青海大学化学反应工程01应用化学反应动力学及反应器设计基础探析.ppt

第一章 应用化学反应动力学及反应器设计基础 ;1.1 化学反应和工业反应器的分类 1.1.1 化学反应的分类 按化学反应的特性及过程特点分类如下 1）按化学反应的特性分类： （1）反应机理：a、单一反应；b、多重反应； （2）反应的可逆性：a、可逆反应；b、不可逆反应 ； （3）反应的分子数 ：a、单分子反应；b、多分子反应 ； ;（4）反应级数：a、零级反应；b、正级数反应； c、负级数反应；d、分数级反应； ;2）按反应物系相的类别与数目分类： （1）均相反应：a、催化反应（气相反应，液相 反应）；b、非催化反应（气相反应，液相 反应）；;（2）多相反应：a、催化反应（液-液相反应， 气-液相反应，液-固相反应，气-固相反 应，固-固相反应，气-液-固三相反应）； b、非催化反应（液-液相反应，气-液相反 应，液-固相反应，气-固相反应，固-固相 反应，气-液-固三相反应）； ;3）按反应过程条件分类： （1）温度条件：a、等温反应；b、绝热反应；c、非绝热变温反应； （2）压力条件：a、常压反应；b、加压反应；c、减压反应； （3）操作方法：a、间歇反应过程；b、连续反应过程；c、半间歇反应过程；;操作方式;4）按反应速度来分： （1）瞬间反应（飞速反应）； （2）快速反应； （3）中速反应； （4）慢速反应；;化学反应速度范围;5）按化学反应的功能分类;1.1.2 工业反应器的分类 1）按操作方法分类 (1)间歇反应器； (2)连续流动反应器（管式或釜式反应器）； (3)半间歇反应器； 2）按流动模型分类 (1)理想流动反应器 a、平推流 b、全混流 (2)非理想流动反应器; 反应器设计、优化和放大;年龄 反应物料质点从进入反应器算起、已经停留的时间；是对仍留在反应器中的物料质点而言的。 寿命 反应物料质点从进入反应器算起、到离开反应器为止的时间；是对已经离开反应器的物料质点而言的。 返混 又称逆向返混，不同年龄的质点之间的混合，是时间概念上的混合。 ; 化学反应器中流体流动状况、影响反应速率和反应选择率，直接影响反应结果。研究反应器中的流体流动模型是反应器选型、设计和优化的基础。 流动模型是反应器中流体流动与返混的描述，尽管工业反应器多种多样，反应器中流体复杂，但就其返混情况而言可以用不同的流动模型来描述。 ; 流动模型可分为两大类：理想流动模型和非理想流动模型。 理想流动模型的两种极限情况：即完全没有返混的平推流反应器和返混为极大值的全混流反应器。 非理想流动模型是对实际工业反应器中流体流动状况对理想流动偏离的描述。 对实际工业反应器，在测定停留时间分布基础上，可以确定非理想流动模型参数，表达对理想流动的偏离程度。 ;平推流反应器;;单套管式反应器 ;;;;特点： A、沿着物料的流动方向，物料的温度、浓度不断变化。 B、垂直于物料流动方向的任一截面（又称径向平面）上物料的所有参数，如浓度、温度、压力、流速都相同。 C、所有物料质点在反应器中具有相同的停留时间，反应器中不存在返混。 长径比很大，流速较高的管式反应器中的流体流动可视为平推流。 ;全混流模型;;;反应器推动力 反应器的推动力是由反应器内反应物浓度差产生的;A、平推流反应器的推动力随反应器的轴向长度逐渐降低；B、全混流反应器的推动力等于反应器出口处的推动力；C、在反应器进出口条件相同的情况下，间歇反应器与平推流反应器的推动力相同，前者随时间变化，后者随空间位置变化；D、在反应器进出口条件相同的情况下，间歇反应器与平推流反应器的推动力均大于全混流反应器的推动力；;非理想流动模型;;短路、沟流;3）按结构类型分类;思考题;1.2 化学计量学;(2）若反应系统中有n个组分，化学计量式为： 上式的左边为反应物，右边为产物。 上式中一般将反应物的化学计量系数取负值，产物的化学计量系数取正值。例如二氧化硫氧化反应，其化学计量式可改写为 SO3 -SO2-0.5O2=0; (3）如果反应系统中有n个组分发生m个反应，则第j个反应的化学计量式为 ;此处必须着重指出的是：;1.2.2 反应进度、转化率及化学膨胀因子 SO2 + 0.5O2 = SO3 1) 反应进度ξ 对于间歇系统中的单反应进行物料衡算 ;;2) 转化率 （1）对于间歇系统，反应物A的反应量与其初始量之比称为A的转化率。