1、化工第五章教案第1頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二化學反應動力學基礎*典型反應器*第2頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二第一節概述一、化學反應工程學：1.化學反應工程發展概況： 遠在古代，人們就開始利用化學反應，如陶器的制作、酒與醋的釀造、金屬的冶煉以及煉丹、造紙等等，然而，這些生產過程直到上世紀五十年代還未形成一門獨立的學科，其原因是由于人類還沒有能夠從種類繁多、看起來似乎毫不相干而又變化多端的反應過程中，認清它們的共同規律。 科學技術的發展，特別是二戰后石油化工的發展，對化學反應器的設計產生了迫切要求，而化學動力學研究的進展和化工單元操作方面的

2、理論和實踐經驗的日趨成熟，才使這類問題的系統解決有了可能。第3頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二化學反應工程學的發展萌芽階段： 20 世紀 30 年代，丹克萊爾（ Damhhler ）在當時實驗數據十分貧乏的情況下，較系統地論述了擴散、流體流動和傳熱對反應器產率的影響，為化學反應工程奠定了基礎。 20 世紀 40 年代末 , - 霍根 (Hougen) 和華生 (Waston), 講述了動力學與催化過程。初步形成： 1957 年，歐洲幾個國家從事反應工程這一領域研究工作的學者在荷蘭的阿姆斯特丹召開的一次學術會議上首次使用化學反應工程一詞，這標志著該學科的初步形成。第4頁，

3、共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二化學反應工程學的發展成熟階段： 60 年代石油化工的大發展，生產的日趨大型化和單機化，以及原料加工的不斷發展加速了反應工程學科的發展使其進入黃金時代并日趨成熟。 我國在70年代開展化學反應工程的專題研究，開展化學反應工程的教學。 80 年代以后，隨著高技術的發展和應用，如微電子器件的加工、光導纖維生產、新材料以及生物技術等，向化學反應工程工作者提出了新的研究課題，使化學反應工程形成新的分支，如生化反應工程、聚合反應工程 , 電化學反應工程 等，擴大了化學反映工程的研究領域，從而使化學反應工程的研究進入了一個新的階段。第5頁，共80頁，2022

4、年，5月20日，1點10分，星期二2. 化學反應工程( CRE)研究的對象和內容： 化學動力學 研究反應機理 研究反應速率與外界因素關系 研究傳遞過程對反應速率影響 反應器設計與分析 不同反應器能提供不同的三傳環境宏觀動力學本征動力學第6頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二CRE研究的是工業規模的化學反應過程及其設備的共同規律。工業規模的化學反應，與實驗室研究中的化學反應存在不可忽視的、有時甚至是非常大的差別。主要是因為在大規模生產條件下，除化學反應過程外，系統中的流體的流動狀況，傳熱、傳質等物理因素起了顯著的作用。工業規模的化學反應，必須與傳遞規律結合起來研究，因而才顯得

5、復雜而困難。CRE的研究內容：（1）研究化學反應器的基本理論；（2）反應器的設計、放大、控制；（3）反應器設計、操作的優化。3. CRE的研究方法：化工生產過程中的物理變化的規律，即單元操作，是用因次分析法或經驗歸納法的手段去研究的。但對于化學反應工程，這樣的方法是不行的 。因為在反應器中，既有物理過程，又有化學過程， 相似的物理過程，不一定能導致相似的化學過程。因此，在化學反應工程的研究中，必須采取另外的研究方法，也就是數學模擬法或稱為數學模型法。在化學動力學基礎上結合傳質、傳熱和流體力學的原理來研究反應過程速率理論，即宏觀動力學。應用宏觀動力學的理論來研究工業規模進行的化學反應過程即為化學

6、反應工程。第7頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二數學模擬放大法示意圖明確任務 建立 數學模型 解算 數學模型 檢驗 數學模型實際應用修改模型計算機計算機第8頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二二、化學反應器的分類：1.按反應器的結構型式分類：這種分類的實質是按傳遞特性分類，反映出不同的反應器中最基本的傳遞過程的差別。按反應器的結構特征，常見的工業反應器可分為釜式、管式、塔式。固定床式、流化床式和移動床式。書141頁圖第9頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二2.按操作方法分類：可分為間歇、半間歇、連續式三種。生產特征：反應程度和反應物

