第6章化学反应动力学及反应器解说.ppt

6.1 概述 6.2 化学反应过程的基本术语定义 6.3 均相化学反应动力学 6.4 理想反应器 6.5 理想反应器的特殊操作 6.1 概述 化学反应动力学－－研究化学反应本身速率规律－－反应速率与温度浓度之间的关系。 化学反应动力学分为均相反应动力学与非均相反应动力学，根据复习指南，本考试只涉及均相动力学。 6.2 化学反应过程的基本术语定义 6.3 均相化学反应动力学 均相变容反应 反应体系中，物料密度变化不大，可以认为反应体积不变，为恒容反应，如液－液相反应。 对气相反应，反应前后总摩尔数变化而压力不变，反应体积将发生变化，为变容反应。 复 杂 反 应 动 力 学可逆反应 基本性质 由正逆两个反应组成，反应达到平衡时，正逆反应速率相等 定义正逆反应速率常数的比值为平衡常数 平衡常数与温度的关系 一级可逆反应 二级可逆反应 双分子二级可逆反应 若CA0=CB0,CR0=CS0=0，通过与一级反应相同的方法可以推出： 平行反应 温度和浓度对平行反应选择性的影响 依上式分析 (a1-a2)0 CA升高有利于P的生成 (a1-a2)0 CA升高不利于P的生成 加料方式由此决定 (a1-a2)=0 CA无影响，取决于k1/k2 k1/k2与温度有关 (E2-E1)0温度升高有利于P的生成 (E2-E1)0温度升高不利于P的生成 连串反应 连串反应的选择性 浓度对选择性影响因素复杂，由浓度－时间曲线反映出来 串联－平行反应 6.4 理 想 反 应 器 平推流反应器 反应物料沿运动方向平行地向前移动，没有轴向的混合和扩散，在垂直于流动方向的截面上流速是均匀分布的。所有粒子在反应器内的停留时间完全相同。 长径比较大的管式反应器；管内流动为湍流时，可视为平推流。 全混流反应器 物料在反应器内能达到完全混合；进入反应器的物料在瞬间与反应器内原有的物料均匀混合；反应器内任何位置的浓度温度都相同且等于出口温度浓度。 具有良好搅拌的连续操作釜式反应器接近于全混流反应器。 与平推流反应器对照，构成流动混合的两个极端。 间歇反应器 反应物一次加入到反应器内，搅拌，使器内物料温度浓度均一，经过一段时间，反应达到规定的转化率后，将物料排出反应器。 理想反应器设计 化学反应动力学方程 物料衡算 热量衡算 动量衡算（压降计算，通常采用厄根（Ergun）方程） 物料衡算－－反应器设计的基本方法 间歇反应器 由于反应器内温度浓度均一，对整个反应器做物料衡算 平推流反应器 由于在平推流反应器中，温度浓度沿轴向变化，故取反应器中一个微元作物料衡算 全混流反应器 多个全混流反应器串联操作 6.5 理想反应器的特殊操作循环反应器 可逆放热反应的温度特性 平衡线和最优操作线 非等温操作原则 热效应小，温度对反应结果影响不大，绝热操作；（近乎等温） 热效应极大，绝热操作；（撤热存在技术问题） 中等热效应，考虑非等温，非绝热方式，反应与热交换同时进行。 绝热反应器 气固相催化反应的绝热操作 绝热反应器特性 设计采用一维拟均相平推流模型 进口温度浓度确定后，反应器内各点的温度浓度存在一一对应关系。 物料衡算 在反应器内，垂直于流动方向上，取一催化剂微元： 在此微元上反应掉的A组份 FA0dxA=(-rA)dW 积分，W[kg] 催化剂可以转化率变化 热量衡算 反应放热全部用来加热反应物流 循环反应器特性 FA0,v0,xA0,CA0 FA1,v1,xA1,CA1 FA3,v3,xA3,CA3 FA2,v2,xA2,CA2 M 基本假设： 反应器内为平推流；管线内不发生化学反应；定常态操作 定义循环比为β， β=v3/v0 平推流反应器计算公式： 对M点进行物料衡算： 硫酸反应 k1，k2与温度有关 (E2-E1)0温度升高有利于P的生成 (E2-E1)0温度升高不利于P的生成 dV CA0,FA0,XA0=0,V0 FA,XA FA+dFA,XA+dXA dl 物料衡算 计算式对参与反应的任意组分均有效 * 6 化学反应动力学 40 100 60 1 61,38 苯 氯苯 简单级数反应 *