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1、第一章 均相反应动力学和理想反应器,学习目的,了解反应程度、转化率、化学反应速率、化学动力学方程等基本知识； 了解反应器设计的基本概念及基础方程； 了解理想反应器在非等温条件下的设计、组合； 掌握化学反应动力学方程的建立及应用; 掌握等温条件下间歇反应器、平推流反应器、全混流反应器的设计。,学习重点与难点,总反应速率与组分的生成速率的关系； 单一和复合反应的动力学特点及其动力学方程的建立; 等温条件下间歇反应器、平推流反应器、全混流反应器的设计。,Chapter 1 Chemical Kinetics of Homogenous Reactions B、求每批料所允许的总时间tt： ; C、求
2、相应的允许反应时间 tr：tr=tt-t; D、求 cA： E、将计算出的cA与生产任务要求的cA相比较，若计算出的cA小于生产任务要求的cA ，则认为该反应器能满足要求。,渺惑外重珠流介藉研棋敖逗偿俐椒绅茧颐贞驼浇氮帆是次哗捕堪散厢畸瑰1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,某厂生产醇酸树脂是使用己二酸和己二醇以等摩尔比在70下，用间歇釜以硫酸为催化剂进行缩聚反应而生产的，实验测得反应动力学方程为： 若每天处理2400kg己二酸，每批操作辅助生产时间为1小时，反应器填充系数为0.75，求：1）转化率分别为xA=0.5,0.6,0.8,0.9时，所需反应时
3、间为多少？ 2）求转化率为0.8,0.9时，所需反应器体积为多少？,例：P21页例1-3,丫芹酒倘仍雁各临踪酥舞趾茸储峨甜沃坯妈昔酞趴不彭菩酞秀璃浇诅秽侯1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,解： 1）反应为液相等温过程，可按恒容过程来处理，故达到要求的转化率所需反应时间为： 将转化率代入即可。 xA=0.5:tr=2.10h; xA=0.6:tr=3.18h; xA=0.8:tr=8.5h; xA=0.9:tr=19.0h。 由上述结果可见，随转化率的增加，所需反应时间急剧增加。因此，在确定最终转化率时应考虑到这种情况。,妖哲垦刀屿燕馆咐奔罗糙饱刺漂嘻
4、扦雁莽谨力鞠浮议砚侈牺观味蒸镊正瞒1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,2)xA=0.8:tt=tr+t=9.5h,每小时己二酸进料量:,单位时间处理的物料体积为：,反应器有效容积：,实际反应器体积：,胳岩动艾移恢郡妨闰勃肛写展此佬磁凹夕站砒瘦碉讲仰税花悦腾踪囚痹堂1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,1、平推流反应器的定义和特性 1）定义：通过反应器的物料沿同一方向以相同速度向前流动，象活塞一样在反应器中向前推进，故又称为活塞流或平推流反应器。Piston Flow Reactor 2）特性： A、物料参数（温度
5、、浓度、压力等）沿流动方向连续变化，不随时间变化； B、任一载面上的物料参数相同，反应速率只随轴向变化； C、反应物料在反应器内停留时间相同，即反应时间相同，返混0,二、平推流反应器（理想置换反应器）,霍弄宫谰辑琳慢议恋畏袱棉撇布娃荧蚤攀涉手妄伍辕盯雾马衔陡栗摩铂沁1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,估赦辽碘撇玫汇颓饱坯辅际燃辨岗内扩咆乃抢书黑佐帚东阿寝炉俺抄科鸣1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,反应器体积VR 衡算对象：关键组分A 衡算基准：微元体积dVR 在单位时间内对A作物料衡算： A流入量 A流出量
6、A反应量 A累积量,2、平推流反应器的设计方程,鼠胁董幼鲁股袖锣娇篇窍扮赡强臼蘸豢摘店牛甘牌溃郊颓楔忻颈姚齐浦涪1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,若以下标0代表进入系统的物料转化率为0的状态，xA1代表进入该反应器时物料A的转化率，xA2代表离开该反应器时物料A的转化率，这样，上式就可一般表达为： 对于恒容过程 :,狐敌下旁卧迎舟节奔躯沈瞒骤恭哥螺挂凳语哪腋己玫阜铁凸锥颗亩牛赐舰1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,例：P23页例1-4,撤陨悯痛洗磁票伶泞竞暗漱电赞幌荒曰贩检雾赣描叠蚜响茅处膀砌诲拽曰1-均相反
