2022年化学反应工程知识点.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思化学反应工程学问点郭锴主编1、化学反应工程学不仅讨论化学反应速率与反应条件之间的关系,即化学反应动力学, 而且着重讨论传递过程对宏观化学反应速率的影响,讨论不同类型反应器的特点及其与化学反应结果之间的关系；2、任何化工生产,从原料到产品都可以概括为原料的预处理、化学反应过程和产物的后处理这三个部分,产的核心；而化学反应过程是整个化工生3. 化学反应工程的基本讨论方法是数学模型法；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,达到利用简

2、洁数学方程描述复杂物理过程的目的； 模型必需具有等效性, 而且要与被描述的 实体的那一方面的特性相像； 模型必需进行合理简化, 简化模型既要 反映客观实体,又有便于数学求解和使用；4. 反应器按型式来分类可以分为管式反应器、器）和塔式反应器；槽式反应器（釜式反应5 反应器按传热条件分类,分为等温反应器、绝热反应器和非等温非 绝热反应器；第一章 均相单一反应动力学和抱负反应器1、目前普遍使用关键组分A 的转化率来描述一个化学反应进行的程度,其定义为：xA转化了的A组重量n A0A0n AA组分的起始量n2、化学反应速率定义（严格定义）为单位反应体系内反应程度随时名师归纳总结 - - - - -

3、- -第 1 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思间的变化率；其数学表达式为r1d；Vdt3、 对 于 反 应 A 2 B 3 C 4 D, 反 应 物 A 的 消 耗 速 率 表 达 式 为r A 1 dn A；反应产物 C的生成速率表达式为：r C 1 dn CV dt V dt4. 反应动力学方程： 定量描述反应速率与影响反应速率之间的关系式称为反应动力学方程； 大量的试验说明, 均相反应的速率是反应物系的组成、温度和压力的函数；5. 阿累尼乌斯关系式为k Ck C0eE,其中活化能反应了反应速率对温RT度变化的敏锐程度

4、；6、半衰期：是指转化率从0 变为 50%所需时间为该反应的半衰期；7、反应器的开发大致有下述三个任务：依据化学反应动力学特性 来挑选合适的反应器型式； 结合动力学和反应器两方面特性来确定操作方式和优化操条件；依据给定的产量对反应装置进行设计计算,确定反应器的几何尺寸并进行评判；8. 在停留时间相同的物料之间的匀称化过程,称之为简洁混合； 而停留时间不同的物料之间的匀称化过程,称之为返混；9. 依据返混情形不同反应器被分为以下类型：反应器（又称平推流反应器或活塞流反应器）为连续操作的充分搅拌槽式反应器） ；间歇反应器、 抱负置换、全混流反应器（又称10. 反应器设计运算所涉及的基础方程式就是动

5、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详细体系称为体 积元；11、停留时间又称接触时间,用于连续流淌反应器,指流体微元从反名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思应器入口到出口经受的时间；在反应器中,由于流淌状况的不同,物 料微元从反应器入口到出口所经受的时间可能是各不相同的,存在一 个分布,称停留时间分布； 各流体微元从反应器入口到出口所经受的 平均停留时间称为平均停留时间；12. 空间时间是指反应器有效容积与流体特点体积流率之比值；13. 抱负置换反

6、应器（平推流反应器）是指通过反应器的物料沿同一 故又称 方向以相同速度向前流淌, 向活塞一样在反应器中向前平推,为活塞流或平推流反应器；14. 为了表征反应物系体积变化给反应速率带来的影响,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,引起反应物系的量的变化量； 表达式：A a ,总的物质的量跟膨胀因子关系 a A 为 n t n t 0 n A 0 x A其次章 复合反应与反应器的选型1、三种抱负的反应器中, 间歇反应器和平推流反应器完全没有返混,全混流反应器的返混达到极大的程度；2、反应器的选型,其实就是依据不同的反应的特性,挑选合适这种反应类

7、型的操作方式；3、对某个详细反应,挑选反应器、操作条件和操作方式主要考虑化学反应本身的特点与反应器特性, 最终挑选的依据将取决于全部过程的经济性；4、过程的经济性主要受两个因素影响,一是反应器的大小,二是产名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思物分布；5、确定反应器型式不但要考虑反应的级数,而且要考虑过程进行的 程度,即转化率的高低；级数越高,要求的转化率也高,这时应采纳平推流反应器；假如反应器只能采纳釜式结构,就采纳多釜串联,使 之尽可能接近平推流；6、平推流反应器并联各支路的空

