直击化学反应工程原理[1].doc

直击化学反应工程原理
1、基元反应：如果一个化学反应，反应物分子在碰撞中相互作用直接转化为生成物分子，则这种反应称为基元反应
2、化学反应速率的定义为：反应系统中，某一物质在单位时间，单位反应区内的反应量。

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4、均相反应动力学是研究反应在同一相中进行的规律性。均相反应的前提是参与反应的所有物料达到分子尺度上的均匀，成为均一的气相或液相。由此，工程上实际的均相反应应当满足以下两个条件：
（1）反应系统可以成为均相；
（2）预混合过程的时间远小反应时间。
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在物理化学中的知识，速率常数k与反应温度关系可由阿仑尼乌斯（Arrhenius）公式表示。
6、活化能的工程意义是反应速率对反应温度敏感程度的一种度量。活化能越大，表明反应速率对温度变化越敏感。
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9、反应级数的工程意义是表示反应速率对于反应物浓度变化的敏感程度。
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11、反应器设计的基本内容：A、选择合适的反应器形式
B、确定最佳的工艺条件C、计算所需反应器体积:
12、反应器设计的基本方程包括：反应动力学方程式、物料衡算方程式、热量衡算方程式和动量衡算方程式
13、间歇过程 某组分的流入和流出量为0
0＝0＋某组分反应消耗量＋某组分积累量
连续流动反应器，定态
某组分流入量＝某组分流出量＋某组分反应消耗量＋0
对于非定态，仍然为：
某组分流入量＝某组分流出量＋某组分反应消耗量＋某组分积累量
14、带入的热焓＝流出的热焓＋反应热＋热量的积累＋传向环境的热量
15、理想间歇反应器特征：
（1）剧烈的搅拌使反应器内物料浓度达到分子尺度上的均匀混合，且在反应器内部浓度处处相等，排除了物质传递对反应的影响。
（2）传热条件好，反应器内部各处温度相等，不考虑热量传递对反应的影响。
（3）反应物料同时加入，并同时停止，所有物料具有相同的反应时间。
16、理想管式反应器，或PFR。它具有以下几个特点：
①在正常情况下，它是连续操作，在反应器的各个径向截面上，物料浓度不随时间而变化；
②反应器内各处的浓度未必相等，反应速率随空间位置而变化；
③由于径向具有严格均匀的速度分布，也就是在径向不存在浓度变化，所以反应速率随空间的变化将只限于轴向。
17、连续流动釜式反应器的特点：
①反应器中物料浓度和温度处处相等，并等于反应器出口处物料的浓度和温度；
②物料质点在反应器内停留时间有长有短，存在不同停留时间物料的混合，即返混程度最大；
③反应器内物料的所有参数，如浓度、温度等都不随时间变化，从而不存在时间这个自变量。
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19、空时又称空间时间，其定义为反应器体积VR与流体进反应的体积流量v0的比值。它的单位是时间，是度量连续流动反应器生产强度的一个参数。空速越大，反应器生产强度越小。
20、停留时间是指反应物料从进入反应器时算起到离开反应器为止所经历的时间。①在间歇反应器，所有物料在反应器中的停留时间相同，且等于反应时间。②对于理想管式反应器，所有物料微团在反应器内的停留时间相同。当流动状态不是平推流时，物料微团在反应器内停留的时间就不相同，而是形成某种分布，称为停留时间分布，因此常用平均停留时间来表达。
21、膨胀率εA的定义是反应组分A全部转化后系统体积变化的分率，即

22、返混是指不同时间进入反应器内的物料之间的相互混合。造成返混的原因①是由于反应器内物料的环流运动，或者说是由于物料在连续反应器中空间的反向运动造成的；②是不均匀的速度分布。
限制返混的措施：分割
①横向分割：
多个连续釜的串连
②纵向分割：
流化床反应器中的横向挡板和垂直管
23、证明对于1级反应，在2釜串连流程中反应，2釜体积大小相同，则其总体积为最小。

24、停留时间分布密度——f(t)
其定义为：在定常条件下的连续流动系统中，对于某一瞬间t＝0时流入反应器的物料，在反应器出口流体物料中停留时间介于t与t＋dt之间的物料所占的分率应为f(t)dt。
25、停留时间分布的的实验测定
主要方法：应答技术，即用一定的方法将示踪物加入反应器进口，然后在反应器出口物料中检测示踪物的信号，以获得示踪物在反应器中停留时间分布规律的实验数据。示踪物的要求：
①其必需与进料具有相同或非常接近的流动性质，两者应具有尽可能相同的物理性质；
②示踪物要具有易于检测的特殊性质，而且这种性质的检测越灵敏，越简捷，实验结果就越精确；
③示踪物不能与反应物料发生化学反应或被吸附，否则就无法进行示踪物的物料衡算；
④用于多相系统检测的示踪物不发生由一相转移到另一相的情况。
26、示踪物的输入方法有：阶跃注入法、脉冲注入法和周期输入法。
27、对平推流反应器：
对全混流反应器：
28、（P149）试证明在一连续釜式反应器中进行的均相反应和宏观流体反应，当反应为1级反应不可逆时，其反应结果相同。

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30、工业反应过程的技术目标：
①反应速率——涉及设备尺寸，亦即设备投资费用；
②选择率——涉及生产过程的原料消耗费用；
③能量消耗——生产过程操作费用的重要组成部分。
31、串连反应的收率
平推流反应器：
全混流反应器：

32、
①物理吸附的引力是分子间引力，可发生在任何气体分子与固体之间，一般在低温下进行。（4分）②化学吸附是吸附分子与固体表面间的化学键力造成的，不是所有的固体都能进行化学吸附，具有显著的选择性。（3分）③化学吸附的活化能比物理吸附的活化能高，且通常化学吸附是单层吸附，而物理吸附可为多层吸附。（3分）

33、要点：①自催化反应指的是反应产物本身具有催化作用，能加速反应进行的一类反应。（1）分；②在自催化反应中，反应速率既受反应物浓度的影响，又受反应产物浓度影响，通常该反应必须加入微量的产物才能启动。（3分）；③在反应的初期，虽然反应物的浓度很高，但反应产物的浓度却很低，所以整个体系的反应速率不会太高，随着反应的进行，产物的浓度逐渐升高，反应速率也随之增大。在反应的后期，由于反应物浓度的减小，反应速率又会经历一个从大到小的变化过程。因此，自催化反应过程中必然会有一个最大反应速率出现。