甲醇制烯烃
流化床反应器的设计
班级： 1014121
学号： 101412102
学生姓名：陈玉姣
指导教师：张军帅
化学与材料工程学院
2015年6月
目录
1绪论： (3)
1.1工艺生产技术方法及进展： (4)
1.2设计任务的意义： (5)
2甲醇制烯烃的反应机理研究： (6)
2.1甲醇制烯烃动力学： (7)
2.2甲醇制烯烃的发展前景: (8)
3设计方案简介: (8)
3.1工艺流程图及说明： (9)
4设计说明书： (10)
4.1操作气速的设计： (10)
U）计算： (11)
4.1.1初始流化速度（
mf
U的计算： (12)
4.1.2逸出速度
t
4.1.3流化床操作气速： (13)
4.2反应器的处理能力 (13)
4.3催化剂的装填量 (13)
4.4流化床反应器床高的确定： (14)
4.4.1浓相段高度的计算 (14)
4.4.2稀相段床高的计算： (15)
4.4.3锥形段计算： (16)
4.5床层的压降： (16)
4.6流化床壁厚： (17)
4.6.1流化床反应器壁厚的计算 (17)
4.6.2筒体应力的计算及试压 (18)
4.7流化床反应器筒体椭圆封头： (19)
4.7.1封头厚度的计算： (19)
4.7.2封头的试压实验： (20)
4.8反应器的裙座： (20)
5流化床反应器的结构 (21)
5.1气体分布器 (21)
5.2旋风分离器的选择 (22)
5.3 换热器的选择 (23)
5主反应器设计一览表： (24)
6设计体会： (25)
7参考文献： (26)
8主要符号说明： (27)
1绪论：
乙烯和丙烯是现代化学工业的重要基础原料，其需求量将越来越大，它们的发展带动着其他基本有机化工产品生产的发展。而且，乙烯的产量往往标志着一个国家基本有机化学工业的发展水平。现有低碳烯烃生产技术严重依赖石油资源，其中乙烯主要来源于石脑油蒸汽裂解，而丙烯则主要来源于石脑油裂解副产和炼油厂催化裂解副产。由于石油是不可再生资源,储量十分有限,且石油价格起伏很大，世界各国开始致力于非石油路线制乙烯和丙烯等低碳烯烃的技术开发，其中以天然气或煤为原料经甲醇制取低碳烯烃技术逐渐成为研究开发的热点。甲醇制取烃类早在1985年,美国美孚(Mobil)公司在新西兰Montonui公司的甲醇制汽油(MTG)生产厂就已经投产。由于烯烃为甲醇制汽油反应的中间产物,所以甲醇制汽油技术的成功开发推动了后来甲醇制烯烃(MTO)、甲醇制丙烯(MTP)等工艺的开发。笔者重点介绍几种国际领先的甲醇制烯烃工艺,如美国UOP公司与挪威Hydro公司的甲醇制烯烃工艺、中国科学院大连化学物理研究所的合成气经由二甲醚制低碳烯烃(syngas via dimethylether toolefins,SDTO)工艺、美国鲁奇(Lurgi)公司的甲醇制丙烯工艺、美国AtoFina与UOP公司的烯烃裂解工艺等,其中UOP/Hydro公司的甲醇制烯烃工艺、Lurgi公司的甲醇制丙烯工艺、AtoFina/UOP公司烯烃裂解工艺已经在过去的二三年内实现了工业化。
1.1工艺生产技术方法及进展：
甲醇制烯烃（MT0）技术当前已处于工业化应用的阶段，其工业化示范装置已在国内商业化成功运行 3 年多。用以甲醇为代表的含氧有机物为原料生产以乙烯和丙烯为主的低碳烯烃工艺有国外的 MT0、MTP工
艺和中国科学院大连化学物理研究所的 DMT0 工艺。甲醇制烯烃的反
应具有以下特点: ①反应为强放热过程,工艺设计需要考虑移热问题;
②为了抑制高碳数烃类和芳烃的形成,提高烯烃的选择性,具有择形功
能的分子筛是常用的催化材料,但是分子筛易积炭失活,需要进行再生;
③目标产物烯烃为中间产物,需要抑制烯烃二次反应(如氢转移、烯烃
聚合等)的进行。从前两个特点出发,流化床是该过程的理想反应器。
甲醇制烯烃催化剂的研究主要集中在分子筛催化剂上。早期研究发现,很多微孔分子筛都可以催化甲醇到烯烃的转化,按照其孔道大小可以
进一步分为:大孔分子筛(孔道由十二元环以上组成,孔径大于0.7 nm,如Y分子筛、丝光沸石、SAPO-5等),中孔分子筛(十元环,孔径约0.5～0.6 nm,如ZSM-5),小孔分子筛(八元环,孔径约0.4 nm,如ZSM-34、SAPO-34、SAPO-18等)。其中大孔分子筛孔道尺寸大,择形效果较差,
容易副产异构烷烃和芳香烃,导致低碳烯烃的选择性低。因此,目前甲
醇制烯烃催化剂的研究主要集中在中孔和小孔分子筛,以ZSM-5和SAPO系列分子筛为代表。本设计选用最具代表性的SAPO-34分子筛。SAPO-34分子筛由美国联碳公司(UCC)在1984年开发成功，属于一类
新型的磷酸硅铝分子筛。它具有八元环构成的椭球形笼和三维孔道结构，与ZSM-5的交叉孔道结构不同， SAPO-34在分子筛内部孔道交叉
处形成了体积较大的椭球形笼,该笼的尺寸为111nm@0165 nm，每个笼通过侧面的共6个八元环与其他笼相通,形成三维的直线孔道，只有C3以下的小分子和正构烃类才可以进出孔道，异构烃以及芳烃受到严重限制。此性质使得SAPO-34具有优异的择形性能，在MTO反应中可以获得很高的低碳烯烃选择性，因而被认为是甲醇制取低碳烯烃过程的最优催化剂，近期MTO催化剂的大量研究工作都集中于此。
1.2设计任务的意义：
本设计介绍了甲醇制烯烃流化床反应器的设计方法，在确定反应温度，压力，操作空速，催化粒径及催化剂颗粒和装填密度的操作条件下对反应器尺寸（浓相段高度、稀相段高度）等计算进行了说明，为甲醇制烯烃成型催化剂配方和制备工艺的确定、MTO工艺操作条件优化提供了实验平台。以甲醇产低碳烯烃的方法，将会首先在我国这个石油资源紧缺而又处在快速发展中的国家得到工业应用，并可望形成一个不需石油且可大规模生产石油化工平台化合物烯烃的重大产业技术。目前我国石脑油和轻柴油等原料资源短缺，如果还是以它们作为低碳烯烃生产唯一原料来源，来满足我国每年对低碳烯烃的增产需求显然不行，必须走出一条新路子。如果在我国煤炭资源丰富的地区，加快煤基MTO 工艺的工业发展，实现以乙烯、丙烯为代表的低碳烯烃生产原料多元化，不失是解决我国石油资源紧张，促进我国低碳烯烃工业快速发展之最有效途径，也有利于实现我国内地产煤大省实现煤炭资源优势转化。另一方面，近几年，我国甲醇市场长时期维持在高
位，使得社会大量投资甲醇的热情不减，人们已经担忧甲醇产品在未来数年的市场问题。而MTO 技术，也为根本解决甲醇市场出路提供保证。
2甲醇制烯烃的反应机理研究：
甲醇制烯烃的反应历程可以分为3个步骤，如图1所示。步骤1是甲醇脱水到二甲醚的反应，一般认为是甲醇在分子筛表面质子化形成甲氧基，步骤2是甲醇亲核攻击,生成二甲醚，步骤3是典型的碳正离子机理，包括链增长、裂解以及氢转移反应，其中烷烃和芳烃主要来源于氢转移和成环反应。关键是步骤2，目标产物低碳烯烃是如何形成的，从C-O 键的甲醇如何形成C-C 键,这是MTO 反应机理的核心问题。 MTO 及MTG 的反应历程主反应为:
0222423H H C OH CH +→ O H H C OH CH 263333+→
图1 甲醇到烯烃的总体反应历程
Figure 1 Methanol-to-hydrocarbons reaction path
2.1 MTO反应动力学
动力学研究表明，MTO反应中所有主、副反应均为快速反应，因而，甲醇、二甲醚生成低碳烯烃的化学反应速率不是反应的控制步骤，而关键操作参数的控制应该极为关注的问题。从化学动力学角度考虑，原料甲醇蒸汽与催化剂的接触时间尽可能越短越好，这对防止深度裂解和结焦极为有利，另外，在反应器内催化剂应该有一个合适的停留时间，否则其活性和选择性难以保证。