8、间时间相同时最终转化率最高或者 达到肯定转化率所需的反应器体积最小；7、个平推流反应器串联操作,其总体积与一个详细体积为的单个平推流反应器所能获得的转化率相同；8、多釜串联的反应器, 由于釜间无返混, 使返混程度削减, 当N 时,多釜串联全混反应器组的操作就相当于平推流反应器；9、可逆反应速率总是随着转化率上升而降低；可逆吸热反应速率总 是随着温度的上升而加快； 而可逆放热反应按正确温度曲线操作时速率最大；10、反应物能同时进行两个或两个以上的反应,称为平行反应；连串 反应是指反应产物能进一步反应成其他副产物的过程；第三章 非抱负流淌反应器1、按返混程度不同,可将反应器分成以下三类：（1）完全

9、不返混型反应器、充分返混型反应器和部分返混型反应器；2、停留时间分布函数F（x）：是指当物料以稳固的流量流入反应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；名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思3、示踪法中入口物料输入示踪剂称为鼓励,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 气固相催化反应本征动力学 1、催化反应过程的特点（1）催化剂转变反应历程,转变反应速率,其本身在反应前后没有 变化；（2）对可逆反应,催化剂不会转变反应物质最

10、终所能达到的平稳状 态；（3）对任何一个可逆反应,催化剂既会加快正反应速率,也必将以 同样的倍数加快逆反应速率；（4）催化剂对反应过程有良好挑选性；2、固体催化剂包括催化活性物质、载体、助催化剂和抑制剂；一个 好的固体催化剂必需具有高活性、 高挑选性、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,保证肯定化学组成, 从而使催化剂具有稳固的活性；（2）使催化剂保持肯定的晶型、晶粒大小、孔隙结构和比表面积；（3）提高催化剂的机械强度；5、催化剂的性能主要包括活性、挑选性和寿命；对催化剂性能影响

11、 最大的物理性质主要是比表面积、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名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思起反应的原子上,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 性中心数之比；A 组分掩盖的活性中心数与总活9、焦姆金吸附模型认为一般吸附活化能随掩盖率的增加而增大,脱 附活化能随掩盖率的增加而减小；10、本征反应速率方程的推导方法 假定反应机理,即确定反应所经受

12、的步骤；确定速率掌握步骤,该步骤的速率即为反应过程的速率,依据速率掌握步骤的类型, 写出该步骤的速率方程； 非速率掌握步骤均达到平稳；如为吸附或解析步骤,列出兰格缪尔吸附等温式, 如为化学反应, 就写出化学平稳式；利用所列平稳式与IV1,将速率方程中各种表面浓度变换为气相组分分压的函数,即得所求的反应速率方程；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, 而且可以转变催化剂性质, 在空气中会很 快起来变化的催化剂必需在卸出之前当心地使之钝化；12、以颗粒催化剂体积为基准的平均反应速率称为宏观反应速率；宏 观反应速率仍受催化剂颗粒的大小、外形以及气体扩散

13、过程的影响；宏观反应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的连续稳固传质过程,反应组分 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 在催化剂中反应掉的量；14、催化剂失活的类型和缘由很复杂, 大致可以分为三类： 结构变化、名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思物理中毒和化学中毒；15、工业上处理失活问题的方法： （1）改进催化剂；（2）采纳“ 中期活性” 或安全系数设计反应器； （3）严格掌握操作条件；（4）优化操作,以补偿

14、失活造成的生产才能下降；第 5 章 气固相催化反应宏观动力学1、催化剂颗粒内气体扩散类型有分子扩散 和综合扩散；（容积扩散）、克努森扩散、2、对于一个连续稳固的外扩散过程,反应组分 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 的量；A 组分在催化剂中反应掉3、坦克莱数的物理意义为化学反应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,最大反应速率与最 大内扩散速率比值； 西勒模数反映反应速率、 内扩散速率对过程的影 响程度的参数；5、西勒模数值越小,说明扩散速率相对与反应速率越大,宏观反应 速率受扩散的影响越小,过程属反应动力学掌握；6、催化剂失活缘由包括结构变

