化学反应工程.ppt

*,*,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,课前提问,CSTR,、,PFR,停留时间分布对照？方差大小如何反映返混状态？,1,用来判断反应器内的流型，并判断其偏离理想流动的程度,。,0,1,0,0,PFR,CSTR,非理想流动反应器,2,2.,凝集流模型的物理模型和出口转化率,流体以,流体元小,BR,的方式流过反应器。出口处宏观转化率是各不同停留时间的,流体元达到的转化率的平均值,3,3.,多级串联槽模型方差与,N,值的关系，,N,值大小如何反应返混程度？,散度为槽数的倒数,N,值,该反应器的返混程度相当于,N,个理想混合反应器的串联,（,CSTR,）,1,N,(PFR),4,4.,轴向扩散模型的物理模型？彼克列数,Pe,的物理意义、数值大小如何反映返混？,1,主体流动为平推流，但叠加一涡流扩散。,2,涡流扩散遵循费克扩散定律且在整个反应器内扩散系数为常数。,5,本章小结,定义,物料有空间上的混合而且有时间上的混合，这种混合过程称为,返混,停留时间规律：,二个函数,、,二个特征值,6,停留时间分布规律,-,示踪法,7,用对比时间表示停留时间分布,8,两种理想反应器停留时间分布对照,9,用来判断反应器内的流型，并判断其偏离理想流动的程度,。,0,1,0,0,PFR,CSTR,非理想流动反应器,10,凝集流模型,多级混合槽,轴向扩散模型,物料为流体元,N,个相同,CSTR,串联,平推流叠加一逆向扩散，遵循费克定律,独立的,BR,轴向无参数变化，径向参数均一,11,第四章,气固相催化反应本征动力学,12,气固相催化过程,气固相：反应物,/,产物,-,气相，催化剂,-,固相。,催化剂,参与反应，但在反应过程中不消耗,。,催化剂的加入,可以改变反应速率,。,催化剂,不能改变反应的平衡,。催化剂以同样的比例同时改变正逆反应的速率。,13,有选择地加速某些反应,。,路径不同,希望催化剂充分发挥作用，应尽可能增加反应物与催化剂的接触。,14,非均相催化反应速率表达,对于均相反应，已经定义：,催化反应发生在催化剂表面，且催化剂的量对于反应的速率起着关键的作用，因此，反应速率改由,催化剂体积来定义,。,15,1,、以,催化剂体积,定义反应速率,2,、以,催化剂质量,定义反应速率,3,、以,催化剂内表面积,定义反应速率,16,化学反应主要在催化剂的,内表面,进行。,17,气固相催化反应的,7,个步骤、,3,个过程,1,反应物由气流主体扩散到催化剂外表面；,2,反应物由催化剂外表面扩散到内表面；,3,反应物在催化剂表面活性中心上吸附；,4,吸附在活性中心的反应物进行化学反应；,5,产物在催化剂表面活性中心上脱附,；,6,产物由催化剂内表面扩散到外表面；,7,产物由催化剂外表面扩散到气流主体。,内 扩 散,外 扩 散,化学动力学,18,三个过程进行的速率各不相同，其中,进行最慢的称为控制步骤,，控制步骤进行的速率,决定了整个宏观反应的速率。,本章讨论化学动力学过程。,19,固体催化剂,高活性,-,高选择性,-,高强度,-,抗毒性,-,长寿命,活性组分,+,助剂,+,载体,(,不能截然分开,),半导体,金属,-,绝缘体,(,P101,),以金属为主，根据不同的用途，有金属氧化物及硫化物等等。,活性组分的选择，根据目前的知识水平只能有一个大致的方向，尚不能预先选择。,依靠经验资料的技术,20,对,载体,的要求：,高强度，高比表面。,以多孔物质为主，如硅藻土、三氧化二铝等。根据不同的需要，有不同的孔径和比表面。,作用：,有效表面和适合孔结构；,提供机械强度；,提高热稳定性；,提供活性中心；,与活性组分形成新化合物；,节省活性组分,21,助催化剂,加入的量小,增加催化活性,增加选择性,延长催化剂寿命（,P102,）,抑制剂,（,P103,）,22,催化剂的制备,活性：化学组成,+,结构,制备：浸渍,-,沉淀,-,离子交换,-,共混,-,滚涂,-,溶蚀,-,热熔,-,沥滤,-,络合,etc.,关键步骤：,（,1,）,高温煅烧,：除挥发分,-,保持组成、稳定性，保持晶型、大小、孔隙结构、比表面,-,提高机械强度,23,催化剂的制备,（,2,）,催化剂成型,：寿命,-,机械强度,-,活性,（,3,）,使用前的活化,：除去吸附和沉积的杂质,（,4,）,开工和停工,：低压、低浓度、低温,-,防止氧化,/,还原,/,中毒,24,性能,-,活性,+,选择性,+,寿命,比表面积、孔体积和孔体积分布,25,26,27,内表面,-,空隙体积,Vg+,空隙半径,空隙空间模拟为半径为,r,的圆柱形,孔径分布（孔体积分布）,催化剂,-,多孔物质,-,大小,-,不规则。不同催化剂孔大小的分布不同。,孔径反应物分子的孔才有催化意义。,测定方法：压汞法和氮吸附法,28,孔径分布,分率,孔径,29,第二章习题解答,P68,1,，,2,，,10,，,15,，,18,30,1.,动力学方程的实验测定时，有采用循环反应器的，为什么,?,答：通常采用大循环比操作（,25,），可认为是等浓度,CSTR,操作，动力学数据处理大为简化，使反应器保持较好的等温状态，并得到反应速率的点数据。,31,2.,为什么可逆吸热反应宜选平推流反应器且在高温下操作，而可逆放热反应却不是,?,根据可逆放热反应的特点，试问选用何种类型反应器适宜,?,为什么,?,答：可逆吸热反应的反应速率与化学平衡都随温度的升高而升高，高温下操作对二者都有利，且,PFR,所需体积小。,可逆放热反应的化学平衡随温度的升高向反应物方向移动，对达到高转化率不利。反应沿着或接近最佳温度曲线进行比较好，实际采用,CSTR,串联组。,32,10.A,进行平行分解反应，其速率式为,R,r,R,=1 kmolm,-3,min,-1,A S,r,S,=2,c,A kmolm,-3,min,-1,T,r,T,=,c,A,kmolm,-3,min,-1,其中,R,是所要求的目的产物，,c,A0=1kmolm-3,。试问在下述反应器进行等温操作时，预计最大的,c,R,为多少,?(1),全混流反应器；,(2),平推流反应器。,解：低浓度操作对生成目的产物,R,有利，对全混流反应器，可在极低的浓度下操作,33,对平推流反应器，则尽量使其转化率提高。,34,15.,一级不可逆连串反应，,k,1=0.25hr-1,，,k,2=0.05hr-1,，进料流率,V,0,为,1m3hr-1,，,c,A0=1kmolm-3,，,c,B0=,c,C0=0,。试求：采用两个,V,R=1m3,的全混流反应器串联时，反应器出口产物,B,的浓度。,35,18.,高温下二氧化氮的分解为二级不可逆反应。在平推流反应器中,101.3kPa,下,627.2K,时等温分解。已知,k,=1.7m3kmol-1s-1,，处理气量为,120m3hr-1,（标准状态），使,NO2,分解,70%,。当,(1),不考虑体积变化；,(2),考虑体积变化时，求反应器的体积。,36,恒容过程,37,变容过程,38,