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1、总复习,试卷及试题结构,填空题 10题,20分 判断题10题,20分 简答题4题,20分 计算说明题4题,40分分值比例: 绪论 24分 第2章 15分25分 第3章 10分20分 第4章 2030分 第5章 3040分 第6、7章 410分,第1章 绪论,1. 三传一反: 质量传递、热量传递、动量传递,按反应物系的相类特征分类:均相 ;非均相(催化非催化),按操作方式分类(特点及举例)间歇操作 连续操作半连续操作,工程中的放大问题(三传发生了改变),守恒总方程式: 累积量=输入量-输出量,第2章 均相反应动力学基础,均相反应:,反应级数的概念:,反应级数不能独立的表示反应速率的大小,只是表明
2、反应速率对各组分的浓度的敏感程度,反应级数越大,反应速率对浓度的敏感程度就越大。,速率常数 k,与反应速率的表示方式、速率方程的形式、反应物系组成的表示方法有关。,因次:,E活化能, 物理意义:把反应分子激发到可进行反应的活化状态时所需要的能量,若在间歇反应器内进行恒容反应,对于零级、1级、2级反应的动力学方程熟练运用; 包括可逆反应、平行反应、串联反应等类型;,熟悉以压力P和转化率x表示的速率方程表达式;,自催化反应,设反应对各反应组分均为一级反应,则速率方程为:,由计量关系可得:,均相催化反应,若忽略非催化反应部分的速率,可表示为:,对于间歇反应器内进行的恒容反应,其速率方程为:,积分,复
3、合反应,收率p:,得率XP :,第3章 均相反应器,(无返混),(返混程度最大),理想反应器,理想混合反应器,(完全混合),平推流反应器,(无返混),间歇式完全混合,连续式完全混合,返 混:不同停留时间的粒子间的混合 平推流:反应物料以相同的流速和一致的方向进行移动,所有的物料在器内具有相同的停留时间。,积分得:,间歇完全混合反应器的设计方程,全混流反应器,1 、物料衡算,输入 =,输出 =,积累 = 0,A的反应量 =, 全混流反应器的设计方程,定义空时,代表反应器处理物料的能力,变小,处理能力变大,对于均相反应:,(体积空速),对于非均相反应,常以催化剂质量多少表示反应器的体积,空速:单位
4、反应体积,单位时间内所处理的物料量,反应器的有效容积与器内物料的体积流速 之比。,3)平均停留时间与空时,非恒容过程,两者不同。,平均停留时间:,4 间歇反应器和全混流反应器的比较,即:,平推流反应器的设计方程,对于恒容过程有:,代入设计方程:,多釜串联组合的全混流反应器,1.流程,2.多釜串联反应器的总容积,1)解析法,以一级不可逆反应为例,对于恒容系统,任意第i个反应 器有:,即:,反应器型式与操作方法的评选,1)反应器的选型,单釜全混流多釜串联全混流间歇全混流平推流反应器,此时所需的反应容积:,(对于n0的不可逆等温反应均有此特征),平推流、全混流、多釜串联的选择(单一反应还是串联反应、
5、平行反应),平推流反应器,全混流反应器,多釜串联全混流,(对于n平推流反应器多釜串联全混流单釜全混流,此时所需的反应容积:,(自催化反应和绝热操作的放热反应具有这种特征),当xAfxAM时,与()同,全混流反应器最佳,平推流所需的容积最大 当xA0xAM时,与()同,平推流反应器最佳, 单釜全混流反应器所需容积最大 当xA0xAM而 xAfxAM时,全混流串接平推流最优循环操作的平推流反应器次之,平推流、全混流反应器最差。,例1:自催化反应A+R2R其速率方程为:-rA=kCACR (1)在等温条件下进行反应,已知CA0和CR0,要求最终转化率为xAf。为使反应器体积最小。试问:最合适的理想反
6、应器组合方式;(2)此最小反应器总体积表达式;(3)在FA0/(-rA)xA图上表示各反应器的体积。,例2:一级等温反应A=P,活化能为83140J/mol,在平推流反应器中进行反应,反应温度为420K,反应器体积为Vp,如改为全混流反应器,其体积为Vm,为达到相同的转化率xA=0.6,(1)若反应操作温度相同,则Vm/Vp之值应为多少?(2)若Vm/Vp=1,则全混流反应器的操作温度应为多少?,:停留时间分布密度函数,或寿命分布密度函数。,时:,停留时间分布函数:停留时间小于t的流体粒子所占的分数,可改写成:,第4章 非理想流动,)平均停留时间,)停留时间分布函数的特征值,)方差,表示停留时
7、间分布的分散程度的量,在数学上是指对于平均停留时间的二次矩。,令:无因次时间:,脉冲示踪和阶跃示踪,第二节 理想流动及层流的停留时间分布,1 平推流,数字特征为:,表明所有的流体粒子在反应器内的停留时间相同。,方差越小,说明分布越集中,分布曲线就越窄,停留时间分布方差等于零这一特征说明系统内不存在返混。,对恒容:,全混流:,数字特征:,3)平推流与全混流串并联模型,)按串联方式组合(串联模型),设反应器内全混流的体积为,平推流体积为,)并联模型,停留时间分布为:,其中:,4) 带有短路的全混流模型,停留时间分布为:,其中,带有短路的平推流可看作是两个平推流并联,且其中一个平均停留时间为0。,4
8、) 有短路的平推流全混流串联,停留时间分布为:,第5章 重点内容,催化剂催化剂的物理特性催化剂常用制备方法 要求催化剂具备一定的活性好、选择性高、寿命长。,气-固催化反应的步骤,固体催化剂由三部分组成:主催化剂、助催化剂和载体,1)兰格缪尔模型Langmuir型,该模型假设的前提条件,气-固催化反应动力学方程,反应:,A的吸附:,B的吸附:,表面反应:,R的脱附:,S的脱附:,反应速率的实验测定方法 ?,实验用反应器?,催化剂颗粒中的扩散,1、孔扩散,1)催化剂中气体扩散的形式,扩散,分子扩散,努森扩散,构型扩散,表面扩散,/2ra10-2,分子间的碰撞,/2ra 10-2,分子与孔壁的碰撞,
9、孔半径(0.5-1.0nm)的微孔,内表面上分子向表面浓度降低的方向移动,10100nm,非催化气-固相反应动力学,粒径不变的缩核模型:,粒径减小的缩核模型:,A通过气膜扩散到固体表面;A经过灰层到未反应核表面;A与固体间反应;气态产物扩散通过灰层扩散;产物进入气流主体;,气膜扩散控制:,固体表面上气体反应组分的浓度可当作零,反应期间CAg是恒定的。,如果固体B的密度为m,颗粒体积为VP,则质量为m VP,将上面两式联立得:利用边界条件:t=0,rc=R,积分得,若xB=1,完全反应,用时间为,气膜控制时,反应时间t与完全反应时间之比等于转化率,提高传质系数kG是外扩散控制时强化总体效率的主要措施。,第6章 固定床反应器,固定床反应器的优缺点?传热和控温如何解决?列管式反应器的优缺点、传热介质、管径要求,第7章 流化床反应器,流化床反应器的优缺点?,