Chen D动力学模型如图2所示。
2.2甲醇制烯烃的发展前景
据UOP分析，MTO可适用于三种场合，其一是在气田或气田附近的GTO联合生产装置；其二是将所生产的甲醇送往离终端用户较近的一个地区或多个地区；其三是在现有石脑油或LPG裂解装置中增加MTO 反应器端。由于产品回收段仅需增加极小的负荷，就可能使烯烃总产量得到提升，故投资回报率（ROI）可超过36％，而前两种情况的ROI 仅为27.5％。根据国内实际情况并经详细技术经济评价，认为在国内天然气丰富的地区，尤其在天然气价格为0.5元/m3的新疆地区，发展MTO更为有利。
甲醇制烯烃在国外已引起极大的重视，并且被认为是最有前途的项目之一，目前各国研究开发的重点是研制活性高、选择性好、寿命长且价格低廉的催化剂。甲醇制烯烃的竞争能力取决于未来石脑油与甲醇的价格，关键是能否从煤制取大量低价的甲醇。尽管目前甲醇制烯烃尚不能与石脑油制烯烃相竞争，但它具有潜在力量，开发工作很有意义。
3设计方案简介：
设计任务提供的条件和要求：
（1）操作条件及物性参数：
反应温度为：450℃
反应压力为：0.15MPa(绝压)
操作空速为：1h-1
MTO成型催化剂选用Sr-SAPO-34
催化剂平均粒径为80μm
催化剂颗粒密度为1200kg/m3
催化剂装填密度为 700kg/m3
水醇质量比为0.5
甲醇在450℃下的粘度为24.3μPa.s
甲醇450℃下的密度为0.54kg/m3
通过对现有文献及手册等资料的分析对比，初步确定工艺流程如图3所示：
如图3工艺流程图
该工艺采用流化床反应器和再生器设计，其流程见图3。反应热通过产生的蒸汽带出并回收，失活的催化剂被送到流化床再生器中烧碳再生，然后返回流化床反应器继续反应。在整个产物气流混合物分离之前，需要通过一个特制的进料气流换热器，其中大部分的水分和惰性物质被清除，然后气体产物经气液分离塔进一步脱水、碱洗塔脱
CO2、干燥后进入产品回收段。该工段包括脱甲烷塔、脱乙烷塔、乙炔饱和塔、乙烯分离塔、丙烯分离塔、脱丙烷塔和脱丁烷塔。含氧化合物也在压缩工段中被除去。
4设计说明书： 4.1操作气速的设计：
4.1.1最小流化速度（mf U ）计算：
当流体流过颗粒床层的阻力等于床层颗粒重量时，床层中的颗粒开始流动起来，此时流体的流速称为起始流化速度，记作 mf U 。初始流化速度仅与流体和颗粒的物性有关，此时床层处于固定床与流化床之间。其计算公式如下式所示：
对于小颗粒来说02<=
μ
ρ
mf p ep U d R 其初始流化速度
μ
ρρ1650)(2
g d U p p mf -=
对于大颗粒来说1000>=
μ
ρ
mf p ep U d R 其初始流化速度
21
2
]5.24)([
ρ
ρρg d U p p mf -=
为颗粒平均直径p d ，m ；mf U 为初始流化速度，1.-s m ；3.kg -m p 催化剂颗粒密度，ρ；30.kg C 450-m 时的密度，
甲醇ρ s P s m .a ..kg 11或为流体粘度，--μ；
假设颗粒的雷诺数02<=μ
ρ
mf p ep U d R ，将已知数据代入公式进行计
算
s
m g d U p p mf /1088.11043.2165081.9)54.00021()108(1650)(35
252
----?=???-??==
μ
ρρ
校核雷诺数02103.3410
43.254.01088.110835
35
ρ
mf p e U d R 校核合理
当床层处于流化床状态时，随着流体流量的增加床层将随之膨胀，床层内空隙率也随之增大，此时床层内可能出现两种不同的形态，
（1）散式流态化
随着流体流速的加大，床层内空隙率增大，颗粒之间间距增大，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 。散式流化态是较理想的流化状态。
（2）聚式流态化。
颗粒在床层的分布不均匀，床层呈现两相结构:一相是颗粒浓度与空隙率分布较为均匀且接近初始流态化状态的连续相，称为乳化相;另一相则是以气泡形式夹带少量颗粒穿过床层向上运动的不连续的气泡相，因此又称为鼓泡流态化。在聚式流态化中，超过初始流化所需的大量气体聚并成气泡上升，在床面上破裂而将颗粒向床面以上空间抛送。
这不仅造成床层界面的较大起伏、压降的波动;更大的不利是以气泡的形式快速通过床层的气体与颗粒接触甚少，而乳化相中的气体因流速低，与颗粒接触时间太长，由此造成了气-固接触不均匀。 研究表明，两种流化态可以用弗鲁特数g
d U F p mf
rmf 2
=
来进行判断。
时，当13.02
<=
g
d U F p mf
rmf 为散式流态化；时，当13.02
>=
g
d U F p mf
rmf 为聚式流态化
将s m U m f /1088.13-?=代入弗鲁特数
13.00.04581.9108)1088.1(52
32
<=???==--g d U F p mf
rmf
则可以判断此流化形态为散式流态化。
4.1.2颗粒的逸出速度t U 的计算：
当气体在反应器内实际气速与空塔气速相同，床内已无固体颗粒时，此时的速度称为逸出速度，其最低值是固体颗粒仍处于悬浮状态。
计算公式：当4.0<=
μ
ρ
t p ep U d R 时 μ
ρρ18)(2
g
d U p p t -=
当5004.0<=
<μ
ρ
t p ep U d R 时 p p t d g U 31
2
2]225)(4[
ρμ
ρρ-=
当500>=
μ
ρ
t p ep U d R 时 21
])(1.3[
ρ
ρρg
d U p p t -=
流化床正常操作时不希望夹带，床内的最大气速不能超过床层平均粒径颗粒的带出速度t U ，因此用um d p 08=计算逸出速度。
假设5004.0<=
<μ
ρ
t p ep U d R
p p t d g U 31
2
2]225)(4[
ρμ
ρρ-=53
15
2
2108]10
43.254.022581.9)54.00021(4[--??????-?=s m /458.0= 校核雷诺数814.01043.254.0458.01085
5=????==
--μ
ρ
t p ep U d R 校核合理
所以t U =0.458m/s
4.1.3流化床操作气速：
操作速度 0u 表示流化床在正常操作时流体的速度，一般
t m f U u U <<0。初始流化速度s m U m f /1088.13-?=，催化剂的逸出速度
s m U t /458.0=。根据流化床操作速度范围为 31088.1-?s m /＜0u ＜
0.458s m /。所选气速不应太接近这一允许气速范围的任一极端。此次设计选择实际操作速度 0u 为 0.12m/s 。
4.2反应器的处理能力
s m U D V /616.44
12
.0714.343202
0=??==π，根据工作状况计算
得甲醇处理量h /kg 89733600616.454.00ρV m =??==
4.3催化剂的装填量
根据反应动力学，为确保MTO 在一定时间内保持100％转化率，需控制甲醇空速为15~1-h ，根据甲醇处理量及反应空速计算得到催化剂装填量为1794.6-8973kg ,根据最小操作空速为11h -,计算催化剂最大装填量为 8973kg
4.4流化床反应器床高的确定：
