2023年化学反应工程知识点.doc

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1、化学反映工程知识点郭锴主编1、化学反映工程学不仅研究化学反映速率与反映条件之间的关系，即化学反映动力学，并且着重研究传递过程对宏观化学反映速率的影响，研究不同类型反映器的特点及其与化学反映结果之间的关系。2、任何化工生产，从原料到产品都可以概括为原料的预解决、化学反映过程和产物的后解决这三个部分，而化学反映过程是整个化工生产的核心。3.化学反映工程的基本研究方法是数学模型法。数学模型法是对复杂的、难以用数学全面描述的客观实体，人为地做某些假定，设想出一个简化模型，并通过对简化模型的数学求解，达成运用简朴数学方程描述复杂物理过程的目的。模型必须具有等效性，并且要与被描述的实体的那一方面的特性相似

2、；模型必须进行合理简化，简化模型既要反映客观实体，又有便于数学求解和使用。4.反映器按型式来分类可以分为管式反映器、槽式反映器（釜式反映器）和塔式反映器。5反映器按传热条件分类，分为等温反映器、绝热反映器和非等温非绝热反映器。第一章 均相单一反映动力学和抱负反映器1、目前普遍使用关键组分A的转化率来描述一个化学反映进行的限度，其定义为：2、化学反映速率定义（严格定义）为单位反映体系内反映限度随时间的变化率。其数学表达式为。3、对于反映，反映物A的消耗速率表达式为；反映产物C的生成速率表达式为：4.反映动力学方程：定量描述反映速率与影响反映速率之间的关系式称为反映动力学方程。大量的实验表白，均相

3、反映的速率是反映物系的组成、温度和压力的函数。5.阿累尼乌斯关系式为，其中活化能反映了反映速率对温度变化的敏感限度。6、半衰期：是指转化率从0变为50%所需时间为该反映的半衰期。7、反映器的开发大体有下述三个任务：根据化学反映动力学特性来选择合适的反映器型式；结合动力学和反映器两方面特性来拟定操作方式和优化操条件；根据给定的产量对反映装置进行设计计算，拟定反映器的几何尺寸并进行评价。8.在停留时间相同的物料之间的均匀化过程，称之为简朴混合。而停留时间不同的物料之间的均匀化过程，称之为返混。9.根据返混情况不同反映器被分为以下类型：间歇反映器、抱负置换反映器（又称平推流反映器或活塞流反映器）、全

4、混流反映器（又称为连续操作的充足搅拌槽式反映器）。10.反映器设计计算所涉及的基础方程式就是动力学方程式、物料衡算方程式和热量衡算方程式，其中物料衡算所针对的具体体系称为体积元。11、停留时间又称接触时间，用于连续流动反映器，指流体微元从反映器入口到出口经历的时间。在反映器中，由于流动状况的不同，物料微元从反映器入口到出口所经历的时间也许是各不相同的，存在一个分布，称停留时间分布。各流体微元从反映器入口到出口所经历的平均停留时间称为平均停留时间。12.空间时间是指反映器有效容积与流体特性体积流率之比值。13.抱负置换反映器（平推流反映器）是指通过反映器的物料沿同一方向以相同速度向前流动，向活塞

5、同样在反映器中向前平推，故又称为活塞流或平推流反映器。14.为了表征反映物系体积变化给反映速率带来的影响，引入两个参数，膨胀率和膨胀因子。15、膨胀因子的物理意义为：关键组分A消耗1mol时，引起反映物系的量的变化量。表达式：，总的物质的量跟膨胀因子关系为第二章 复合反映与反映器的选型1、三种抱负的反映器中，间歇反映器和平推流反映器完全没有返混，全混流反映器的返混达成极大的限度。2、反映器的选型，其实就是根据不同的反映的特性，选择合适这种反映类型的操作方式。3、对某个具体反映，选择反映器、操作条件和操作方式重要考虑化学反映自身的特性与反映器特性，最终选择的依据将取决于所有过程的经济性。4、过程

6、的经济性重要受两个因素影响，一是反映器的大小，二是产物分布。5、拟定反映器型式不仅要考虑反映的级数，并且要考虑过程进行的限度，即转化率的高低；级数越高，规定的转化率也高，这时应采用平推流反映器；假如反映器只能采用釜式结构，则采用多釜串联，使之尽也许接近平推流。6、平推流反映器并联各支路的空间时间相同时最终转化率最高或者达成一定转化率所需的反映器体积最小。7、个平推流反映器串联操作，其总体积与一个具体体积为的单个平推流反映器所能获得的转化率相同。8、多釜串联的反映器，由于釜间无返混，使返混限度减少，当时，多釜串联全混反映器组的操作就相称于平推流反映器。9、可逆反映速率总是随着转化率升高而减少。可

