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1、 .wd.化学反响工程课程教案课次6课时2课 型请打理论课 讨论课 实验课 习题课 其他授课题目教学章、节或主题：第2章 复合反响与反响器选型2.2 自催化反响特性与反响器选型2.3可逆反响特性与反响器选型教学目的、要求分掌握、熟悉、了解三个层次：1. 熟悉自催化反响和可逆反响的特点；2. 了解自催化和可逆反响反响器的选择；3. 了解自催化和可逆反响反响器类型；教学重点及难点：重点：自催化反响和可逆反响的特点。难点：自催化反响和可逆反响反响器的选择。教 学 基 本 内 容方法及手段第2章 复合反响与反响器选型2.2 自催化反响特性与反响器选型自催化反响是复合反响中的一类。其主要特点是反响产物能
2、对该反响过程起催化作用，加速该反响过程的进展。n 特点：反响产物中含有对此反响有催化作用的组分。 因此，常在反响开场时参加少量有催化作用的产物。n A组分的消耗速率为：n 在整个反响过程中，A组分被反响掉了，但是生成了等量的P组分，则A与P的总摩尔数是恒定的，即： 最大反响速率对应的反响物浓度极值原理：n 在反响初期，尽管反响物的浓度较高，但是由于产物的浓度很低，所有总反响速率不大；n 随着反响的进展，产物浓度增加，反响物浓度虽然降低，但是其值仍然较大，因此，反响速率将是增加的。n 当反响进展到某一时刻时，反响物浓度的降低对反响速率的影响超过了产物浓度增加对反响速率的影响，反响速率开场下降。n
3、 1、PFR/CSTR但应注意，自催化反响要求进料中必须保证一些产物，否则PFR是不适宜的，此时应采用循环反响器。n 2、循环反响器n 通过调节循环比，可以改变反响器流动性能，对于一定的反响，可以使得反响器体积最小，这时的循环比称为最正确循环比。 它表示最正确循环比应使反响器进口物料的反响速率的倒数等于反响器内反响速率倒数的平均值。 3、反响器组合为了使反响器组的总体积最小，在这组反响器中，反响大局部控制在最高速率点或接近最高速率点进展。 可以使用一个CSTR，它可以不必经过较低反响速率的中间组成，直接控制在最高速率组成下操作。为了实现高转化率，再使用一个PFR。仅考虑反响器体积最小的话，最优
4、组合是CSTR串联别离装置，即在最高速率下操作的CSTR的流出物流，经过一个别离器后，将产物别离，反响物又返回反响器继续反响。2.3可逆反响特性与反响器选型n 工业条件下，正、逆反响均以显著速率进展的反响，例如合成氨反响：n 设可逆反响：n 1分解：n 反响1正反响： n 反响2逆反响：n 2求和：n 总反响速率应为正逆反响速率之差： n 总反响速率应为正逆反响速率之差： n 其中任意组分的生成速率为：n A组分的生成速率：n 平衡时： n 平衡温度与转化率关系：n 可逆反响过程的特点：n 1、关键组分转化率对反响速率的影响：n 当温度恒定时：n 随关键组分转化率 的增加，n 正反响速率 将随
5、之下降；n 而逆反响速率 将随之上升；n 总反响速率 将随之下降，用数学表达为：n 2、温度对反响速率的影响 n 1不可逆反响n 对于单一反响过程：n 当温度升高时，k会增大A、温度尽可能高，以提高反响速率；B、有限制条件：材质要求，热能供给，催化剂活性温度和耐热温度，副反响。n 2可逆反响：n 根据Arrhenius方程，有：n A、可逆吸热反响：n 对于可逆吸热反响而言，随温度的升高，总的反响速率提高。n 因此，对于可逆吸热反响，也应尽可能在较高温度下进展，这样既有利于提高平衡转化率，又可提高反响速率。但同时，也应考虑一些因素的限制。n 例如：天然气的蒸汽转化反响 ，是可逆吸热反响，提高温
6、度有利于提高反响速率并提高甲烷的平衡转化率，但考虑到设备材质等条件限制，一般转化炉内温度小于800-850。等速曲线：曲线上所有点的反响速率相等 ；平衡曲线 ： 的曲线 ；平衡转化率.位于平衡曲线下方的其他曲线为非零的等速曲线，其反响速率大小依次是则：假设反响温度一定，则反响速率随转化率增加而下降；假设转化率一定，则反响速率随温度升高而增加。 n B、可逆放热反响： 当温度较低时，反响净速率随温度升高而加快，到达某一极值后，随着温度的继续升高，净反响速率反而下降。这是因为当温度较低的时候，过程远离平衡，动力学影响是主要矛盾，其斜率 ；但在高温的时候，平衡常 数下降，对反响速率的影响明显起来，随
7、着温度的继续升高，平衡影响成为主要矛盾，其斜率 。曲线的极大点，斜率为0，即： 。反响器选型1、关键组分转化率对反响速率的影响：当温度恒定时：随关键组分转化率 的增加，正反响速率 将随之下降；而逆反响速率 将随之上升；总反响速率 将随之下降，用数学表达为：随着反响的进展，反响速率是下降的，应尽量使反响器中反响物浓度较高，同时，为了使反响器体积最小，应选用PFR。n 2、温度对反响速率的影响n 1可逆吸热反响：对于可逆吸热反响而言，随温度的升高，总的反响速率提高。因此，对于可逆吸热反响，应尽可能在较高温度下进展，这样既有利于提高平衡转化率，又可提高反响速率。但同时，也应考虑一些因素的限制。2可逆放热反响：如果反响过程沿着或接近最正确温度曲线进展时，所需要的反响器体积最小，但这在工业上实施是有难度的，通常选择CSTR串联组，使每一釜的温度和浓度都在最正确温度曲线上。讲解作业、讨论题、思考题：名词解释：参考资料含参考书、文献等化学反响工程第二版，郭 锴， 化学工业出版社， 2015年出版；化学反响工程第三版，陈甘棠， 化学工业出版社， 2011年出版；反响工程第三版，李绍芬 主编，化学工业出版社 ，2013年出版。教学反思：