流化床反应器床层高度分为两部分：浓相段床高、稀相段床高，现分别进行计算：
4.5浓相段高度的计算
当确定了固体催化剂的用量以及床层内径之后，催化剂在床层中堆积高度很容易测定和计算出来，该床层称为静床层高度（0L ），再通入气体到起始流化时，床高0L L mf =。若继续加大气量，床层内产生一定量的气泡，浓相段床高f L 远大于静床层高度。 4.5.1静床层高度（0L ）
3cat 12.82700
8973
m V ===
催化剂堆积密度最大装填量，
4
2cat L D V π=
,m D V L 0.3373.1412.82
442
2cat 0=??==
π 所以催化剂静床层高度为0.33m.
关于浓相段床高的计算通常用计算床层空隙率f ε来获得。令床层膨胀比为R
f
f m mf
f L L R εε--==
11
n t
f U u 1)(=ε 0.417
1200700
-1-1===颗粒密度堆密度mf ε
当12.0< .0)5 .1735.4(-+=e T p R D d n 当时，2001< .0)18 45.4(-+=e t p R D d n 当500200< 213.010 43.254 .012.01085 50=????== --μ ρ U d R p e 满足12.0< 1085.174.35)5 .1735.4(03.05 03 .0=???+=+=---（e T p R D d n 745.0)458 .012.0()( 557 .411===n t f U u ε 2.3745 .01417 .0111=--= --= = f f m mf f L L R εε 则m L R L L m f f 76.02.30.33R 0=?=== 4.5.2稀相段床高的计算： 稀相段也称为分离段，主要是用来保证床内因气泡破裂而挟带固体颗粒重新回到浓相段所需的空间，稀相段床高可由经验方程式 1 .155 .1032102.1-?=r ep A R L L 估算。 5.51 ) 1043.2() 54.00021(81.954.0)108() (2 535-2 3 =?-????=-= -u g d A p p r ρρρ m A R L L r ep 5.51 5.51213.033.0102.1102.11.155.131 .155 .1032=????=?=-- 4.5.3锥形段计算： 固定流化床反应器锥体角度不大于 45，根据反应器直径计算可推知锥体段。 锥底角取为045 锥底直径m D t 6=则414.025.222 2 == =L D tg tg t α m L 8.453= m L L L H f 14.728.455.510.7632=++=++= 圆整后得15m 长径比： 2.17 15 = 4.6床层的压降： 流化床在正常的操作时具有恒定的压降，其压降计算公式为 a p p A m g A g m p .288k 274 81 .98973)(2=??== -= ?πρ ρρ 4.7流化床壁厚： 4.7.1流化床反应器壁厚的计算 流化床反应器的操作温度为450摄氏度，操作压力为0.15Mpa ，设计温度为500摄氏度，设计压力为0.2Mpa ，由于温度较高，因此选择0Cr18Ni9材料，该种材料在设计温度下的许用应力为100Mpa ，流化床体采用双面对接焊，局部无损探伤， 查表1焊接接头系数得：取流化床体焊接接头系数为φ=0.85，壁厚的腐蚀余量量取mm C 22=。 流化床壁厚： mm C p D p c t i c d 2.1022.085.010027000 2.0][22=+-???=+-= φσδ 考虑到流化床钢板负偏差查表得 mm C 0.81=，经圆整设计厚度mm n 21=δ 有效厚度mm C C n e 2.928.01221=--=--=δδ 4.7.2筒体应力的计算及试压 筒体的应力按下式进行计算： a e e T Mp D p 2.762 .92) 2.97000(2.02)(c =?+?=+= δδσ a a t Mp MP 76.28585.0100][>=?=φσ 应力校核合适。 水压试验： a t T Mp p p P 25.02.025.125.1] [] [25.1=?===δδ a e e T T Mp D p 23.952 .92) 2.97000(25.02)(=?+?=+= δδσ 0.9T a S Mp σφσ>=??=8.10485.01379.0 试压合适 锥形段阶段为反应气体的预分布阶段，未发生反应，温度较低直径较 小，因此壁厚更小，但为考虑选材与安装的方便性，其壁厚也选取为12mm 。 4.7.3流化床反应器筒体椭圆封头： 由于反应器压力较低，封头承压不大，故选用应用最为广泛的椭圆形封头，操作温度为450摄氏度，操作压力为0.15Mpa ，设计温度为500摄氏度，设计压力为0.2Mpa ，流化床体采用双面对接焊，局部无损探伤，取流化床体焊接接头系数为φ=0.85，封头高度取1m 。 选择材料为0Cr18Ni9材料，差钢材的许用应力表得： 在设计温度下，其许用应力为100Mpa 。 形状系数为K=1.0 4.7.4封头厚度的计算： 封头厚度按下式进行计算 mm C p pD t 24.102.05.085.010027000 2.05.0][22d =?-???=+-= φδδ 考虑到流化床钢板负偏差mm C 0.81=，所以11.24mm 0.824.10n =+=δ 化学反应工程考试总结 一、填空题： 1.所谓“三传一反”是化学反应工程学的基础，其中“三传”是指质 量传递、热量传递和动量传递，“一反”是指反应动力学。 2.各种操作因素对于复杂反应的影响虽然各不相同，但通常温度升 高有利于活化能高的反应的选择性，反应物浓度升高有利于反应级数大的反应的选择性。 3.测定非理想流动的停留时间分布函数时，两种最常见的示踪物输 入方法为脉冲示踪法和阶跃示踪法。 4.在均相反应动力学中，利用实验数据求取化学反应速度方程式的 两种最主要的方法为积分法和微分法。 5.多级混合模型的唯一模型参数为串联的全混区的个数N ，轴 向扩散模型的唯一模型参数为Pe（或Ez / uL）。 6.工业催化剂性能优劣的三种最主要的性质是活性、选择性和稳 定性。 7.平推流反应器的E函数表达式为 , () 0, t t E t t t ?∞= ? =? ≠ ?? ，其无 因次方差2θσ= 0 ，而全混流反应器的无因次方差2θσ＝ 1 。 8.某反应速率常数的单位为m3 / (mol hr )，该反应为 2 级 反应。 9.对于反应22 A B R +→，各物质反应速率之间的关系为 (-r A)：(-r B)：r R＝ 1：2：2 。 10.平推流反应器和全混流反应器中平推流更适合于目的产 物是中间产物的串联反应。 →+，则其反应速率表达式不能确11.某反应的计量方程为A R S 定。 12.物质A按一级不可逆反应在一间歇反应器中分解，在67℃时转化 50％需要30 min, 而在80 ℃时达到同样的转化率仅需20秒，该反应的活化能为 3.46×105 (J / mol ) 。 13.反应级数不可能（可能/不可能）大于3。 14.对于单一反应，在相同的处理量和最终转化率条件下，选择反应 器时主要考虑反应器的大小；而对于复合反应，选择反应器时主要考虑的则是目的产物的收率； 15.完全混合反应器（全混流反应器）内物料的温度和浓度均一， 并且等于（大于/小于/等于）反应器出口物料的温度和浓度。 