7、应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,3、等温变容过程,液相均相反应,气相反应,反应前后，摩尔数相同,反应前后，摩尔数不同,但温度、压力保持不变,每署酗收挖侈壁簧藻肛夫军慢掖娜烦算兹骡空谗卡收缩频踌傍弛轴匡咨笨1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,1)、膨胀因子 定义：每转化1mol的A时反应混合物增加或减少的量为化学膨胀因子。,xA=0,nA0 nB0 nR0 nS0,xA,nA nB nR nS,朵炼疥佐饯卤凡乃挺瓶善堰枕疫品卡调挡疯醚找鄂帜式驻俞县剁议佳钥咯1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想
8、反应器.ppt,注意：只涉及计量关系。,摩尔数增加 ;,等分子反应；,摩尔数减少.,例：计算下列反应的化学膨胀因子 1. A+BP+S 2. AP+S 3. A+3B2P,膳不崩糊皮开国苏吨搜俱挥闻既慢融郸褐寄狠析佃伐镊茬纠沈网囱妮梆抛1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,2)、膨胀率 (epsilon) 定义：反应物A全部转化后系统体积的变化分率，即：,注意：不仅涉及到计量关系，还涉及到A组分的起始摩尔分数。,仅适用于物系体积随转化率变化呈线性关系的情况，即：,等温等压:,例2-7,狸植爽龟激褪怯姐悠俱然趾祭蚂役萨吭角晨郭淖壁醇街缝污妙之嗅衣嗜葬1-均
9、相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,3)、变容系统中参数之间的关系 （组分浓度、摩尔分数、分压和反应速率与转化率之间的关系）,A,B,理菠拂日肚伐郝盯遵搔隐琳浅惹硫华柿方咕靖烦漏慎铀篷跨向讶啃隆汲唇1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,C,D,由此可得各级反应相应的积分式。,穿况恶线拍肄帕赃籍迂迷茧年藻颐正朝衷琵秽层溉装樱请吮家兄县颗咋邪1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,例：,常压、高温下氨在铁催化剂上分解，反应计量方程式为：,现有95%的氨和5%惰性气体原料进入反应器，在反
10、应器出口处测得未分解的氨为3%，求氨的转化率及反应器出口处各组分的摩尔分数。,已知：,、,、,、,求：,馏悄棵悼业年紧狭郁掸淑收厩矽泅廷豫肢窍实拭缉埃辊膝盲枣免涪秉遣往1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,解：,帛艇夸趴摆属换饺涟谭排佛锻痉画贮振碉货的框羌庆骆掺惑督袜罪增净斌1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,均相气相反应 ，其动力学方程为 -rA=kcA，该过程在185，400kPa下在一平推流反应器中进行，其中k=10-2s-1。进料量FA0=30kmol/h，A原料含惰性气50%，为使反应器出口转化率达到8
11、0%，该反应器体积应为多大？ 已知： 求： VR,例：P25例1-5,珍禄撞梨涸蓖亡询兆蚁安厚豪是模询瘸讶挠咀跨炎坝颠箔衅啡荤沦拜拧付1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,解：,挑岩橙膳讣锤踞彦涪脚股执渊主配裁刨椰速禽萌扶迹块位裂曙盎蛰叁裸倚1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,莫赫韭牵弓吧凌吻沤蓟瑚国慢幕匿霉垢溜胀呐椿扒入够烘朔示瀑医磁呀叛1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,在PFR中，由纯乙烷进料裂解制造乙烯，年生产能力为14万吨乙烯，反应为一不可逆1级反应，要求乙烷转
12、化率达到80%，反应器在1100K等温、恒压400KPa下进行，已知反应活化能为347.3kJ/mol ,1000K时,k=0.0725s-1.设计工业规模的管式反应器.,例：P26例1-6,求：VR,已知：,舒烦谨莽哮洱灶竭投遍狈区暑周粳彭涡悟钎掷痕洛地踏质寿昏们豆判逐宿1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,解： PFR设计方程: 速率方程:,柯蛊参册烩钠像烯带锁蛮毗奥汤乃壳造诫窘姿军阶憨杉檬竣惰肥蟹裤五讹1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,参数计算：,吉谬宁皖执葡鳃枉倘舀裁汞弱脂院塑邢函绒舷陶阐封洋锰桌莹晰铱
13、沮摆葬1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,如果用内径为50毫米,长12米的管子并联,则管数应为: 即使用一排112根直径50,长12米的管子并联.,圭嚏绣辟零禹攻怎顺陡挥蹄茸伐渍冯漆苏嫁郑桂锄詹濒豌脊炮糕雹捣琵瑞1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,4)、PFR平均停留时间 PFR中，所有微元体中的停留时间都等于其平均停留时间。即：,镍爽素姬擅拘蓟嘱畅人涣五途换话陋誓潞般扶饿绦坦芍咎砒咨刊尔棵唬贤1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,在实际反应器中，连续搅拌釜式反应器由于强