7、的性質均隨時間而變化。操作特點：原料一次加入，經過一定時間后，反應產物一次卸出。間歇反應器半間歇反應器生產特征：反應程度和反應物的性質均隨時間而變化。操作特點：一種原料一次加入，另外的反應物以一定的 速度連續地加入，反應后將產物全部卸出。 連續操作反應器操作特點：反應物和產物都是連續穩定地加入和引出。生產特征：反應進行的程度可能隨反應器的位置而變化，但不隨著時間而變。書142圖第10頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二 3.按反應物系的相態分類這種分類的實質是按動力學特性分類。不同聚集狀態的物質，其反應有不同的動力學規律。按物料的聚集狀態，可分為均相反應器和非均相反應器兩大

8、類。 均相反應器中又可以分為氣相反應器、單一液相反應器，非均相反應器分為氣-液相、氣-固相、液-液相、液-固相、氣-液-固相反應器等等。均相反應器中，因為反應過程不受擴散狀況的影響，因此它的結構就比較簡單，一般就采用管式、釜式反應器。非均相反應器中，兩相接觸狀況對反應有極大的影響，因此，反應器設計時就要考慮改善接觸狀態的因素。所以它的結構就要復雜一些。第11頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二4.按溫度條件分類：可分為等溫、不等溫、絕熱反應器等三種。在以上的諸多分類中，我們本章將要學習的是基本反應器，它包括間歇操作反應釜、管式反應器、連續操作反應釜。第12頁，共80頁，20

9、22年，5月20日，1點10分，星期二三、流體在反應器內的流動模型：(1)理想置換流動(活塞流或理想排擠)：流體在管內高速流動是指物料以穩定的流量由反應器的一端流入反應器后，各物料微元沿流動方向齊頭并進，完全沒有軸向混合與擴散，即沒有返混，就好像活塞在氣缸里向前平推一樣。所以又稱為“活塞流”。 活塞流模型的特點是：（1）在與流動方向垂直的任意截面上各點，物料的流速、濃度、溫度及停留時間等完全一樣；（2）物料的濃度、溫度等各參數沿流動方向遞變；（3）在每一截面上物料各參數都不隨時間而變化。細長型的連續流動管式反應器內物料的流況就近似這種流動模型。在長徑比較大的固定床、流化床、鼓泡塔、填料塔等反應

10、器內，當氣相流速達到一定值后，其氣相流動情況一般亦可以認為是活塞流。凡器內物料呈理想置換流動的反應器就稱為理想置換反應器。其典型代表是連續操作活塞流管式反應器，也稱為平推流反應器，以PFR表示。1.兩種理想流動狀態：（連續操作方式）第13頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二(2)理想混合流動（完全混合流動）：高效攪拌釜內流體流動是指物料以穩定的流量進入反應器后，瞬間就在整個反應器內分散均勻并與器內原存留的物料完全混合。 理想混合流動的特點是：（1）整個反應器內以及出口物料的組成和溫度等參數均勻一致，且不隨時間、空間而變化；（2）各物料微元在器內的停留時間不盡相同，存在停留時

11、間分布。凡是器內物料呈理想混合流動的反應器，就稱為理想混合反應器。通常用連續攪拌釜式反應器代表理想混合反應器，也稱為全混釜，以CSTR表示。第14頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二在實際反應器中，帶強烈攪拌的連續釜式反應器內物料的流況就近似于這種流動模型。此外，沸騰床中的固相顆粒運動，長徑比比較大的鼓泡塔中的液相流動，大循環量的連續反應器的流體流動等等，也都趨近于這種流動模型。上述理想流動，是理想流動模型的兩種極端情況。實際反應器中物料的流況總是或多或少地偏離理想狀態，而是介于理想混合和理想置換兩種流動模型之間，這種流動統稱為非理想流動。造成這種偏離的原因主要是反應器型式

12、、操作條件和物料性質。2.流體在反應器內的停留時間：反應物料從進入反應器時算起到離開反應器時為止所經歷的時間。（1）.理想置換流動的停留時間：由于沒有返混，所有的質點在反應器內的停留時間都相等，設流體在通過反應器時，體積不發生變化。返混是不同時刻進入反應器的物料相互之間的混合。第15頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二-流體在反應器內的停留時間，VR-反應器的體積，qv-流體的體積流量，F-流體的摩爾流量，C-流體的濃度，則（2）.理想混合流動的停留時間：理想混合流動中，物料在反應器內的停留時間分布在0和無窮之間，一般就用平均停留時間來表示。四、反應器的物料衡算：某組分的引