二.单项选择 10.(2) B 1、气相反应CO + 3H2CH4 + H2O进料时无惰性气体，CO与2H以1∶2 δ=__A_。 摩尔比进料，则膨胀因子CO A. -2 B. -1 C. 1 D. 2 2、一级连串反应A S P在间歇式反应器中，则目的产物P C___A____。 的最大浓度= max ,P 一、单项选择题： （每题2分，共20分） 1．反应器中等温进行着A →P(1)和A →R(2)两个反应，当降低A 的浓度后，发现反应生成P 的量显著降低，而R 的生成量略降低，表明(A ) A ．反应(1)对A 的反应级数大于反应(2) B ．反应(1) 对A 的反应级数小于反应 (2) C ．反应(1)的活化能小于反应(2) D ．反应(1)的反应速率常数大于反应(2) 2.四只相同体积的全混釜串联操作，其无因次停留时间分布的方差值2θσ为( B ) A ． 1.0 B. 0.25 C ．0.50 D ．0 3．对一平行—连串反应R A Q P A ?→??→??→?) 3()2()1(，P 为目的产物，若活化能次序为：E 2 化学反应工程基础知识总结（笔记） 1、化学反应工程是一门研究涉及化学反应的工程问题的学科。如何将其在工业规模上实现是化学反应工程的主要任务。 2、理想置换反应器的特点：①由于流体沿同一方向，以相同速度向前推进，在反应器内没有物料的返混，所有物料通过反应器的时间都是相同的②在垂直于流动方向上的同一截面，不同径向位置的流体特性是一致的③在定常态下操作，反应器内状态只随轴向位置改变，不随时间改变。 3、全混流反应器的特性①物料在反应器内充分返混②反应器内各物料参数均一③反应器的出口组成与器内物料组成相同④反应过程中连续进料与出料，是一定常态过程。 4、返混的定义：物料在反应器内不仅有空间上的混合而是有时间上的混合，这种混合过程称返混。 5、非均相催化反应过程步骤①反应组分从流体主体向固体催化剂外表面传递②反应组分从外表面向催化剂内表面传递③反应组分在催化剂表面的活性中心上吸附④在催化剂表面上进行化学反应⑤反应产物在催化剂表面上解吸⑥ 反应产物从催化剂内表面向外表面传递⑦反应产物从催化剂的外表面向流体主体传递 6、兰格缪尓（Langmuir）吸附模型条件①催化剂表面上活性中心分布是均匀的②吸附活化能和脱附活化能与表面吸附的程度无关③每个活性中心仅能吸附一个气相分子④被吸附分子间互不影响，也不影响空位对气相分子的吸附。 7、焦姆金（Temkhh）吸附模型： 一般吸附活化能随覆盖率的增加而增大，脱附活化能则随覆盖率的增加而减小，因此吸附热必然随覆盖率的增加而减小。 8、催化剂颗粒内气体扩散：多孔催化剂颗粒内的扩散现象是很复杂的。除扩散路径极不规则外，孔的大小不同时，气体分子扩散机理亦有所不同。当孔径较大时，分子的扩散阻力要是由于分子间碰撞所致，这种扩散通常所称的分子扩散或容积扩散。当微孔的孔径小于分子的平均自由程时，分子与孔壁的碰撞机会超过了分子间的相互碰撞，从而使分子与孔壁的碰撞成为扩散阻力的主要因素，称为克努森（Knudson）扩散。 9、一微拟均相非理想流模型①流体在床层中流动属非理想流动，但遵循轴向扩散模型②流体沿床层径向温度、浓度是均一的，仅沿轴向变化③流体与催化剂在同一截面处的温度、浓度相同。三个基本方程：动量、物料、热量衡算方程。 10、流体床反应器的特点①流体床反应器采用的催化剂颗粒直径远小于固定床反应器选用的颗粒直径。则流化床反应器中颗粒外表面积远大于固定床反应器中颗粒的外表面积②由于流化床反应器颗粒直径较小，催化剂颗粒的内扩 第三章 理想流动反应器 概述 按照操作方式，可以分为间歇过程和连续过程，相应的反应器为间歇反应器和流动反应器。 对于间歇反应器，物料一次性加入，反应一定时间后把产物一次性取出，反应是分批进行的。物料在反应器内的流动状况是相同的，经历的反应时间也是相同的。 对于流动反应器，物料不断地加入反应器，又不断地离开反应器。 考察物料在反应器内的流动状况。有的物料正常的通过反应器，有的物料进入反应器的死角，有的物料短路（即近路）通过反应器，有的物料在反应器内回流。 在流动反应器中物料的流动状况不相同，造成物料浓度不均匀，经历的反应时间不相同，直接影响反应结果。 物料在反应器内的流动状况看不见摸不着。人们采用流动模型来描述物料在反应器内的流动状况。流动模型分类如下： 理想流动模型 流动模型 非理想流动模型 特别强调的是，对于流动反应器，必须考虑物料在反应器内的流动状况；流动模型是专指反应器而言的。 第一节 流动模型概述 3－1 反应器中流体的流动模型 平推流模型 全混流模型 一、物料质点、年龄、奉命及其返混 1.物料质点 物料质点是指代表物料特性的微元或微团。物料由无数个质点组成。 2.物料质点的年龄和寿命 年龄是对反应器内质点而言，指从进入反应器开始到某一时刻，称为年龄。 寿命是对离开反应器的质点而言，指从进入反应器开始到离开反应器的时间。 3.返混 （1）返混指流动反应器内不同年龄质点间的混合。 在间歇反应器中，物料同时进入反应器，质点的年龄都相同，所以没有返混。 在流动反应器中，存在死角、短路和回流等工程因素，不同年具的质点混合在一起，所以有返混。 （2）返混的原因 a.机械搅拌引起物料质点的运动方向和主体流动方向相反，不 同年龄的质点混合在一起； b.反应器结构造成物料流速不均匀，例如死角、分布器等。 造成返混的各种因素统称为工程因素。在流动反应器中，不可避免的存在工程因素，而且带有随机性，所以在流动反应器中都存在着返混，只是返混程度有所不同而已。 4?从反应器停留时间分布测定中 ，求得无因次方差「二 _ 0.98 ，反应器可视为 XXX 大学 化学反应工程 试题B （开）卷 （答案）2011 — 2012学年第一学 期 一、单项选择题： （每题2分，共20分） 1.反应器中等温进行着 A T P （1）和A T R （2）两个反应，当降低 A 的浓度后，发现反 应生成P 的量显著降低，而 R 的生成量略降低，表明 （） A .反应（1）对A 的反应级数大于反应 （2） B .反应（1）对A 的反应级数小于反应 C .反应（1）的活化能小于反应 （2） D .反应（1）的反应速率常数大于反应 2 一为（） 2?四只相同体积的全混釜串联操作，其无因次停留时间分布的方差值 A . 1.0 B. 0.25 C . 0.50 A （1） > A ⑶ > D . 0 P —-(2)， Q 3. 对一平行一连串反应 为了目的产物的收率最大， A .先高后低 B.先低后高 C .高温操作 4. 两个等体积的全混流反应器进行串联操作， 与第二釜的反应速率-広2之间的关系为（ A . -r Ai > -r A2 B . -r Ai 则最佳操作温度序列为（ ,P 为目的产物，若活化能次序为：E 2 3 釜式反应器 3.1在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应： 325325+→+CH COOC H NaOH CH COONa C H OH 该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级。反应开始时乙酸乙酯及氢氧化钠的浓度均为0.02mol/l ，反应速率常数等于5.6l/mol.min 。要求最终转化率达到95%。试问： （1） （1） 当反应器的反应体积为1m 3时，需要多长的反应时间？ （2） （2） 若反应器的反应体积为2m 3，，所需的反应时间又是多少？ 解：（1）002220 00001()(1)110.95169.6min(2.83) 5.60.0210.95 ===?---= ?=?-??Af Af X X A A A A A A A A A A A dX dX X t C C R k C X kC X h (2) 因为间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关，所以反应时间仍为2.83h 。 3.2拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应： 223222+→++CH ClCH OH NaHCO CH OHCH OH NaCl CO 以生产乙二醇，产量为20㎏/h ，使用15%（重量）的NaHCO 3水溶液及30%（重量）的氯乙醇水溶液作原料，反应器装料中氯乙醇和碳酸氢钠的摩尔比为1：1，混合液的比重为1.02。该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为一级，在反应温度下反应速率常数等于5.2l/mol.h ，要求转化率达到95%。 （1） （1） 若辅助时间为0.5h ，试计算反应器的有效体积； （2） （2） 若装填系数取0.75，试计算反应器的实际体积。 解：氯乙醇，碳酸氢钠，和乙二醇的分子量分别为80.5,84 和 62kg/kmol,每小时产乙二醇：20/62=0.3226 kmol/h 每小时需氯乙醇：0.326680.5 91.11/0.9530%?=?kg h 每小时需碳酸氢钠：0.326684 190.2/0.9515%?=?kg h 原料体积流量： 091.11190.2 275.8/1.02+= =Q l h 氯乙醇初始浓度：00.32661000 1.231/0.95275.8?==?A C mol l 反应时间： 02000110.95 2.968(1) 5.2 1.23110.95===?=-?-??Af Af X X A A A A B A A dX dX t C h kC C kC X 反应体积：0(')275.8(2.9680.5)956.5=+=?+=r V Q t t l 《化学反应工程》试题 XXX大学化学反应工程试题B（开）卷 （答案）2011—2012学年第一学期 一、单项选择题：（每题2分，共20分） 1．反应器中等温进行着A→P(1)和A→R(2)两个反应，当降低A的浓度后，发现反应生成P的量显著降低，而R的生成量略降低，表明(A ) A．反应(1)对A的反应级数大于反应(2) B．反应(1) 对A的反应级数小于反应(2) C．反应(1)的活化能小于反应(2) D．反应(1)的反应速率常数大于反应(2) 2.四只相同体积的全混釜串联操作，其无因次停留时间分布的方差值为( B ) A． 1.0 B. 0.25 C．0.50 D．0 3．对一平行—连串反应，P为目的产物，若活化能次序为：E2 第一章 绪论 1. 化学反应工程是一门研究______________的科学。（化学反应的工程问题） 2. 化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的科学，既以_______作为研究对象，又以_______为研究对象的学科体系。（化学反应、工程问题） 3. _______是化学反应工程的基础。（ 三传一反） 4. 化学反应过程按操作方法分为_______、_______、_______操作。（分批式操作、连续式操作、半分批式） 5. 化学反应工程中的“三传一反”中的三传是指_______、_______、_______。（传质、传热、动量传递） 6. 不论是设计、放大或控制，都需要对研究对象作出定量的描述，也就要用数学式来表达个参数间的关系，简称_______。（数学模型） 7. 在建立数学模型时，根据基础资料建立物料、热量和动量衡算式的一般式为_______。（累积量=输入量-输出量） 第二章 均相反应动力学 1. 均相反应是指_。（参与反应的物质均处于同一相） 2. aA + bB pP + sS 对于反应，则=P r _______)(A r -。（a p ） 3.着眼反应组分K 的转化率的定义式为_______。（ 00 K K K K n n n -=χ） 4.当计量方程中计量系数的代数和等于零时，这种反应称为_______，否则称为_______。（等分子反应、非等分子反应） 5. 化学反应速率式为βαB A C A C C K r =-，用浓度表示的速率常数为C K ，假定符合理想气体状态方程，如用压力表示的速率常数P K ，则C K =_______P K 。（)()(βα+RT ） 6. 化学反应的总级数为n ，如用浓度表示的速率常数为C K ，用逸度表示的速率常数f K ，则 C K =_______f K 。（n RT )(） 7. 化学反应的总级数为n ，如用浓度表示的速率常数为C K ，用气体摩尔分率表示的速率常数y K ，则 C K =_______y K 。（n p RT ???? ??） 10. 活化能的大小直接反映了______________对温度的敏感程度。（反应速率） 12.生成主产物的反应称为_______，其它的均为_______。（主反应、副反应） 13. 平行反应A P(主) S(副)均为一级不可逆反应，若主E ＞副E ，选择性S p 与_______无关，仅是_______ 3 釜式反应器 3、1在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应: 325325+→+CH COOC H NaOH CH COONa C H OH 该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级。反应开始时乙酸乙酯及氢氧化钠的浓度均为0、02mol/l,反应速率常数等于5、6l/mol 、min 。要求最终转化率达到95%。试问: （1） (1) 当反应器的反应体积为1m 3时,需要多长的反应时间？ （2） (2) 若反应器的反应体积为2m 3,,所需的反应时间又就是多少？ 解:(1)002220 00001()(1)110.95 169.6min(2.83)5.60.0210.95 ===?---=?=?-? ?Af Af X X A A A A A A A A A A A dX dX X t C C R k C X kC X h (2) 因为间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关,所以反应时间仍为2、83h 。 3、2拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应: 223222+→++CH ClCH OH NaHCO CH OHCH OH NaCl CO 以生产乙二醇,产量为20㎏/h,使用15%(重量)的NaHCO 3水溶液及30%(重量)的氯乙醇水溶液作原料,反应器装料中氯乙醇与碳酸氢钠的摩尔比为1:1,混合液的比重为1、02。该反应对氯乙醇与碳酸氢钠均为一级,在反应温度下反应速率常数等于5、2l/mol 、h,要求转化率达到95%。 （1） (1) 若辅助时间为0、5h,试计算反应器的有效体积; （2） (2) 若装填系数取0、75,试计算反应器的实际体积。 