7、逆吸热反映速率总是随着温度的升高而加快；而可逆放热反映按最佳温度曲线操作时速率最大。10、反映物能同时进行两个或两个以上的反映，称为平行反映。连串反映是指反映产物能进一步反映成其他副产物的过程。第三章 非抱负流动反映器1、按返混限度不同，可将反映器提成以下三类：（1）完全不返混型反映器、充足返混型反映器和部分返混型反映器。2、停留时间分布函数F（x）：是指当物料以稳定的流量流入反映器而不发生化学变化时，在流出物料中停留时间小于t的物料占总流出物的分率。3、示踪法中入口物料输入示踪剂称为激励，在出口处获得的示踪剂随时间变化的输出讯号称为响应。第四章 气固相催化反映本征动力学1、催化反映过程的特性

8、（1）催化剂改变反映历程，改变反映速率，其自身在反映前后没有变化。（2）对可逆反映，催化剂不会改变反映物质最终所能达成的平衡状态。（3）对任何一个可逆反映，催化剂既会加快正反映速率，也必将以同样的倍数加快逆反映速率。（4）催化剂对反映过程有良好选择性。2、固体催化剂涉及催化活性物质、载体、助催化剂和克制剂。一个好的固体催化剂必须具有高活性、高选择性、高强度和长寿命等特点。3、助催化剂的类型可分为结构型催化剂和调变型催化剂。4、制备固体催化剂，经干燥后，都需要高温煅烧，其目的是：（1）除掉易挥发组分，保证一定化学组成，从而使催化剂具有稳定的活性；（2）使催化剂保持一定的晶型、晶粒大小、孔隙结构和

9、比表面积；（3）提高催化剂的机械强度。5、催化剂的性能重要涉及活性、选择性和寿命。对催化剂性能影响最大的物理性质重要是比表面积、孔体积和孔体积分布。6、比表面积：单位质量催化剂具有的表面积称为比表面积7、活性中心：是指化学吸附只能发生于固体表面那些能于气相分子起反映的原子上，通常把该类原子称为活性中心。8、组分A的吸附率是指固体表面被A组分覆盖的活性中心数与总活性中心数之比。9、焦姆金吸附模型认为一般吸附活化能随覆盖率的增长而增大，脱附活化能随覆盖率的增长而减小。10、本征反映速率方程的推导方法假定反映机理，即拟定反映所经历的环节；拟定速率控制环节，该环节的速率即为反映过程的速率，根据速率控制

10、环节的类型，写出该环节的速率方程；非速率控制环节均达成平衡。若为吸附或解析环节，列出兰格缪尔吸附等温式，若为化学反映，则写出化学平衡式；运用所列平衡式与，将速率方程中各种表面浓度变换为气相组分分压的函数，即得所求的反映速率方程。11、催化剂在使用之前通常需要活化。催化剂表面的活化过程可以除去吸附和沉积的外来杂质，并且可以改变催化剂性质，在空气中会不久起来变化的催化剂必须在卸出之前小心地使之钝化。12、以颗粒催化剂体积为基准的平均反映速率称为宏观反映速率。宏观反映速率还受催化剂颗粒的大小、形状以及气体扩散过程的影响。宏观反映速率与其影响因素之间的关系称为宏观动力学。13、对于流体与催化剂外表面间

11、的连续稳定传质过程，反映组分A在单位时间内由气相主体扩散到颗粒外表面上的量应当等于A组分在催化剂中反映掉的量。14、催化剂失活的类型和因素很复杂，大体可以分为三类：结构变化、物理中毒和化学中毒。15、工业上解决失活问题的方法：（1）改善催化剂；（2）采用“中期活性”或安全系数设计反映器；（3）严格控制操作条件；（4）优化操作，以填补失活导致的生产能力下降。第5章 气固相催化反映宏观动力学1、催化剂颗粒内气体扩散类型有分子扩散（容积扩散）、克努森扩散、和综合扩散。2、对于一个连续稳定的外扩散过程，反映组分A在单位时间内由气相主体扩散到颗粒外表面上的量应当等于A组分在催化剂中反映掉的量。3、坦克莱

12、数的物理意义为化学反映速率与外扩散速率之比。4、西勒模数实质上是以颗粒催化剂体积为基准，最大反映速率与最大内扩散速率比值。西勒模数反映反映速率、内扩散速率对过程的影响限度的参数。5、西勒模数值越小，说明扩散速率相对与反映速率越大，宏观反映速率受扩散的影响越小，过程属反映动力学控制。6、催化剂失活因素涉及结构变化、物理中毒和化学中毒。7、解决催化剂失活的方法：改善催化剂；采用合理的安全系数设计反映器、严格控制操作条件；优化操作条件。8、有效因子物理意义第6章 气固相催化反映固定床反映器1、体积当量直径（dv）：与颗粒具有相同体积的球体的直径称为该颗粒的体积当量直径。2、比表面当量直径：与颗粒具有

13、相同比表面积的球体的直径称为比表面积当量直径。3、对于热效应大的反映过程，传热和控温是固定床技术的难点和关键所在。4、固定床反映器的特点：（1）催化剂不易磨损并且可长期使用；（2）床层内流体接近平推流，生产能力较强；（3）停留时间可以控制、温度分布可适当调节，有助于达成高的转化率和高的选择性；（4）传热较差，催化剂载体又往往是导热不良物质，而化学反映常伴有热效应，反映速率对温度的敏感性强；（5）更换催化剂时必须停止生产。5、流化床反映器的特点是：（1）颗粒剧烈搅动和混合，整个床层处在等温状态，可在最佳温度点操作；（2）传热强度高，适于强吸热或放热反映过程； (3)颗粒比较细小，有效系数高，可减