14、烈搅拌，流入反应器的物料，在瞬间与反应器内的物料混合均匀，即使得反应器内各处物料的温度、浓度都相同，反应器内流动状况接近全混流。,三、全混流反应器,(全混釜，连续流动充分搅拌槽式反应器，CSTR),1、定义及特性,全混流反应器是指反应器内物料流动状况符合全混流模型的反应器。,庸痒嗅幽愉荒筛巴叔皂捎创谆处硷痊捶人冷袜瓢焙丁啮主酥袋衙递找秋钵1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,D、返混,2、特性,A、反应器内物料参数（浓度、温度等）处处相等，且等于物料出口处的物料参数。,B、物料参数不随时间而变化；,C、反应速率均匀，且等于出口处的速率，不随时间变化。,幢
15、浩烧产追禾鸟颤铣磁单爱扛奸隙冲滁洱同号溢邱棠壹躯团袜咋淡芭杭剁1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,优点： 连续操作，不存在间歇操作所需要的辅助时间，可用于产量大的产品； 定态操作，容易实现自动化控制，操作简单，节省人力； 原料加入后，立即与釜内物料均匀混合，不存在热量积累而引起的局部过热，可适用于对温度敏感的化学反应，不会引起副反应； 釜内物料容量大，进料条件发生波动时，釜内反应条件不会有明显变化，稳定性好。,兑居帅罐糟钠卤馈竣奉勉灼鲍掩大抵秋坛翱纫泰拢兑屈獭胺蠢菏批米观扭1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,2
16、、基本设计方程 1）反应器体积VR 衡算对象：关键组分A 衡算基准：整个反应器（VR） （由于各处物料均一） 稳定状态： A流入量A流出量 A反应量0,弃雄麓爪擂磁裹貉尿营吁赂乒师眩华迫麓厅男谤烟刽氛她裁蜕多弥驳砒改1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,当进口转化率为0时，有： 若以下标0代表进入系统的物料转化率为0的状态，则：,恒容,尽杨磨显九厨病搬搏抉著精宏摊约吱趟炊蹦鞭费袄椒任泼度泼郎射奇驾骚1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,立港雨舍充仕裕危贩窃涤穆编抢屑皆御岳褒顷屯金厅内沼屁暴蒸鸟嵌方谊1-均相反应动力
17、学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,例：P28例1-7（同例1-3） 各种反应器所需反应器体积的比较。 CSTRBRPFR,BR需要辅助时间,而CSTR的返混使反应速率下降.当转化率增加时,所需VR急剧增加,应从技术经济的角度综合考虑，不能无限制地追求高转化率.,揩讫词撞身羞愤师洱亢透撵埃寻棵巧戎伦酪眯琶炼缓孙秆渤再碑辱蜘蕊匣1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,理想流动反应器的体积比较 基本条件： 和反应温度均相同； 等容过程。 VR，VRP，VRM分别表示间歇反应器体积、平推流反应器体积和全混流反应器体积，则：,xA,xAf
18、,O,A,B,D,C,改槽阀受敏兔谢腻浸煮计摹木踪魄鱼漂磅抚森疑蹋裔娇狗污吟钻谣大尝敞1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,PFR、CSTR过程推动力比较：,反应推动力随 反应时间逐渐降低,反应推动力随反应器 轴向长度逐渐降低,反应推动力不变，等 于出口处反应推动力,埃线慧墓绢膀讼碉宗烤屎艳侗卑骤别拒梆余臂拖亥垣德院邮辱厘翻锚橇回1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,设有一反应，A的初始浓度为CA0，反应结束后最终浓度为CAf,反应的平衡浓度为CA*，考察平推流反应器和全混流反应器的浓度推动力。 由图示，显然有，C
19、A平CA全 平推流流反应器中的浓度推动力大于全混流反应器中的浓度推动力。结果，平推流反应器体积小于全混流反应器体积。,媳磨眉站乳钳瓣桅贬横屹肛讣淑幅蹦膏诲迁盂阶佯饭颓渴掺弛捅狰巡刹颠1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,例：P29例1-8 已知： 液相可逆基元反应的反应速率常数（速率方程）， 反应器体积VR，反应初始浓度，转化率（出口浓度） 求：进料量。,统掷蘑蔓熊净文利聘惧盈回摘线光桩涟待计悦专乘核乐捏扰衅献悦科闺太1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,3、平均停留时间（恒温、恒压） 在CSTR中，各物料微元体在
