“化学反响工程”概要 1
一、绪论
争论对象是工业反响过程或工业反响器争论目的是实现工业反响过程的优化
决策变量：反响器构造、操作方式、工艺条件
优化指标——技术指标：反响速率、选择性、能耗把握转化率、收率与选择性的概念
工程思维方法
反响器型式操作方式操作条件
T
工程因素
C
反响结果r，?
工程问题 动力学问题
二、化学反响动力学
反响类型：简洁反响、自催化、可逆、平行、串联反响根本特征、分析推断
化学反响速率的工程表示
反响速率＝ 反响量
(反响时间)(反响区)
工业反响动力学规律可表示为：
r?f
i C
(C)?f
i T
(T)
浓度效应——n工程意义是：反响速率对浓度变化的敏感程度。
温度效应——E工程意义是：反响速率对温度变化的敏感程度。两个温度下的反响速率常数k，可以按下式计算活化能E：
lnk2?E(1?1)
k RT T
1 1 2
E——cal/mol，j/mol T——K
R=1.987cal/mol.K=8.314j/mol.K
三、PFR与CSTR根本方程
抱负间歇：t?VR
???cAf dcA ?c
?xAf dxA
v c
0 A0
(?r)
A
A0 x
A0
(?r)
A
“化学反响工程”概要 2
抱负PFR：?
? R???cAf dcA ?c
?xAf dxA
Vp v c
V
0 A0
(?r)
A
A0x
A0
(?r)
A
CSTR：
? ?VR
?cA0?cA
?cA0xA
图解法
p v (?r
A
) (?r)
A
τ/cA0 τ
0 xAf xA
四、简洁反响的计算
n=1,0,2级反响特征
浓度、转化率、反响时间关系式PFR→CSTR，CSTR←PFR
c ?c (1?x)
A A0 A
?
? V
? V? R???cAf
? V
? R?
c ?c
A0 A
p v c
0 A0
(?r)
A
m v (?r)
A
n=0
c x ?k? c x ?k?
A0 A p A0 A p
1
n=1
k? ?ln
p
1?x
? ?cA0?cA
Am kc
A
A
1 1
n=2
k? ? ?
p c c
? ?cA0?cA
A A0
m kc2
A
“化学反响工程”概要 3
1k
1
五、可逆反响 A P
k2
(?r)?kC ?kC ?kC ?k(C ?C )
A 1 A 2 P 1 A 2 A0 A
?(k
1
k)(C
2 A
C )
xxAe A
x
x
A
?(k ?k)C (x ?x )
1 2 A0 Ae A
1K?k1 ?CA0?CAe ? xAe
1
k C
2 Ae
1?x 2
Ae
3
温度效应：浓度效应：
T
T
E ?E
(?r
A
)?0? T
? 2
eqRln[k20
eq
1
xA ]
k (1?x )
10 A
d(?r)
A
?0?T ?
E ?E
2 1
220dT opt Rln[E k
2
20
xA ]
E k
1 10
(1?x )
A
PFR积分式
AC ?C x
A
(k?k
1 2
)t?ln
0 Ae
?C C
?
A Ae
?ln Ae
?x x
?
Ae A
CSTR：由根本方程导出六、平行反响
k1 P〔主反响〕
A
k2 S〔副反响〕
r kCn
A?? P ?
A
1 1 ，
1r ?r kCn ?kCn2
1
P S 1 A 2 A
“化学反响工程”概要
C
??CAf?dC r
?C A ? P
?
??dCp
C ??CA
4
??dC
?? pf ?
C ?C
A0 Af
C A0?C
A0 Af
(?r
A
) dC
A
pf C A
A0
温度效应：温度上升有利于活化能大的反响浓度效应：浓度上升有利于级数大的反响
计算：由根本方程PFR、CSTR推出
①反响器选型与组合优化：
β~C曲线——对应面积=C
A P
β~X曲线——对应面积=C/C
A P A0
②最优加料方式：p163-164平行反响
A+B
P r ?kC
p 1
n1Cm1A B
S r?kC
s 2
n2Cm2A B
“化学反响工程”概要 5
七、串联反响
A k1
Pk2 S
(?r)?kC
A 1 A
r ?kC
P 1 A
kC
2 P