14、少催化剂用量；（4）压降恒定，不易受异物堵塞；（5）返混较严重，不适于高转化率过程；（6）为避免沟流、偏流等，对设备精度规定较高。7、根据气体冷却或加热方式不同，多段绝热式反映器可分为中间间接换热式和冷激式等类型。8、多段绝热式反映器是筒体内放置几次搁板，搁板上放置催化剂，层与层之间设立气体的冷却（或加热）装置。9、在设计固定床反映器时应做到尽也许大的生产强度，即单位床层的生产能力大；气体通过床层的阻力小，结构简朴，操作稳定性好，运营可靠，维修方便。第7章 气固相催化反映流化床反映器1、当流体自下而上通过堆积有固体颗粒的床层时，床层内颗粒必将受到流体对颗粒的浮力、流动的流体对颗粒产生的曳力以及

15、颗粒自身重力的影响。当颗粒受到的升力（浮力和曳力之和）小于颗粒自身重量时，颗粒在床层内静止不动，流体有颗粒之间的空隙通过，此时床层称为固定床。2、随着流体流量的增长，颗粒受到的曳力也随着增长。若颗粒受到的升力恰好等于自身重量时，颗粒受力处在平衡状态，故颗粒将在床层内作上下、左右、前后的剧烈运动，这种现象被称为固体的流态化，整个床层称为流化床。3、当流速进一步增大，颗粒受到的升力大于自身重量时，颗粒将随流体一起运动而被带出床层。这种状态称为移动床。4、随着流体流量的加大，床层内的空隙率增大，颗粒之间间距加大，而颗粒在床层中分布均匀，流体基本上以平推流形式通过床层，这种流化形式称为散式流态化。5、

16、当流体通过固体床层的空塔速度值高于初始流化速度但低于逸出速度时，颗粒在气流作用下悬浮于床层中，所形成的流固混合物称为浓相段6、在浓相段上升的气泡在界面上破裂，气泡内颗粒以及受气泡夹带的乳化相中颗粒将被抛向浓相段上方空间。这段空间称为稀相段或称分7 流态化的不正常现象：沟流和节流(沸腾)8、简述流化床反映器的特点（1）流化床使用固体催化剂颗粒直径小于固定床反映器选用的颗粒直径，传质效果好，对反映也有利；（2）催化剂内扩散影响可被忽略，流体流速较快，外扩散也可不考虑。宏观动力学方程和本征动力学方程相同。（3）流体通过床层时基本上可视为平推流，催化剂颗粒在床层内运动接近全混流。（4）颗粒在床层内运动

17、剧烈，故规定颗粒有足够强度。颗粒在床内被气流带出损失较大，对使用昂贵催化剂的过程是不利的。9、节涌（腾涌）：在流化床的内径较小而床高于床径比较大时，气泡在上升过程中因聚并而增大，气泡有也许占据整个床层截面，气流将床层一节节地往上做柱塞式推动，在上升到某一位置而崩落，流化床的正常操作被破坏。这种情况称节涌（或称腾涌）。10、逸出速度：当气体在反映器内实际气速与空塔速度相同，床内已无固体颗粒时，此时的速度称逸出速度。11、流化床的热量传递过程大体可分为：固体颗粒之间的热量传递、气体与固体之间的热量传递；床层与床壁（涉及换热器）之间的热量传递。流化床内的热传递问题事实上是床层与器壁（及换热器壁）之间

18、的热互换速率问题。第8章 气液相反映过程与反映器1、气液相反映过程是指气相中的组分必须进入到液相中才干进行反映的过程。2、气液相反映的环节：（1）气相中反映组分由气相主体透过气膜扩散到气液界面（2）该组分进入液相后通过液膜扩散到液相主体（3）进入液相的该组分与液相中反映组分进行反映生成产物（4）产物由液相主体透过液膜扩散到气液界面（5）产物从气液界面透过气膜扩散到气相主体3、对于气液相反映来说，慢反映是指化学反映将在液相主体内发生的，而快反映过程是指反映仅发生在液膜区。4、气液反映器常见用的反映器有填料塔、喷淋塔、板式塔、鼓泡塔和搅拌反映器，其中合用于生成固体的反映过程为喷淋塔，填料塔合用于瞬时反映及快速反映过程，鼓泡塔合用于主体相也参与反映的中速及慢速反映过程。第9章 反映器的热稳定性和参数灵敏性1、简述催化反映器发生事故的也许的因素（1）机械制造上的缺陷；（2）催化剂再生时温度过高超过额定值；（3）再生时催化剂破碎；（4）有危险的反映；（5）过程控制问题；2、参数的灵敏性：是指当反映器系统一个参数的微小变化引起其他参数有重大变化时，这种现象称为参数的灵敏性。