15、化、物理中毒和化学中毒；7、处理催化剂失活的方法：改进催化剂；采纳合理的安全系数设计 反应器、严格掌握操作条件；优化操作条件；8、有效因子物理意义 催化剂内实际反应速率名师归纳总结 催化剂内无浓度差时的反应速率第 7 页,共 12 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思第 6 章 气固相催化反应固定床反应器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、对于热效应大的反应过程,传热和控温是固定床技术

16、的难点和关 键所在；4、固定床反应器的特点：（1）催化剂不易磨损而且可长期使用；（2）床层内流体接近平推流,生产才能较强；（3）停留时间可以掌握、温度分布可适当调剂,有利于达到高的转 化率和高的挑选性；（4）传热较差,催化剂载体又往往是导热不良物质,而化学反应常 伴有热效应,反应速率对温度的敏锐性强；（5）更换催化剂时必需停止生产；5、流化床反应器的特点是：（1）颗粒猛烈搅动和混合,整个床层处于等温状态,可在正确温度 点操作；（2）传热强度高,适于强吸热或放热反应过程；3颗粒比较细小,有效系数高,可削减催化剂用量；（4）压降恒定,不易受异物堵塞；（5）返混较严峻,不适于高转化率过程；名师归纳总

17、结 - - - - - - -第 8 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思（6）为防止沟流、偏流等,对设备精度要求较高；7、依据气体冷却或加热方式不同,多段绝热式反应器可分为中间间 接换热式和冷激式等类型；8、多段绝热式反应器是筒体内放置几次搁板,搁板上放置催化剂,层与层之间设置气体的冷却（或加热）装置；9、在设计固定床反应器时应做到尽可能大的生产强度,即单位床层 的生产才能大；气体通过床层的阻力小,结构简洁,操作稳固性好,运行牢靠,修理便利；第 7 章 气固相催化反应流化床反应器 1、当流体自下而上通过积累有固体颗粒的床层时

18、,床层内颗粒必将 受到流体对颗粒的浮力、 流淌的流体对颗粒产生的曳力以及颗粒自身 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,流体有颗粒之间的间隙通过,此时床 层称为固定床；2、随着流体流量的增加,颗粒受到的曳力也随着增加；如颗粒受到 的升力恰好等于自身重量时, 颗粒受力处于平稳状态, 故颗粒将在床 层内作上下、左右、前后的猛烈运动, 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,床层内的间隙率增大,颗粒之间间距加大

19、,名师归纳总结 而颗粒在床层中分布匀称, 流体基本上以平推流形式通过床层,这种第 9 页,共 12 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思流化形式称为散式流态化；5、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,浓相段所形成的流固混合物称为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；分这段空间称为稀相段或称7 流态化的不正常现象：沟流和节流 沸腾 8、简述流化床反应器的特点（1）流化床使用固体催化剂颗粒直径小于固定床

20、反应器选用的颗粒 直径,传质成效好,对反应也有利；（2）催化剂内扩散影响可被忽视,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）颗粒在床层内运动猛烈,故要求颗粒有足够强度；颗粒在床内 被气流带出缺失较大,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, 气泡有可能占据整个床层截面,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；这种情形称节涌（或称腾涌）；10、逸出速度：当气体在

21、反应器内实际气速与空塔速度相同,床内已名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思无固体颗粒时,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（包括换热器）之间的热量 传递；流化床内的热传递问题实际上是床层与器壁（及换热器壁）之 间的热交换速率问题；第 8 章 气液相反应过程与反应器 1、气液相反应过程是指气相中的组分必需进入到液相中才能进行反 应的过程；2、气液相反应的步骤：（1）气相中反应组分由气相主体透过气

22、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应组分进行反应生成产物（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、对于气液相反应来说,慢反应是指化学反应将在液相主体内发生 的,而快反应过程是指反应仅发生在液膜区；4、气液反应器常见用的反应器有填料塔、喷淋塔、板式塔、鼓泡塔 和搅拌反应器, 其中适用于生成固体的反应过程为喷淋塔,填料塔适 用于瞬时反应及快速反应过程, 鼓泡塔适用于主体相也参加反应的中 速及慢速反应过程；第 9 章 反应器的热稳固性和参数灵敏性 1、简述催化反应器发生事故的可能的缘由名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思（1）机械制造上的缺陷； （2）催化剂再生时温度过精湛过额定值；（3）再生时催化剂破裂； （4）有危急的反应；（5）过程掌握问题；2、参数的灵敏性：是指当反应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；名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 12 页