2022年化学反应工程知识点.pdf

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1、化学反响工程学问点一郭错主编1、化学反响工程学不仅争辩化学反响速率与反响条件之间的关系，即化学反响动力学，而且着重争辩传递过程对宏观化学反响速率的影响,争辩不同类型反响器的特点及其与化学反响结果之间的关系。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、化学反响过程和产物的后处理这三个局部，而化学反响过程是整个化工生产的核心。3.化学反响工程的根本争辩方法是数学模型法。数学模型法是对简单的、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，到达利用简洁数学方程描述简单物理过程的目的。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

2、像；模型必需进展合理简化，简化模型既要反映客观实体，又有便于数学求解和使用。4.反响器按型式来分类可以分为管式反响器、槽式反响器 釜式反响器）和塔式反响器。5反响器按传热条件分类，分为等温反响器、绝热反响器和非等温非绝热反响器。第一章均相单一反响动力学和抱负反响器1、目前普遍使用关键组分A的转化率来描述一个化学反响进展的程度，其定义为：转化了的A组 重 量-n3=一屋1 分的起始量=/一dAO2、化学反响速率定义（严格定义）为单位反响体系内反响程度随时间的变化率。其 数 学 表 达 式 为 成V dt3、对 于 反 响A +2 B=3 C +4O，反 响 物A的消耗速率表达式为一=1叫;反响产

3、物C的生成速率表达式为：r =儿A V dt C V dt4 .反响动力学方程：定量描述反响速率与影响反响速率之间的关系式称为反响动力学方程。大量的试验说明，均相反响的速率是反响物系的组成、温度和压力的函数。5阿累尼乌斯关系式为=k e;其中活化能反响了反响速率对温c C,度变化的敏感程度。6、半衰期：是指转化率从。变为5 0%所需时间为该反响的半衰期。7、反响器的开发大致有下述三个任务：依据化学反响动力学特性来选择适宜的反响器型式；结合动力学和反响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响装置进展设计计算，确定反响器的几何尺寸并进展评价。8.在停留时间一样的物料之间的均匀化

4、过程，称之为简洁混合。而停留时间不同的物料之间的均匀化过程，称之为返混。9.依据返混状况不同反响器被分为以下类型：间歇反响器、抱负置换反 响 器（又称平推流反响器或活塞流反响器）、全混流反响器（又称为连续操作的充分搅拌槽式反响器）。1 0 .反响器设计计算所涉及的根底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。1 1、停留时间又称接触时间，用于连续流淌反响器，指流体微元从反应器入口到出口经受的时间。在反响器中，由于流淌状况的不同，物料微元从反响器入口到出口所经受的时间可能是各不一样的，存在一个分布，称停留时间分布。各流体微元从反响器入口到出口

5、所经受的平均停留时间称为平均停留时间。12.空间时间是指反响器有效容积与流体特征体积流率之比值。13.抱负置换反响器(平推流反响器)是指通过反响器的物料沿同一方向以一样速度向前流淌，向活塞一样在反响器中向前平推，故又称为活塞流或平推流反响器。14.为了表征反响物系体积变化给反响速率带来的影响，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 Im ol时，引起反响物系的量的变化量。表达式：3=三，总的物质的量跟膨胀因子关系(-)A为 n=n+n x8t tO 40 A其次章复合反响与反响器的选型1、三种抱负的反响器中，间歇反响器和平推流反响器完全没有返混，全混流反

6、响器的返混到达极大的程度。2、反响器的选型，其实就是依据不同的反响的特性，选择适宜这种反响类型的操作方式。3、对某个具体反响，选择反响器、操作条件和操作方式主要考虑化学反响本身的特征与反响器特性，最终选择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，一是反响器的大小，二是产物分布。5、确定反响器型式不但要考虑反响的级数，而且要考虑过程进展的程度，即转化率的凹凸；级数越高，要求的转化率也高，这时应承受平推流反响器；假设反响器只能承受釜式构造，则承受多釜串联，使之尽可能接近平推流。6、平推流反响器并联各支路的空间时间一样时最终转化率最高或者到达肯定转化率所需的反响器体积最小。

7、7、N个平推流反响器串联操作，其总体积V与一个具体体积为VR R的单个平推流反响器所能获得的转化率一样。8、多釜串联的反响器，由于釜间无返混，使返混程度削减，当N f o o时，多釜串联全混反响器组的操作就相当于平推流反响器。9、可逆反响速率总是随着转化率上升而降低。可逆吸热反响速率总是随着温度的上升而加快；而可逆放热反响按最正确温度曲线操作时速率最大。1 0、反响物能同时进展两个或两个以上的反响，称为平行反响。连串反响是指反响产物能进一步反响成其他副产物的过程。第三章非抱负流淌反响器1、按返混程度不同，可将反响器分成以下三类：(1)完全不返混型反响器、充分返混型反响器和局部返混型反响器。2、

8、停留时间分布函数F (x)：是指当物料以稳定的流量流入反响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响本征动力学1、催化反响过程的特征（1）催化剂转变反响历程，转变反响速率，其本身在反响前后没有变化。（2）对可逆反响，催化剂不会转变反响物质最终所能到达的平衡状0（3）对任何一个可逆反响，催化剂既会加快正反响速率，也必将以同样的倍数加快逆反响速率。（4）催化剂对反响过程有良好选择性。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

9、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构造型催化剂和调变型催化剂。4、制备固体催化剂，经枯燥后，都需要高温燃烧，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定的活性；（2）使催化剂保持肯定的晶型、晶粒大小、孔隙构造和比外表积；（3）提高催化剂的机械强度。5、催化剂的性能主要包括活性、选择性和寿命。对催化剂性能影响最大的物理性质主要是比外表积、孔体积和孔体积分布。6、比外表积：单位质量催化剂具有的外表积称为比外表积7、活性中心：是指化学吸附只能发生于固体外表那些能于气相分子起反响的原子上，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