13、入速率=某組分引出速率+由反應而引起的+某組分的積累速率 某組分消耗速率（1） （2） （3） （4） 對于不同操作的反應器，可作如下簡化。間歇反應器：（3）+（4）=0 連續穩定反應器：（1）=（2）+（3） 半連續反應器：（1）=（2）+（3）+（4） =VR/qv qv = F/C=VR/qv第16頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二第二節 間歇操作反應器一、間歇釜式反應器的特點：1、由于強烈的攪拌，反應器內物料可達到分子尺度上的均勻，且反應器內濃度處處相等，因而排除了物質傳遞對化學反應的影響。2、由于反應器配有換熱器，可使反應器內物料溫度處處相 等，因而排除了熱量傳

14、遞對化學反應的影響。反應結果唯一由化學反應動力學所確定。第17頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二 間歇攪拌釜式反應器間歇攪拌釜式反應器(BSTR)第18頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二 間歇操作 指物料一次投入反應器，待反應完成后，物料一次卸出的操作過程。 最常用釜式反應器，主要結構由筒體、攪拌裝置、夾套組成。器內還可以根據需要設置盤管。間歇反應器第19頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二間歇攪拌釜式反應器的特征特點: (1) 由于劇烈攪拌，反應器內濃度、溫度不隨位置發生改變，僅隨時間發生改變。 (2) 物料同時加入并同時停止反

15、應，所有物料具有相同的反應 時間。 (3) 存在加料、卸料、清洗等輔助時間。優點： 操作靈活，適用于小批量、多品種、反應時間較長的產品生產(精細化工、制藥、染料、涂料)。缺點： 裝料、卸料等輔助操作時間長，產品質量不穩定。第20頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二化學反應速率對于均相反應，常用單位時間、單位反應體積內某組分的物質的量的變化來定義該組分的反應速率。反應過程體積恒定：第21頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二反應轉化率x反應組分A的轉化率對于反應體積不變的反應第22頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二 均相反應速率是反應物

16、系的組成、溫度和壓力的函數。而反應壓力通常可由反應物系的狀態方程和組成來確定，所以主要是考慮反應物系的組成和溫度對反應速率的影響。 均相反應 均相反應是指參與反應的各物質均處同一個相內進行化學反應。烴類的高溫裂解為氣相均相反應，而酸堿中和、酯化反應為典型的液相反應。要求： 必須是均相體系 (微觀條件) 強烈的混合手段 (宏觀條件) 反應速度遠小于分子擴散速度第23頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二二、反應時間的計算：對整個反應器進行物料衡算：0流入量 = 流出量 + 反應量 +積累量0單位時間內反應量 = 單位時間內的積累量(等容過程 )反應過程中第24頁，共80頁，20

17、22年，5月20日，1點10分，星期二等容過程，液相反應或氣相等分子變化。第25頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二反應速率rA=kCArA=kCA2rA=k 間歇反應器中的簡單反應的反應時間（均相等溫等容）第26頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二 實際操作時間=反應時間() + 輔助時間 ()反應體積VR是指反應物料在反應器中所占的體積VR=qv (+)1/rA xA/CA01/rA CA上式稱為反應器的設計方程，代入動力學方程積分就可算出 t。若動力學方程復雜，可采用數值積分或圖解積分。t/cA0rA-1xxAfxA0trA-1CACAfCA0第2

18、7頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二二、反應器實際體積的計算：設反應器的裝料系數為=VR / VT , 每批物料的反應時間為，輔助時間為，一個生產周期內平均每單位時間處理的物料體積為 v，則 qv=VR+ qvVR=(+ )149頁例題三、間歇操作反應釜的特點及應用：1.釜內物料的溫度、濃度均勻，可以采用多種方式調節反應溫度，可達到較高的轉化率；2.適應性強，可用于小批量多品種的生產；3.設備利用率低，難以實現自動化，不適宜大規模的生產。VT=VR/第28頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二第三節 管式反應器管式反應器一般采用連續操作的方法進行生產，管

