化学反应工程总结
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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 ：
2112
11
ln ()k E k R T T =- 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
反应器型
工程T
反应结工程问
动力学
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 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 1ln 1p A k x τ=- 0A A m A c c kc τ-= n=2 011p A A k c c τ=- 02
A
A A m c c kc τ-=0 x Af
ττ
五、可逆反应 A P
)()(02121A A A P A A C C k C k C k C k r --=-=-
))((21Ae A C C k k -+=
)()(021A Ae A x x C k k -+=
Ae
Ae Ae Ae
A x x C C C k k K -=-==
1021
温度效应： 浓度效应：
⇒=-0)(A r ]
)
1(ln[10201
2A A
eq x x k k R E E T --= ⇒=-0)(dT r d A ])
x (x k k E E ln[R E E T A A opt --=110201212
PFR 积分式
CSTR ：由基本方程导出
k 1
k 2
A
Ae Ae
Ae A Ae A x x x C C C C t k k -=--=+ln
ln )(0211
2
3
A
x T x A
T
六、平行反应
A
2
11
211n A
n A n A
S P P C k C k C k r r r +=+=β， Af
A C C A
Af
A pf C C dC C C C Af
A --=
-=
⎰
000
ββ0
()A
A C p P
pf A C A A
dC r C dC r dC ββ==-
=--⎰
温度效应：温度升高有利于活化能大的反应 浓度效应：浓度升高有利于级数大的反应
计算： 由基本方程PFR 、CSTR 推出
①反应器选型与组合优化：
各种情况分析。 β~C A 曲线——对应面积=C P
β~X A 曲线——对应面积=C P /C A0
②最优加料方式：p193-194
平行反应
P 111m B n A p C C k r = A+B
S 222m B n A s C C k r =
k 1 k 2
P （主S （副反
A P S
A
A
C
k
r
1
)
(=
-
P
A
P
C
k
C
k
r
2
1
-
=
P
S
C
k
r
2
=
温度效应：温度升高有利于活化能大的反应（同平行反应）
浓度效应：凡是使A
P
C
C/增大的因素对串连反应选择率总是不利的。
①串联反应的计算
PFR CSTR
t k
A
A
e
C
C1
-
=物料衡算
)
e
e(
C
k
k
k
C t k
t k
A
P
2
1
1
2
1-
--
=
－
S
P
A
A
C
C
C
C+
+
=
②串联反应的最优反应时间、转化率与最大收率
PFR CSTR
1
2
1
2
ln
k
k
k
k
opt-
=
τ
2
1
1
k
k
opt
=
τ
opt
k
opt
e
xτ1
1-
-
=
opt
opt
opt k
k
x
τ
τ
1
1
1+
=
1
2
2
)
(
2
1
max
,
max
k
k
k
A
p
k
k
c
c
-
=
=
ϕ
2
2
1
1
2
max
,
max
]1
)
[(
1
+
=
=
k
k
c
c
A
p
ϕ
k1k2