解:氯乙醇,碳酸氢钠,与乙二醇的分子量分别为80、5,84 与 62kg/kmol,每小时产乙二醇:20/62=0、3226 kmol/h 每小时需氯乙醇:0.326680.5 91.11/0.9530%?=?kg h 每小时需碳酸氢钠:0.326684 190.2/0.9515%?=?kg h 原料体积流量:091.11190.2275.8/1.02+==Q l h 氯乙醇初始浓度:00.32661000 1.231/0.95275.8?==?A C mol l 反应时间: 02000110.95 2.968(1) 5.2 1.23110.95===?=-?-??Af Af X X A A A A B A A dX dX t C h kC C kC X 反应体积:0(')275.8(2.9680.5)956.5=+=?+=r V Q t t l （2） (2) 反应器的实际体积: 956.512750.75= ==r V V l f 化学反应工程原理 一、选择题 1、气相反应 CO + 3H 2 CH 4 + H 2O 进料时无惰性气体，CO 与2H 以1∶2摩尔比进料， 则膨胀因子CO δ=__A_。 A. -2 B. -1 C. 1 D. 2 2、一级连串反应A S K 1 K 2 P 在间歇式反应器中，则目的产物P 的最大浓度=m ax ,P C ___A____。 A. 1 22 )(210K K K A K K C - B. 2 2/1120 ]1)/[(+K K C A C. 122 )(120K K K A K K C - D. 2 2/1210]1)/[(+K K C A 3、串联反应A → P （目的）→R + S ，目的产物P 与副产物S 的选择性 P S =__C_。 A. A A P P n n n n --00 B. 0 A P P n n n - C. 0 0S S P P n n n n -- D. 0 0R R P P n n n n -- 4、全混流反应器的容积效率η=1.0时，该反应的反应级数n___B__。 A. ＜0 B. =0 C. ≥0 D. ＞0 5 、对于单一反应组分的平行反应A P(主) S(副)，其瞬间收率P ?随A C 增大而单调下降，则最适合的反应器为 ____B__。 A. 平推流反应器 B. 全混流反应器 C. 多釜串联全混流反应器 D. 全混流串接平推流反应器 6、对于反应级数n ＞0的不可逆等温反应，为降低反应器容积，应选用____A___。 A. 平推流反应器 B. 全混流反应器 C. 循环操作的平推流反应器 D. 全混流串接平推流反应器 7 、一级不可逆液相反应 A 2R ，3 0/30.2m kmol C A =， 出口转化率 7.0=A x ，每批操作时间 h t t 06.20=+，装置的生产能力为50000 kg 产物R/天，R M =60，则反应器的体积V 为_C_3 m 。 A. 19.6 B. 20.2 C. 22.2 D. 23.4 8、在间歇反应器中进行等温一级反应A → B ， s l mol C r A A ?=-/01.0，当l mol C A /10=时，求反应至 l mol C A /01.0=所需时间t=____B___秒。 A. 400 B. 460 C. 500 D. 560 9、一级连串反应A → P → S 在全混流釜式反应器中进行，使目的产物P 浓度最大时的最优空时 = opt τ_____D__。 A. 1 212) /ln(K K K K - B. 1 221)/ln(K K K K - C. 2 112)/ln(K K K K D. 2 11K K 10、分批式操作的完全混合反应器非生产性时间0t 不包括下列哪一项____B___。 、绪论 1. 研究对象是工业反应过程或工业反应器 研究目的是实现工业反应过程的优化 2. 决策变量：反应器结构、操作方式、工艺条件 3. 优化指标一一技术指标：反应速率、选择性、能耗 掌握转化率、收率与选择性的概念 4. 工程思维方法 1. 反应类型：简单反应、自催化、可逆、平行、串联反应 基本特征、分析判断 2. 化学反应速率的工程表示 3. 工业反应动力学规律可表示为： r i f c （G ） f T （T ） a ）浓度效应——n 工程意义是：反应速率对浓度变化的敏感程 度。 b ）温度效应——E 工程意义是：反应速率对温度变化的敏感程 度。 E ---- cal/mol , j/mol T ----- K R = 1.987cal/mol.K = 8.314 j/mol.K 化学反应动力学 反应速率= 反应量 （反应时间）（反应 已知两个温度下的反应速率常数 k , 可以按下式计算活化能 工程问题 动力学问题 三、PFR与CSTR基本方程 1.理想间歇：t V R V o c Af dC A CA0( J ) x Af dx A XA0( J ) 2.理想PFR V R V o C Af dc A C A0 ( J) C A0 x Af dx A x A 0(「A) 3. CSTR 4. 图解法 V R C A0 C A C A0X A T /C A0 0 X Af X A 四、简单反应的计算 n=1,0,2级反应特征C A C A0(1 X A)浓度、转化率、反应时间关系式 基本关系式PFR（间歇）CSTR V R C Af dC A V R C A0 C A p V。C A0 (：)m v (「A) PFF H CSTR CSTR>PFR C A0X A k p C A0 X A k p n=0 n=1 n=2 C A0 kC A . 11 k p 丁 C A C A0 k p 1吒C A0 《化学反应工程》试题库 一、填空题 1. 质量传递、热量传递、动量传递和和化学反应称为三传一 反? 2. 物料衡算和能量衡算的一般表达式为输入-输出二累 积_____________ 。 3. 着眼组分A 转化率X A的定义式为 X A=( n A—n A)/ _____________ 。 4. 总反应级数不可能大于￡—。 5. 反应速率-r A=kC A C B的单位为kmol/(m3? h).速率常数k的因次为 nV(kmol ? h ) 。 6. 反应速率-r A=kC A的单位为kmol/kg ? h.速率常数k的因次为mVkg ? h 。 7. 反应速率.kc A/2的单位为mol/L ? s.速率常数k的因次为 (mol) 1/2? L-1/2? s 。 8. 反应速率常数k与温度T的关系为lnk 10000 102.其活化能为 T mol 。 9. 某反应在500K时的反应速率常数k是400K时的103倍.则600K 时的反应速率常数k时是400K时的10 5倍。 10. 某反应在450C时的反应速率是400C时的10倍.则该反应的活化 能为（设浓度不变）mol 。 11. 非等分子反应2SO+Q==2SQ的膨胀因子sq等于________ 。 12. 非等分子反应N2+3H2==2NH的膨胀因子H2等于-2/3 。 13. 反应N b+3H2==2NH中（& ）= 1/3 （仏）二1/2 扁3 14. 在平推流反应器中进行等温一级不可逆反应.反应物初浓度为G°. 转化率为X A.当反应器体积增大到n倍时.反应物A的出口浓度为 C A0（1-X A）n . 转化率为1-（1- X A”。 15. 在全混流反应器中进行等温一级不可逆反应.