19、內液體的流動接近于理想置換流動，適用于氣相反應和均一液相反應。一、管式反應器的特點理想管式管式反應器，又稱理想置換反應器、活塞流反應器、平推流反應器。1、在正常情況下，它是連續穩態操作，故在反應器軸向的各個截面上，物料濃度、反應速率、轉化率等不隨時間變化。2、反應器軸向的不同截面上，物料濃度、反應速率、轉化率等不相等。3、由于徑向具有均勻的速度分布，故徑向不存在濃度差。本章主要討論均相、等溫、恒容的情況。第29頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二第30頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二反應物A反應物B生成物R特點 (1) 連續進料，連續出料，反應物沿管

20、長方向流動。 (2) 假設不同時刻進入反應器的物料之間不發生逆向混合，其濃度、溫度隨流動方向（軸向）變化，徑向上物料的所有參數都相同。 活塞流反應器 （3）所有物料在反應器內的停留時間都相同。 第31頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二qnA,0 CA0CAfxAfxA0=0dVRxAxA+ dxA反應器的數學模型流入量 = 流出量 + 反應量 + 累積量0qnAqnA+dqnAqnA,f二、恒容過程管式反應器體積的計算：第32頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二第33頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二1. k與xA的關系等溫時k為

21、常數2. 等容過程與間歇反應器的公式相同 空間時間第34頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二和BSTR比較，由于不存在 輔助時間 (t)反應體積 VR=qvt 據此關系式，可以進行反應器體積的設計計算一級反應第35頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二反應速率rA=kCArA=kCA2rA=k 管式反應器中的簡單反應的空間時間（均相等溫等容）第36頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二在規定條件下，進入反應器的物料通過反應器體積所需要的時間。三、空間速率、空間時間：1.空間時間：恒容反應時，反應物料在反應器內停留的時間。= VR /q v

22、 o 時間物理意義：物料連續流過反應器所需要的時間。也就是在一定條件下，處理一個反應器體積的物料需要的時間。它也是表示反應器特性的一個量，它的值越小，反應器生產能力越大。若空時為2h,指的是在規定條件下，每2h就有相當于一個反應器體積的物料通過反應器。第37頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二 2.空間速率：就是反應物的體積流量與反應器有效體積之比，用Sv來表示。空間速率是空間時間的倒數。Sv=qv0/VR 1/時間物理意義：單位體積的反應器在單位時間內的進料體積。對恒容過程，當體積流量與反應器內的狀態相同時，它表示單位時間內反應器內通過的流體體積是反應器體積的多少倍。空間

23、速度可以表示反應器的生產能力，它的值越大，反應器的生產能力越大。若空速為4h-1,就意味著在規定條件下，每小時進入反應器的物料相當于4個反應器的體積。書152頁例題，153頁圖 第38頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二第四節 連續操作反應釜一、連續操作反應釜的特征：1.釜內物料的狀況接近于理想混合流動，且釜內各處的組成和溫度都相同,且等于離開反應器物料的濃度、溫度等；2.液體內各質點在釜內停留時間不盡相同；3.反應物濃度、轉化率以及反應速度(等溫時)不隨時間 、空間而變化。是穩態過程。二、連續操作反應釜的體積：物料衡算的范圍：整個反應器物料衡算的組分：組分A物料衡算的基準

24、：單位時間的進料量第39頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二特點（1）連續進料，連續出料（2）反應器的攪拌良好，反應器內物料的組成和溫度處處相等，且等于反應器出口的物料組成 和溫度，均不隨位置和時間而變。（3）物料質點在反應器內存在停留時間分布。全混流反應器(CSTR)生成物R反應物A反應物B 全混流反應器第40頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二全混流反應器的數學模型取整個反應器為衡算對象流入量 = 流出量 + 反應量 + 累積量0第41頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二圖解積分(右圖為PFR圖解積分)CACA0CAfCACA0C

25、Af第42頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二和BSTR比較，由于不存在 輔助時間 (t)反應體積 VR=qvt 據此關系式，可以進行反應器體積的設計計算一級反應第43頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二平推流反應器與全混流反應器的比較第44頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二年齡反應物料質點從進入反應器算起已經停留的時間；是對仍留在反應器中的物料質點而言的。壽命反應物料質點從進入反應器到離開反應器的時間；是對已經離開反應器的物料質點而言的。返混(Back mixing)又稱逆向返混，不同年齡的質點之間的混合,經歷了不同反應時間的物料

