第一二章 化学反应工程基础
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化学反响工程根底知识总结〔笔记〕1、化学反响工程是一门研究涉及化学反响的工程问题的学科。
如何将其在工业规模上实现是化学反响工程的主要任务。
2、理想置换反响器的特点:①由于流体沿同一方向,以相同速度向前推进,在反响器内没有物料的返混,所有物料通过反响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,反响器内状态只随轴向位置改变,不随时间改变。
3、全混流反响器的特性①物料在反响器内充分返混②反响器内各物料参数均一③反响器的出口组成与器内物料组成相同④反响过程中连续进料与出料,是一定常态过程。
4、返混的定义:物料在反响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、非均相催化反响过程步骤①反响组分从流体主体向固体催化剂外外表传递②反响组分从外外表向催化剂内外表传递③反响组分在催化剂外表的活性中心上吸附④在催化剂外表上进行化学反响⑤反响产物在催化剂外表上解吸⑥反响产物从催化剂内外表向外外表传递⑦反响产物从催化剂的外外表向流体主体传递6、兰格缪尓〔Langmuir〕吸附模型条件①催化剂外表上活性中心分布是均匀的②吸附活化能和脱附活化能与外表吸附的程度无关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,脱附活化能那么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。
除扩散路径极不规那么外,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,分子与孔壁的碰撞时机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。
第一章气-固相催化反应本征动力学概论化工生产中大多数反应是过程,气-固相催化反应是重要反应之一。
本章讨论:1,2,连续过程中化学反应速率的有关问题;气-固相催化反应的化学动力学,即本征动力学。
第一节化学计量学1-1化学计量式化学计量学是研究化学反应系统中反应物和产物组成相互关系变化的数学表达式。
化学计量式是化学计量的基础。
化学计量式表示参加反应的各组分的娄量关系,等式左边的组分为反应物,等式右边的组分为产物,化学计量式的通式为:或或一般将反应物的化学计量取负值,产物的化学计量取正值。
如果反应系统中有m 个反应,则第j个反应的化学计量式的通式为或也可用矩阵表示为......1-2 反应程度、转化率及化学膨胀因子一.反应程度对于间歇反应中的单反应进行物料衡算按化学计量关系有R上式中的ξ称为化学反应程度。
注意上述表达式中各项的正负号。
(1-7)式也可表达为:为i组分已反应的量,所以,知道反应程度即可计算出所有反应物及产物已经反应(或生成)的量。
二、转化率反应物A的反应量与其初如量之比称为A的转化率:nA0nA0nA0工业反应过程中的原料中各组分之间往往不符合化学计量关系,通常选择不过量的反应物计算转化率,这样的组分称为关键组分。
三、化学膨胀因子在恒温恒压的连续系统中发生反应对于液相反应,反应前后物料的体积流量变化不大,一般作为恒容过程。
对于气相反应,反应前后物料的体积流量变化较大。
定义每转化1mol的A时反应混合物增加或减少的量为化学膨胀因子,即:则有:由此,组分A的瞬时浓度可表示为:对于连续,则式中,大写字母表示摩尔流量,小写字母表示物质的量。
例1-1 计算下列反应的化学膨胀因子1. A+B→P+S2. A→P+S3. A+3B→2P解:1. δA=[(1+1)-(1+1)] / 1=02. δA=[(1+1)-1)] / 1=13. δA=[2-(1+3)] / 1=-21-4 多重反应的收率及选择率1,单一反应和多重反应单(一)反应:一组物定的反应物反应生成一组特定的产物。
化学反应工程第四版教学设计写在前面化学反应工程是化学工程领域的一门基础课程,主要涉及到化学反应的基本原理、动力学、热力学、平衡等方面的知识,并通过实例和案例介绍化工生产中的反应器设计、反应机理研究以及相关工业过程的优化设计等内容,是化工专业大学生必须要掌握的一种课程。
针对该课程,我们进行了第四版的教学设计,在教学方法、实践环节等方面进行了更加科学、可操作性更强的设计和优化,以期能够帮助学生更好地掌握和应用化学反应工程知识。
教学大纲第一章化学反应基本原理•化学反应动力学学习•化学反应的热力学基础•化学平衡原理的基本概念和应用第二章反应器设计•单相反应器的设计•多相反应器的设计•反应机理的研究方法第三章工业反应工程实例•生产乙酸工艺流程介绍•生产苯乙烯工艺流程介绍•硝化甘油工艺流程介绍教学方法理论教学理论教学主要采用模块化授课法和案例教学法相结合的方式进行。
教师按照章节内容安排课程内容,可将部分理论知识应用到实际工业生产过程中进行案例分析。
如生产乙酸中所使用的醋酸加氧脱氢反应、硝化甘油的氧化反应等。
实验教学实验教学主要采用小组合作的方式进行。
以单相反应器的设计实验为例,学生将被分成四人小组,在实验室同一时间完成反应器的设计与搭建实验,通过实验的方式让学生更好地掌握反应器设计的基本原理和操作技巧。
课外实践针对本课程,我们还将开展相关课外实践活动,包括拜访企业、参加工业实践项目等方式,通过实践方式让学生在实际生产环境中体验学习到的知识。
例如参观乙酸生产厂家进行实地考察、参与部分工业过程实践项目等。
评价方式评价方式采用多维度评价方式进行,分为理论考试、实验报告评价、实验操作表现评价等多个方面进行考核,以期全面评价学生的学习情况。
结语化学反应工程第四版的教学设计旨在通过科学、实用的教学方法以及相关的课外实践,让学生更好地掌握化学反应工程的知识和技能,并更好地应用到相关的工业生产环境中,为相关领域的发展做出贡献。