10、外表被A 组分掩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、本征反响速率方程的推导方法假定反响机理，即确定反响所经受的步骤；确定速率把握步骤，该步骤的速率即为反响过程的速率，依据速率把握步骤的类型，写出该步骤的速率方程；非速率把握步骤均到达平衡。假设为吸附或解析步骤，列出兰格缪尔吸附等温式，假设为化学反响，则写出化学平衡式；利用所列平衡式与Z 将速率方程中各种外表浓度变换为气相组分分压的函数，即得所求的反响速率方程。11、催化剂在使用之前通常需要活化。催化剂外表的活化过程可以除去吸附和沉积的外来杂质，而且可以

11、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留神地使之钝化。12、以颗粒催化剂体积为基准的平均反响速率称为宏观反响速率。宏观反响速率还受催化剂颗粒的大小、外形以及气体集中过程的影响。宏观反响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外表间的连续稳定传质过程，反 响 组 分 A在单位时间内由气相主体集中到颗粒外外表上的量应当等于A 组分在催化剂中反响掉的量。14、催化剂失活的类型和缘由很简单，大致可以分为三类：构造变化、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）承 受“中期活性”或安全系数设计反响器；（3）严格把握操作条件

12、；（4优化操作，以弥补失活造成的生产力量下降。第 5 章气固相催化反响宏观动力学1、催化剂颗粒内气体集中类型有分子集中（容积集中）、克努森集中、和综合集中。2、对于一个连续稳定的外集中过程，反响组分A 在单位时间内由气相主体集中到颗粒外外表上的量应当等于A 组分在催化剂中反响掉的量。3、坦克莱数的物理意义为化学反响速率与外集中速率之比。4、西勒模数实质上是以颗粒催化剂体积为基准，最大反响速率与最大内集中速率比值。西勒模数反映反响速率、内集中速率对过程的影响程度的参数。5、西勒模数值越小，说明集中速率相对与反响速率越大，宏观反响速率受集中的影响越小，过程属反响动力学把握。6、催化剂失活缘由包括构

13、造变化、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；承受合理的安全系数设计反响器、严格把握操作条件；优化操作条件。8、有效因子物理意义催化剂内实际反响速率n=-催化剂内无浓度差时的反响速率第6章气固相催化反响固定床反响器1、体积当量直径C d v）：与颗粒具有一样体积的球体的直径称为该颗粒的体积当量直径。2、比外表当量直径：与颗粒具有一样比外表积的球体的直径称为比外表积当量直径。3、对于热效应大的反响过程，传热和控温是固定床技术的难点和关键所在。4、固定床反响器的特点：（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，生产力量较强；（3）停留时间可以把握、温度分布可

14、适当调整，有利于到达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，而化学反响常伴有热效应，反响速率对温度的敏感性强；（5）更换催化剂时必需停顿生产。5、流化床反响器的特点是：（1）颗粒猛烈搅动和混合，整个床层处于等温状态，可在最正确温度点操作；（2）传热强度高，适于强吸热或放热反响过程；（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；（6）为避开沟流、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，多段绝热式反响器可分为中间间接换热式和冷激式等类型。8、多段绝热式反响器是筒体内放置几次

15、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、在设计固定床反响器时应做到尽可能大的生产强度，即单位床层的生产力量大；气体通过床层的阻力小，构造简洁，操作稳定性好，运行牢靠，修理便利。第7章 气固相催化反响流化床反响器1、当流体自下而上通过积存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，流体有颗粒之间的空隙通过，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。假设颗粒受到的升力恰好等于自身重量时，颗粒受力处于平衡状态

16、，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，流体根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、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裂开，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

17、态化的不正常现象：沟流和节流（沸腾）8、简述流化床反响器的特点（1）流化床使用固体催化剂颗粒直径小于固定床反响器选用的颗粒直径，传质效果好，对反响也有利；（2）催化剂内集中影响可被无视，流体流速较快，外集中也可不考虑。宏观动力学方程和本征动力学方程一样。（3）流体通过床层时根本上可视为平推流，催化剂颗粒在床层内运动接近全混流。（4）颗粒在床层内运动剧烈，故要求颗粒有足够强度。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

18、到某一位置而崩落，流化床的正常操作被破坏。这种状况称节涌（或称腾涌）。1 0、逸出速度：当气体在反响器内实际气速与空塔速度一样，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1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 气液相反响过程与反响器1、气液相反响过程是指气相中的组分必需进入到液相中才能进展反响的过程。2、气液相反响的步骤：（1）气相中反响组分由气相主体透过气膜集中到气液界面（2）该组分进入液相后通过液膜集中到液相主体（3）进入液

19、相的该组分与液相中反响组分进展反响生成产物（4）产物由液相主体透过液膜集中到气液界面（5）产物从气液界面透过气膜集中到气相主体3、对于气液相反响来说，慢反响是指化学反响将在液相主体内发生的，而快反响过程是指反响仅发生在液膜区。4、气液反响器常见用的反响器有填料塔、喷淋塔、板式塔、鼓泡塔和搅拌反响器，其中适用于生成固体的反响过程为喷淋塔，填料塔适用于瞬时反响及快速反响过程，鼓泡塔适用于主体相也参与反响的中速及慢速反响过程。第9章 反响器的热稳定性和参数灵敏性1、简述催化反响器发生事故的可能的缘由（1）机械制造上的缺陷；（2）催化剂再生时温度过超群过额定值；（3）再生时催化剂裂开；（4）有危急的反响；（5）过程把握问题；2、参数的灵敏性：是指当反响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。