26、間的混合，是時間概念上的混合。攪拌混合是指不同空間位置的物料之間的混合。三、返混對化學反應的影響第45頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二停留時間和返混 1、停留時間是指從物料進入反應器起至離開反應器為止所經歷的時間。2、返混是指停留時間不同的流體粒子之間的混合。在反應器中，由于返混會導致反應器內各處物料停留時間不 一，引起反應程度差異，使各處物料濃度分布不均、反應結果變化。理想流動狀況無返混的流動狀況屬于這種理想流動狀況的過程稱為平推流、活塞流、排擠流或理想置換，它是指進入反應器的反應物料以相同速度、一致方 向向前移動的流動狀況。 這種反應器的特點是垂直流向的同一截面上的

27、物料參數（如溫度、濃度、停留時間等）均相同，而參數隨流向變化。第46頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二 返混最大的流動狀況 屬于這種理想流動狀況的過程稱為全混流、完全混 合或理想混合。它是指剛進入反應器的新物料與留存于反應器內的物料能瞬間完全混合的流動狀態。 這種反應器的特點是整個反應器各處物料參數（溫度、濃度或平均停留時間等）均相同，且等于出口處物料參數。 第47頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二第48頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二 相同的反應，相同進料流量和濃度相同溫度和最終反應率一個全混流反應器與一個平推流反應器的比較

28、全混流反應器=VR/qv0=CA0XA/rA平推流反應器=VR/qv0=容積效率=VRP/VRS第49頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二間歇反應器平推流反應器全混流反應器連續流動反應器完全沒有返混返混極大(a)(b)(c)第50頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二濃度分布 - 推動力反應推動力隨反應時間逐漸降低反應推動力隨反應器軸向長度逐漸降低反應推動力不變，等于出口處反應推動力 第51頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二四、多釜串聯反應器：第52頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二原料A生成物R特點（1）反應在

29、多個串聯的全混流反應器內進行，各釜的 入口濃度就是前一釜的出口濃度。 （2）串聯的各反應器內，物料的組成和溫度均勻一致，但各級反應器之間是突變的。 （3）隨著串聯反應器數目的增多，其性能愈接近活塞 流反應器。 多釜串聯反應器(n-CSTR) 第53頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二 具有相同體積的N個全混釜的串聯 結論：多級全混釜串聯后，返混程度變小；當無窮多個全混流串聯后，返混達到0，相當于平推流反應器第54頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二穩態，定容多級全混流反應器串聯的計算一級反應，n級反應器串聯由于故第55頁，共80頁，2022年，5月20日

30、，1點10分，星期二各級反應器體積相同時：或反應總體積 書159頁例題第56頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二（1）正濃度效應（n 0）PFR （BR）CSTR多級CSTR比較陰影部分的面積可知，當 n 0時，CSTR 多級CSTR PFR。第57頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二第五節 均相反應器的性能比較與選擇 作為反應器所應滿足的兩個要求：1.達到給定的生產能力所需的反應器的容積要小；2.用同樣的原料所得的目的產物的收率要高。化學反應簡單反應復雜反應平行反應連串反應一、簡單反應的反應器體積：二、復雜反應的反應器體積：選擇率 = 轉化為目的產物的

31、反應物量 / 反應物被轉化掉的量收率 = 轉化為目的產物的反應物量 / 加入反應器的反應物的總量第58頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二以關鍵組分A（著眼組分、限制組分）作為計算對象。轉化率選擇性收率第59頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二復雜反應 復雜反應是指同時存在兩個以上獨立進行反應的反應過程。 如果這些反應都是從相同的反應物按各自的計量關系同時地發生的過程稱為平行反應。 如果這些反應是依次發生的，這樣的復合反應稱為連串反應。 在這些反應產物中，有的產物是需要的對象，稱為目的產物或主產物，而其余產物都稱為副產物。得到目的產物的反應稱為主反應，其

32、余反應稱為副反應。 第60頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二 復雜反應：指必須用兩個以上化學計量關系才能表示的反應。 （平行反應） （連串反應） （平行-連串反應）第61頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二 則選擇性為： （1）當a1a2，b1b2時，主反應級數比副反應大，在高濃度下進行反應有利于p的生成；采用管式反應器或間歇反應器有利。 （2）當a1a2, b1b2時，副反應級數比主反應大，在低濃度下進行反應有利于P的生成；采用全混流反應器。 1、 等溫恒容過程平行反應 主 副第62頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二（3）當a1

