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化学反应工程1应用化学动力学及反应器设计基础1.1工业反应器的分类操作方法：间歇釜式反应器、平推流反应器（PFR）、连续釜式反应器(cstr)、全混流反应器（MFR）1.2化学计量学化学膨胀因子：=AAA膨胀体积：0(1yx)AAAVV膨胀率：yAAA多重反应的收率及选择率：收率Y生成目的产物所消耗的关键组分的量（mol）进入反应系统关键组分的量（mol）选择率S生成目的产物所消耗的关键组分的量（mol）以转换的关键组分的量（mol）1.3化学反应速率及动力学方程化学反应速率的定义：AAdcrdtV、S、W分别表示反应床层的体积、反应表面积、固体催化剂的质量空速SV:单位体积处理混合物的体积流量质量空速：温度对反应常数的影响：0exp()eEkkRT1.4温度对反应速率的影响及最佳温度1.5反应器设计基础及基本设计方程四大方程：反应动力学方程、物料衡算、能量衡算、动量衡算2气—固相催化反应本征及宏观动力学2.1催化剂及固体催化剂分类：均相催化剂、非均相催化剂催化剂；A参见反应但本身能复原B中间产物，改变反应途径，降低活化能C不能改变化学平衡，同时加速正逆反应D不改变反应热E具有选择性固体催化剂的固体结构：:催化剂孔隙率：催化剂空隙率tpb真密度表观密度堆积密度=1-=1-1-bpt（）（）（）gV比孔容：剂孔道所占体积孔隙率：催化剂颗粒的孔容积与颗粒总体积之比2．2化学动力学吸附模型1均匀吸附等温方程-langjmuir1）催化剂表面是均匀度，每个活性位具有相同的吸附热和吸附活化能2）吸附分子间没有作用3）吸附和脱附可以建立动态平衡净吸附速率：p(1)aAAdAr=kk平衡时：**p1pAAAbb吸附速率方程：**k(pp)1paAAAArb**k(pp)1paAAAiirb推广到多组分：**p1piiibb2均匀表面吸附动力学模型L-H要点：三个串联步骤组成，其中一步组滞作用最大吸附速率表示式：表面化学反应控制：单组份产物脱附控制：2．3气固相催化反应过程1气固相催化反应宏观过程反应外扩、反应内扩、反应吸附、化学反应、产物脱附、产物内扩、产物外扩内扩散有效因子：颗粒实际反应速率按外表面积计算的反应速率包含内外扩散过程的总体速率：催化反应控制阶段的判别：消除外扩散过程影响的措施：增大外扩散传质系数及催化剂外表面积，减小催化剂的颗粒2固体催化剂颗粒内气体的扩散与曲折因子催化剂颗粒内气体的扩散形式：分子扩散、努森扩散2.4内扩散有效因子催化剂颗粒越小，则西勒模数小，相应内扩散有效因子越大。2.5固体催化剂的工程设计催化剂的本征活性越大，反应温度越高，颗粒越大，内扩撒有效因子越低，催化剂中的死区越大，即催化剂的有效活性层越薄，大部分催化剂未得到充分的利用。球形催化剂活性组分分布：中间型，外表型（单一反应），均匀分布，内部型3釜式及均相管式反应器1间歇釜式反应器特征：操作灵活，适应不同条件，不同的产品，适应于小批量，多品种，反应时间较长的产品。缺点是：装料卸料等辅助操作要耗费一定的时间。间歇釜式反应器数学模型：2连续流动均相管式反应器特征：数学模型：3连续流动釜式反应器：特征：数学模型：多级全混釜的串联及优化：全混流反应器的热稳定性：3.4理想流动反应器的体积比较3.5多重反应的选择率4反应器中的混合对反应的影响4.1连续反应反应器中物料混合状态分析4.2停留时间分布一停留时间分布的数字特征1粒子平均停留时间（数学期望）离散型:2方差离散型：3对比时间mtt，()(t)mEtE，222tmt二流型反应器的停留时间分布1平推流2全混流5固定床气-固相催化反应工程5.1固定床气-固相催化反应器的基本类型和数学模型分类：绝热式、连续换热式固定床反应器的优点：1）固定床中催化剂不易磨损2）床层内流体的流动接近于平推流3）停留时间可严格控制，温度分布可适当调节正常：膨胀床，鼓泡床流化床优点：1)催化剂颗粒小，内扩散阻力小2)传热效果好、易控制3)颗粒移出方便缺点：1)颗粒磨损2)返混严重3)放大效应显著5.2固定床流体力学1当量径等体积圆球：等外表面积：等比表面积：颗粒的形状系数：2混合颗粒的平均直径和形状系数颗粒算数平均直径：3固定床的当量直径水力半径：固定床的当量直径为4径向流动反应器优点：流通面积大，流速小，流道短，具有床层压力降小的特点6气-液反应工程6.1气液反应历程1双膜理论：2快反应工业上可选用降膜、填料床反应器3准数M的判据4化学吸收增强因子6．3气液反应动力学特征1反应器的形式及特点：1）填充床反应器：适于快速和瞬间反应过程2）板式反应器：用于快速和中速反应过程3）降膜反应器：用于瞬间和快速的反应过程4）喷雾反应器：用于瞬间快速反应过程5）鼓泡反应器：具有极高的储液量，适于慢反应和放热量大的场合6）搅拌鼓泡反应器：慢速反应，对高粘性的牛顿液体更为实用