不正常現象:1,溝流,由於流體分布板設計或安裝上存在問題,使流體通過分布板進入農相段形成的氣流,溝流造成氣體與乳化相之間接觸減少,傳質與反應效果明顯變差.

2,節湧(騰湧)氣流將床層一節節地往上做塞式推動,在上公升到某一位置而崩落,流化床的正常操作被破壞.

流態化反應器的特點:1,流態化反應器採用的催化劑顆粒直徑遠小於固定床反應器選用的顆粒直徑,則流化床反應器中顆粒外表面積遠大於固定床反應器中顆粒的外表面積.這對傳質與反應過程是有利的.

2,由於流化床反應器的顆粒直徑較小,催化劑顆粒的內擴散影響可被忽略,在流化床中流體流速較快,外擴散影響不予考慮,巨集觀動力學方程與本質動力學方程相同,反應速率獲得提高.3,流體通過床層時基本上可以視為平推流,催化劑顆粒在床層運動接近全混流,這對某些反應過程有利,若再床內加入內構件很容易改變床層的流動形態以適應不同反應需要.4,由於顆粒在床內運動激烈,故要求顆粒有足夠的強度.

顆粒在床內被氣流帶出損失較大,對使用昂貴催化劑的過程是不利的.

反應器引數靈敏性:當反應器系統乙個引數的微小變化引起其他引數有重大變化時的現象稱穩定性;指的是反應器操作受到干擾之後的自衡能力.不穩定的定態:

微小的干擾就足以使反應器的操作狀態極大的偏離原先的定態,即使擾動消除,系統也不能恢復到原來狀態. 氣泡暈包括尾渦和氣泡雲.

尾渦:當氣體通過床層時一部分氣體與顆粒之間組成乳化相,其餘氣體則從氣泡形成通過乳相化.由於氣體上公升速度與乳化相速度不同,存在明顯的速度差異,氣泡在上公升過程中必然會夾帶一定量的乳相化物質,氣泡在上公升時其尾部形成負壓,將吸入部分乳相化物質隨其上公升,這部分稱尾渦.

氣泡雲:氣泡上公升時氣泡外側一定厚度的乳化相將隨氣泡一起上公升,這部分被稱為氣泡雲. 化學計量方程:

僅僅表示反應物,生成物在反應過程的變化計量關係的方程.

反應級數:1反應級數不能獨立預示反應速率的大小,只能表明反應速率對濃度的敏感程度2反應級數憑試驗獲得,當化學計量方程與反應的實際機理一致時,反應級數與計量係數才會相等3只能在實驗條件範圍內應用,可以是整,負,分數,總應級數很少達到3 判斷:開高溫度對活化能大的反應有利；開高濃度對反應技術大的反應有利.

催化劑失活的型別與原因:1結構變化2物理中毒3化學中毒沿壁效應:由於沿壁處孔隙率不同而帶來的對過程的影響稱為沿壁效應.

措施:要求床層直徑至少為粒徑的八倍以上. 反應器的多型:

根據操作引數不同,兩曲線的交點有兩個,三個或乙個, 定態操作穩定條件:移**的斜率大於放熱曲線的斜率. 分子擴散:

當孔徑較大時,分子擴散阻力主要是由於分子間碰撞所致,這種擴散就是通常所說的分子擴散或容積擴散.

克努森擴散:當微孔的孔徑小於分子的平均自由程時,分子與孔壁的碰撞機會超過了分子間的相互碰撞,,從而使分子與孔壁的碰撞成為擴散阻力的主要因素. 流化床:

隨著流體流量增加,顆粒受到的曳力也隨之增大.若顆粒受到的公升力恰好等於自身重量時,顆粒受力處於平衡狀態,故顆粒將在床層內作上下,左右,前後的激烈運動,這種現象被稱為固體的流態化,整個床層稱為流化床.

化學反應工程

化學反應工程

化學反應工程習題

化學反應工程複習總結

化學反應工程

化學反應工程

化學反應工程習題

化學反應工程複習總結

相關推薦