33、=a2,b1=b2時，與反應物濃度無關。 E1E2時，高溫下進行反應有利于p的生成，反之在低溫下進行；（4）當a1b2時，CA越小，CB越大，則越大。采用反應物B濃度高，反應物A濃度低。間歇釜式反應器。B一次加入，A逐漸加入。管式反應器。B連續加入，A分段加入。或A和B全部由進口加入，B過量。多釜串聯反應器。B由第一釜加入，A逐釜連續加入。 采用促進主反應進行的催化劑，可提高選擇性。第63頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二 反應物的濃度單調下降， 產物P和S濃度單調增加 若各處的CP/CS值都等于比值k1/k2,說明所考察的反應為平行反應，且兩平行反應等級數。 生成產物P

34、和S的初始速率（dcp/dt）t=0都與CA0成正比關系 等溫恒容過程k1k2Cp0=Cs0=0第64頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二 對反應： 2、 等溫恒容過程串聯反應對于兩步均為一級的反應各組分的濃度分布情況？ 第65頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二 串聯反應 對反應： 對rA分離變量積分得： 等溫恒容過程第66頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二 以ln(CA0/CA)對t作圖應得到一條直線，其斜率為k1。 對rP整理得到下式； 此方程為一階線性微分方程。其解的一般式為： 邊界條件為： 當k1k2時，解得： 等溫恒容過

35、程第67頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二 對A作物料衡算，則有： 于是有： 等溫恒容過程第68頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二 串聯反應的特征： 反應足夠久，混合物中存在中間產物，則為串聯反應； 若反應為不可逆反應，根據測定的反應物濃度隨時間 變化 的數據求第一步反應的級數和反應速率常數 當k1k2時，可通過較長的反應時間，達到較高的轉化率，以獲得較多的產物。 當 k1 k2 時，應使反應時間較短，這樣雖然轉化率低，但選擇性高。 等溫恒容過程第69頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二一級平行反應與串聯反應特性比較平行反應：反應

36、物單調減少，主、副產物均單調增加。串聯反應：反應物單調減少，主產物有一極大值，副產物單調增加。 該特性是判別反應類型的重要依據。說明：其它級數串聯反應的濃度分布與一級反應的濃度分布基本相 似。 平行反應 串聯反應第70頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二三、反應器型式的選擇（書163）生產能力：單位時間、單位反應器體積能夠處理的反應物料量。 單一反應過程中，反應器的生產能力主要取決于反應速率。反應速率越快，達到一定轉化率所需要的反應器體積越小，可節省設備投資。 等溫條件下，反應速率僅與反應物濃度和反應級數有關。 反應器體積、原料消耗、目的產物的產量。1、活化能大，等溫。全混

37、流反應器。2、濃度高反應激烈，甚至有爆炸的可能，采用全混流反應器。3、反應速率小，釜式反應器。4、平行反應，主反應級數高用間歇釜式反應器；若副反應級數高用全混流反應器。5、連串反應，若中間產物為為目的產物，管式反應器；若最終產物為為目的產物，全混流反應器。6、反應物為氣體，管式反應器。7、高壓反應，管式反應器。 8、高溫，強吸熱反應。管式反應器。 9、小批量生產，采用間歇釜式反應器或半連續操作反應釜。第71頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二（1）正濃度效應（n 0）PFR （BR）CSTR多級CSTR比較陰影部分的面積可知，當 n 0時，CSTR 多級CSTR PFR。第

38、72頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二PFR （BR）CSTR多級CSTR比較陰影部分的面積可知，當 n 0時，CSTR 多級CSTR PFR。（2）負濃度效應（n 0的反應，無返混的PFR最好；對n0的反應，返混程度最大的CSTR最好。多級CSTR串聯可降低返混程度，N越大，越接近PFR，但流程越復雜，給操作帶來不便，使操作費用增加。工業生產上串聯的CSTR最多不超過4個。第73頁，共80頁，2022年，5月20日，1點10分，星期二有關催化劑和催化作用的知識：（1）催化劑改變反應速率，在反應前后本身不發生變化（定義）；（2）催化劑又稱為觸媒；（3）催化劑既不是反應物也不是產物；（4）根據過渡狀態理論，催化劑是靠降低反應的活化能來加快化學反應速度的；（5）不能改變化學平衡和反應熱；（6）催化