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1、化学反应工程阶段辅导（1）,工业反应过程的优化,研究对象工业反应过程、工业反应器,研究目的优化,优化在一定范围内（约束条件）选择一组合适的变量，使系统对评价标准（优化指标）达到最优。,绪论,转化率xA,转化率 x,恒容时,某一反应物转化的百分率,总转化率 x,选择性 Selectivity,选择性（S）,一般地,瞬时选择性,收率 Yield,收率,单耗/收率,molmolkg/kg,操作方式连续性、加料方式,工艺条件T、C、t、Sv、ug等,结构变量结构、型式、尺寸,化学反应工程的研究内容：,反应动力学,反应+流体流动返混,反应+传质效率因子,反应+传热热稳定性、灵敏度,化学反应工程在过程开发
2、中的作用,反应器的工程放大,过程开发要解决三个问题,反应器选型,优惠工艺条件,过程开发方法,逐级经验放大方法,数学模型方法,化学反应速率的工程表示,反应量：mol kmol 反应场所（反应区）：VR，VCAT.，kgCAT ，m2表面等 （-rA)：kmol/（m3.h），kmol/（kg.h），等等 “-”消失速率 -rA “+”生成速率 rp,化学反应动力学,对于多组分反应,一般C、T影响是相互独立的（经验）反应速率的温度效应反应速率的浓度效应,k 的因次与 n 有关：n=1, k= 时间-1,影响化学反应速率的温度效应,E的本质反应速率对温度变化的敏感程度,与反应热H的关系,活化能的数量
3、级40200 kJ/mol,活化能的计算,A.理论上已知两点温度下反应速率，可估算E,B.图解法根据斜率求E,C.线性回归最小二乘法求E,影响化学反应速率的浓度效应,幂函数型优点：适应性强，数据整理、运算方便 是最常用的浓度效应的函数形式,对反应, 反应级数（动力学）不同于反应分子数（化学计量学） 基元反应 两者等同 反应级数由实验测定，通常0、1、2级，或非整数级,总级数通常,反应速率对浓度变化的敏感程度,理想化学反应器定义：排除工程因素影响的反应器 反应结果由动力学决定分类： *间歇搅拌釜式反应器（BR） *管式流动反应器（PFR）,理想间歇反应器与典型化学反应的基本特征,反应类型,简单反
4、应 AP,串联反应：APS,理想间歇反应器计算,解法： 解析解，定量计算 图解法，定性判断,恒容时；,n级不可逆反应,图解法,恒容时；,自催化反应 自催化反应指的是反应产物本身具有催化作用，能加速反应的进行。工业生产上的发酵过程是一类典型的自催化反应过程。,特征：反应存在启动过程产物的催化作用存在最大速率,计算：解析解,图解法,自测题,特征：平衡,理想间歇反应器中的可逆反应,平衡状态,工业过程受平衡的限制（热力学）改变平衡状态的措施：改变K吸热， 受材质限制； 放热， 受动力学限制。改变体系浓度反应、分离组合,可逆反应速率表达式,积分式：,浓度效应与温度效应,浓度效应：T不变，K不变，,需要对
5、吸热、放热两种情况分别讨论,SO2氧化反应典型的可逆放热反应T低时，动力学因素占主导地位T高时，热力学因素占主导地位必然存在最优温度,理想间歇反应器中的平行反应,当 n1=n2 时，,当 n1=n2 =1时，有：,瞬时选择性,或：,存在温度效应与浓度效应.,与 的关系,图解法：,平行反应选择性的温度效应,不变,理论分析,E的本质反应速率对温度变化的敏感程度,结论：温度升高有利于活化能高的反应。,平行反应选择性的浓度效应,理论分析,n的本质表达了反应速率对浓度变化的敏感程度。,等温下,与 无关,结论：浓度升高有利于级数高的反应。,理想间歇反应器中的串连反应,设各步反应均为一级,对A：,设 t=0
6、，CA = CA0，CP0=CS0=0则 t=t， CA +CP+CS=CA0 恒等,（与平行反应相同）,存在最优 ，对应最大 （与平行反应不同）,特征 ：,串连反应的选择性和收率,浓度效应：任何使串连反应的反应物浓度下降、产物 浓度上升的因素，对串连反应总是不利的,的特征：反应初期，最大=1 tCACP,温度效应,结论：温度升高有利于活化能高的反应。,最大收率,最优转化率,平推流,活塞流反应器,理想管式反应器,平推流反应器（PFR）,空时,（与间歇反应器的反应时间关系式相同）（如果不计辅助时间，则反应器体积完全一样）,v0进料的体积流量,PFR基本方程：,适用等温、变温、等容、变容等,积分式,恒容,自催化反应、可逆反应、平行反应、串联反应,等温下简单不可逆反应的计算关系,空速与空时,v0在规定条件下，单位时间内进入反应器的物料体积单位m3/hr, l/min规定条件标准状态，进口状态,膨胀因子每消耗1molA时，系统总mol数的变化,膨胀因子,气相反应,膨胀率假定物料体积与转化率的变化为线性关系,膨胀率,浓度与转化率关系,或,所以变容时,停留时间：,当分子数变大， ，则 当分子数变小， ，则 当分子数不变， ，则,空时与停留时间区别,自测题,自测题,