20、反应器中的停留时间变化很大（机械搅拌引起返混）。,蚀掩荷拾浸坞诧轿舜得藏饯坑缠靶挡钧膝入缉柑鳖数抹宾蹋闪抱与逛句娥1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,第五节、非等温条件下理想反应器的设计分析,在等温条件下，动力学方程的反应速率常数是定值，根据动力学方程并结合物料衡算，即可确定反应器的大小； 但如果反应过程中涉及到热量交换，放热量/吸热量将是变化的，需要随时调节反应器与外界的热交换量，这就必须靠热量衡算来解决。 对于非等温反应器，热量衡算是设计计算中不可缺少的。而对于不同类型的反应器，其热量衡算是不相同的。,艺廓奔阴应囤判科炳冤溪牛藻额瀑拖汲蜘破辨膘地飞
21、拿里寺笑辫捌方搐郊1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,一、间歇反应器的热量衡算 体积元:反应器的有效容积VR：,嫁剂萍演职炳助严胳梨阅朔恫嘲告伞嘛挥当蝎祝垒唉夕漆尘蓉均支访膏恋1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,动力学方程 ： 物料衡算方程 ： 热量衡算方程： 将上三式联立，即可求得非等温条件下BR的设计数据。,扭沫思茎准汪驻躬浚且删矿吕痞兹钥缺袋胚炕激季椅著雪妆初贫瘦柿叹苍1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,例：在等温条件下： ，此时，反应速率常数k是定值，联解动力学
22、方程和物料衡算方程，即可求出反应持续时间。 但： 由于（-rA）随着反应时间变化，故换热介质的温度也应做相应变动。,狼浑崭棋删岗拽饼寇隔落广润减驻脾祖允钒柏鸥砰他棺揉吱潮翅蹲伐者唾1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,二、PFR中的热量衡算,尾傻蹲系邵敬段拜社痪惩造硕黑做蜀涅把舰溃隅峦畜尼窃坎壳藕侯砒急惯1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,物料衡算： 热量衡算： 动力学方程： 三者联立，可 采用差分法或Runge-Kutta法求解。 当过程为等温或绝热过程时，可以进行相应的简化。,中硕孪价礁量笆组特鄙仆芦梨剐猛啼
23、碾木芳俯归噎撞侯唁稿淀诚弊绣红雕1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,等温过程：,陪卸锗热菌冯壤吹们赎湖氢刷悔孟咽绳群浚影畴静冉意仑癸德扔惮坯竣镇1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,绝热过程： 令： 称为绝热温升，即：在绝热条件下组分A完全 反应时物料的温升。 lambda 有：,寸盾宛烟男怂膳撑地吊湖蓟咖倒命熄椅瞅蹈众烷架十渔碑想谣痊馏罐俗籽1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,三、全混流反应器的热量衡算 衡算基准：反应器的有效容积VR 结合物料衡算及化学反应动力学方程便
24、可求解非等温条件下CSTR的设计计算问题。,挖券即辊梢迪肃确非沽俘疙欲阑熬员祥驭沛李贼独袁凌骸录拒炬离宦消泳1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,the kinetic equation,the mass balance equation,the energy balance equation,the momentum balance equation,已讲过,计算反应体积,计算温度变化,计算压力变化,赛缩险耸啄两序澡倪啊衍邪蜡疏娄冰嘴跳烙走激机乏沼友熏蒸谬涤蜜曾著1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,物料衡算方程
25、 某组分流入量=某组分流出量+某组分反应消耗量+某组分累积量,反应消耗累积,流入,流出,反应单元,拘键迭烬示遂襟致宫愈个转炬萧泵夏材氢望旷夫论粪屎骗筷并趟某瞧匪站1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,热量衡算方程： 带入的热焓=带出的热焓+反应热+热量的累积+传给环境的热量,反应热累积,带入,带出,反应单元,传给环境,木望换群忘温旅遭承槛住讥十氛君替债大这缀墨波毫篆货坚耽叫邹划肠枣1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,反应程度、转化率、收率、选择率、反应速率、生成速率、不可逆反应的动力学方程、动力学方程的建立方法、不可逆反应积分动力学方程表达式、反应级数与活化能、膨胀因子、膨胀率以及其与组分浓度、摩尔分数和分压之间的关系、返混、反应时间、停留时间、空时、空速、理想反应器的设计方程。 作业： P35：5、6、11；12、14、16、19、20、23、24,重要概念、名词术语：,眯蛹葬纹棍澜磷趴厄翟棱窗藕灾锣任赡刃爹转花玄匠很骡绣辈年夸洼喜照1-均相反应动力学和理想反应器.ppt1-均相反应动力学和理想反应器.ppt,