反应物初浓度为C A0. 转化率为X A.当反应器体积增大到n倍时.反应物A的出口浓度为 匚些.转化率为nxA—。 1 （n 1）X A 1 （n 1）X A 16. 反应活化能E越大.反应速率对温度越敏感。 17. 对于特定的活化能.温度越低温度对反应速率的影响越大。 18. 某平行反应主副产物分别为P和S选择性S的定义为（n P-g）/ (n s- n s0) 1.化学反应工程是一门研究______________的科学。 2.化学反应速率式为β α B A C A C C K r =-，如用浓度表示的速率常数为C K ，用压力表示的速率常数 P K ，则C K =_______P K 。 3. 平行反应 A P(主) S(副)均为一级不可逆反应，若主E ＞副E ，选择性S p 与_______无关，仅是_______的函数。 4.对于反应级数n ＞0的反应，为降低反应器容积，应选用_______反应器为宜。 5.对于恒容的平推流管式反应器_______、_______、_______一致。 6.若流体是分子尺度作为独立运动单元来进行混合，这种流体称为_______。 7.流体的混合程度常用_______、_______来描述。 8.催化剂在使用过程中，可能因晶体结构变化、融合等导致表面积减少造成的_______失活，也可能由于化学物质造成的中毒或物料发生分解而造成的_______失活。 9.对于多孔性的催化剂，分子扩散很复杂，当微孔孔径在约_______时，分子与孔壁的碰撞为扩散阻力的主要因素。 10.绝热床反应器由于没有径向床壁传热，一般可以当作平推流处理，只考虑流体流动方向上有温度和浓度的变化，因此一般可用_______模型来计算。 11.对于可逆的放热反应，存在着使反应速率最大的最优温度opt T 和平衡温度eq T ，二者的关系为______________。 12.描述流化床的气泡两相模型，以0U 的气速进入床层的气体中，一部分在乳相中以起始流化 速度mf U 通过，而其余部分_______则全部以气泡的形式通过。 13.描述流化床的数学模型，对于气、乳两相的流动模式一般认为_______相为平推流，而对_______相则有种种不同的流型。 14.多相反应过程是指同时存在_______相态的反应系统所进行的反应过程。 II.1.一级连串反应A → P → S 在全混流釜式反应器中进行，使目的产物P 浓度最大时的最优 空时 = opt τ_______。 A. 1212)/ln(K K K K - B. 1221) /ln(K K K K - C. 2 112)/ln(K K K K D. 211K K 2.全混流反应器的容积效率η小于1.0时，且随着A χ的增大而减小，此时该反应的反应级数n_______。 A. ＜0 B. =0 C. ≥0 D. ＞0 3.当反应级数n_______时，微观流体具有比宏观流体高的出口转化率。 A. =0 B. =1 C. ＞1 D. ＜1 4.轴向分散模型的物料衡算方程的初始条件和边界条件与_______无关。 A. 示踪剂的种类 B. 示踪剂的输入方式 C. 管内的流动状态 D. 检测位置 5.对于气-液相反应几乎全部在液相中进行的极慢反应，为提高反应速率，应选用_______装置。A. 填料塔 B. 喷洒塔 C. 鼓泡塔 D. 搅拌釜 6.催化剂在使用过程中会逐渐失活，其失活速率式为d m i d C k dt d ψψ =- ，当平行失活对反应物有强内扩散阻力时，d 为_______。 解：01A A A x c kt x = - 把数据代入得100.2m in A c k -= 当x A =0.75时解得t=15min 所以，增加的时间为15-5=10min 3-2 解：() ()11 0111n n A A x n c kt ---=+- （式A ） 把x A =0.75和t=10min 代入解得1 0.1n A c k -= 再把t=30min 代入（式A ）解得x A =1.25 所以，转化率应为1 3-3 解：设反应动力学方程为：n A A dc kc dt -= 则()()11 0111n n A A x n c kt ---=+-，且c A0=1 因此有 ()()() ()1110.811810.91118 n n n k n k ---=+--=+- 解得：n=2;k=0.5L/mo l ·min -1 3-4 1）计算进料中酸、醇和水的摩尔浓度c A0、c B0、c S0（注意进料中水的浓度c S0不为0）。 2）列出当酸的转化率为x A 时，各组分浓度的表示式： ()0000001A A A B B A A R A A S S A A c c x c c c x c c x c c c x =-=-==+ 3)将上列各式及各组分初浓度代入反应速率式，整理得 ()6 2 7.9310 10.220.1 2.58A A A dx x x dt -=-?-+ 4）计算转化率达35%所需的时间为 () 0.356 20 7.9310 10.220.1 2.58A A A dx t x x -= ?-+? 上述积分可查积分表用公式计算，也可用MA TLAB 语言的quad 解算子计算，结果为 71532t s h =≈ 5）计算所需反应器体积。先计算每天的反应批数，再计算每m 3反应体积每天的生产量，然后再计算达到要求产量所需反应器体积。答案为 V R =51.9m 3 《化学反应工程原理》复习思考题 第一章绪论 1、了解化学反应工程的研究内容和研究方法。 2、几个常用指标的定义及计算：转化率、选择性、收率。 第二章化学反应动力学 1、化学反应速率的工程表示，气固相催化反应及气液相非均相反应反应区的取法。 2、反应速率常数的单位及其换算。 3、复杂反应的反应速率表达式（可逆、平行、连串、自催化）。 4、气固相催化反应的步骤及基本特征。 5、物理吸附与化学吸附的特点。 6、理想吸附等温方程的导出及应用（单组分吸附、解离吸附、混合吸附）。 7、气固相催化反应动力学方程的推导步骤。 8、不同控制步骤的理想吸附模型的动力学方程的推导。 9、由已知的动力学方程推测反应机理。 第三章理想间歇反应器与典型化学反应的基本特征 1、反应器设计的基本方程式。 2、理想间歇反应器的特点。 3、理想间歇反应器等温、等容一级、二级反应反应时间的计算及反应器体积的计算。 4、自催化反应的特点及最佳工艺条件的确定及最佳反应器形式的选择。 5、理想间歇反应器最优反应时间的计算. 7、可逆反应的反应速率，分析其浓度效应及温度效应。 8、平行反应选择率的浓度效应及温度效应分析。 9、平行反应反应器形式和操作方式的选择。 10、串连反应反应物及产物的浓度分布，t opt C p.max的计算。 11、串连反应的温度效应及浓度效应分析。 第四章理想管式反应器 1、理想管式反应器的特点。 2、理想管式反应器内进行一级、二级等容、变容反应的计算。 3、空时、空速、停留时间的概念及计算。 4、膨胀率、膨胀因子的定义，变分子数反应过程反应器的计算。 第五章理想连续流动釜式反应器 1、全混流反应器的特点。 2、全混流反应器的基础方程及应用。 3、全混釜中进行零级、一级、二级等温、等容反应时的解析法计算。 4、全混釜的图解计算原理及图解示意。 5、全混流反应器中的浓度分布与返混，返混对反应的影响。 6、返混产生的原因及限制返混的措施。 7、多釜串联反应器进行一级、二级不可逆反应的解析法计算。 8、多釜串联反应器的图解法计算原理。 第七章化学反应过程的优化 1、简单反应过程平推流反应器与全混流反应器的比较及反应器形式的选择。 2、多釜串连反应器串连段数的选择分析。 3、自催化反应反应器的选型分析。 4、可逆放热反应速率随温度的变化规律，平衡温度和最优温度的概念。 5、平行反应选择率的温度效应及浓度效应分析，反应器的选型，操作方式的确定。 6、串连反应影响选择率和收率的因素分析，反应器的选型及操作方式的确定。 7、平推流与全混釜的组合方式及其计算。 第八章气固相催化反应过程的传递现象 1、气固相催化反应的全过程及特点。 2、等温条件下催化剂颗粒的外部效率因子的定义。 3、外扩散、内扩散对平行反应、连串反应选择性的影响分析。 4、气体流速对外扩散的影响分析。 5、等温条件下催化剂颗粒的内部效率因子的定义。 化学反应工程复习总结https://www.doczj.com/doc/a113977329.html,work Information Technology Company.2020YEAR 一、 绪论 1． 研究对象是工业反应过程或工业反应器 研究目的是实现工业反应过程的优化 2． 决策变量：反应器结构、操作方式、工艺条件 3． 优化指标——技术指标：反应速率、选择性、能耗 掌握转化率、收率与选择性的概念 4． 工程思维方法 二、化学反应动力学 1. 反应类型：简单反应、自催化、可逆、平行、串联反应 基本特征、分析判断 2. 化学反应速率的工程表示 ) )((反应区反应时间反应量 反应速率＝ 3. 工业反应动力学规律可表示为： )()(T f C f r T i C i ?= a) 浓度效应——n 工程意义是：反应速率对浓度变化的敏感程度。 b) 温度效应——E 工程意义是：反应速率对温度变化的敏感程度。 已知两个温度下的反应速率常数k ，可以按下式计算活化能E ： E ——cal/mol ，j/mol T ——K R = 1.987cal/mol.K = 8.314 j/mol.K 三、PFR 与CSTR 基本方程 1. 理想间歇：??-=--==Af A Af A x x A A A c c A A R r dx c r dc v V t 00) ()(00 反应结果r ， 工程问题 2. 理想PFR ： ??-=--==Af A Af A x x A A A c c A A R p r dx c r dc v V 00) ()(00τ 3. CSTR ： ) ()(00A A A A A A R p r x c r c c v V -= --== τ 4. 图解法 四、简单反应的计算 n=1,0,2级反应特征 0(1)A A A c c x =- 浓度、转化率、反应时间关系式 PFR →CSTR ，CSTR ←PFR 基本关系式 PFR （间歇） CSTR 00 ()Af A c R A p c A V dc v r τ ==--? 0() A A R m A c c V v r τ-= =- n=0 0A A p c x k τ= 0A A p c x k τ= n=1 1 ln 1p A k x τ=- 0A A m A c c kc τ-= x x τ/c A0 τ 第一章 1. 化学反应工程是一门研究 (化学反应个工程问题)的科学。 2. 所谓数学模型是指 (用数学方法表达各变量间的关系)。 3. 化学反应器的数学模型包括 （动力学方程式、 物料横算式子、 热量衡算式、 动量衡算式 和 参数计算式） 4. 所谓控制体积是指 （能把反应速率视作定值的最大空间范围）。 5. 模型参数随空间而变化的数学模型称为 （ 分布参数模型）。 6. 模型参数随时间而变化的数学模型称为 （非定态模型）。 7. 建立物料、热量和动量衡算方程的一般式为 (累积量=输入量-输出量)。 第二章 1. 均相反应是指 (在均一的液相或气相中进行的反应)。 2. 对于反应aA + bB → pP + sS ，则r P =( p/a )r A 。 3.着眼反应物A 的转化率的定义式为(转化率Xa=转化了的物料A 的量/反应开始的物料A 的量)。 4. 产物P 的收率ΦP 与得率ХP 和转化率x A 间的关系为( Xp/Xa )。 5. 化学反应速率式为r A =k C C A αC B β，用浓度表示的速率常数为k C ，假定符合理想气体状态方 程，如用压力表示的速率常数k P ，则k C =[ (RT)的a+B 次方]k P 。 6.对反应aA + bB → pP + sS 的膨胀因子的定义式为 （P+S ）-(A+B))/A 。 7.膨胀率的物理意义为 (反应物A 全部转化后系统的体积变化率)。 8. 活化能的大小直接反映了 (反应速率) 对温度变化的敏感程度。 9. 反应级数的大小直接反映了(反应速率) 对浓度变化的敏感程度。 10.对复合反应，生成主产物的反应称为 (主反应)，其它的均为(副反应)。 11. 平行反应A → P 、A → S 均为一级不可逆反应，若E 1＞E 2，选择性S p 与 (A 的浓度) 无关，仅是 (A 的浓度) 的函数。 12. 如果平行反应A → P 、A → S 均为一级不可逆反应，若E 1＞E 2，提高选择性S P 应(提到 温度)。 13. 一级连串反应A → P → S 在平推流反应器中，为提高目的产物P 的收率，应(降 低)k 2/k 1。 14. 产物P 的收率的定义式为 (生成的全部P 的物质的量/反应掉的全部A 的物质的量) 15. 产物P 的瞬时收率φP 的定义式为(生成的物质的量/反应的A 的物质的量) 16. 产物P 的选择性S P 的定义式为(单位时间内产物P 的物质的量/单位时间内生成产物S 的物质的量) 17. 由A 和B 进行均相二级不可逆反应αA A+αB B = αS S ，速率方程为： r A =－dC A /dt=kC A C b 。 求： （1）当C A0/C B0=αA /αB 时的积分式 （2）当C A0/C B0=λ≠αA /αB 时的积分式 18. 反应A → B 为n 级不可逆反应。已知在300K 时要使A 的转化率达到20%需12.6min ，而在340K 时达到同样的转化率仅需3.20min ，求该反应的活化能E 。 第三章 1. 理想反应器是指(理想混合反应器 平推流反应器)。 2. 全混流反应器的空时τ是 (反应器容积) 与(进料的体积流量)之比。 3. 全混流反应器的放热速率Q G ={ 00()A A Hr Ft y x ? }。 4. 全混流反应器的移热速率Q r ={ 012()pm Ft C T T - } 5. 全混流反应器的定常态操作点的判据为{ G r Q Q = }。 6. 全混流反应器处于热稳定的定常态操作点的判据为{ G r Q Q = G r dQ dQ dT dT > }。化学反应工程试题集及复习题
《化学反应工程》期末考试试题及答案..
化学反应工程基础知识总结(笔记)(可编辑修改word版)
化学反应工程 第三章
化学反应工程期末考试试题及答案(整理)
化学反应工程第三章答案
化学反应工程期末考试试题及答案
化学反应工程复习题 (1)
化学反应工程第三章答案
化学反应工程期末考试真题
化学反应工程总结
《化学反应工程》试题和答案基础部分
化学反应工程期末试卷试题(附答案)
化学反应工程原理第二版(华东理工大学版)第三章答案
化学反应工程复习题
化学反应工程复习总结
化学反应工程基本概念
相关主题
文本预览