化学反应工程学:是一门研究化学反应工程化问题的科学.三传一反:三传:动量,质量,热量;一反:反应动力学.化学反应的分类:1,反应系统的分 均相反应 非均相反应2,操作方式分 间歇操作 连续操作 半连续操作3.反应器型式分 管式反应器 槽式反应器 塔式反应器4.传热条件分 等温反应器 绝热反应器 非等温非绝热反应器 数学模型法.(依照物理模型和相关的已知原理写出描述物理模型的数学方程及初始和边界条件.步骤:1小试化学反应规律2运用大型冷模实验研究传递过程规律3利用计算机或其他手段综.合反应,传递过程规律预测反应器性能4热模实验检验数学模型的等效性,寻优化条件.
化学反应动力学方程:定量描述化学反应速率和影响化学反应因素之间的关系式.
基元反应:在反应中一步直接转化为产物的反应称为简单反应,又称基元反应.
反应器开发的任务:1,根据化学反应动力学的特性来选择合适的反应器型式;2,结合动力学和反应器两方面的特性来确定操作方式和优化操作条件.3,根据给定的产量对反应装置进行设计计算,确定反应器的尺寸并进行评价.
返混:发生在停留时间不同的物料之间的均匀化过程,反应器分类:1,间歇反应器:在反应器中物
料被充分混合,所有物料同时进入,属于简单混合.2,平推流反应器:在反应器内充分作径向混合,但不存在返混;3,全混流反应器:在这类反应器中进入的物料在瞬间与反应器内原有物料达到完美混合,物料返混达到最大值;4,非理想流动反应器:物料在这类反应器中存在一定的返混,物料返混程度介于平推流反应器和全混流反应器之间.质量作用定律:化学反应速率与反应物的有效质量成正比,其中的有效质量实际指浓度,质量作用定律只使用于基元反应.严格表述,基元反应的反应速率与各反应浓度的幂的乘积成正比.其中,各反应物的浓度的幂的指数即为基元反应方程式中该反应化学计量数的绝对值.
水分子团
反应持续时间:指反应物料进行反应达到所要求的反应程度或转化率所需时间.停留时间:又称接触时间,用于连续流动反应器,指流体微元从反应器入口到出口经历的时间.平均停留时间:各流体微元从反应器入口到出口所经历的平均时间称为平均停留时间.空间时间:反应器有效容积与流体特征体积流率的比值.空间速度:在单位时间内投入单位有效反应器容积内的物料体积.三种反应器特性:1间歇反应器:①反应器内有效空间中各位置的物料温度浓度都相同②反应过程中没有加料出料,物料在反应器中停留时间相同,无返混③出料组成与反应器内物料的最终组成相同④间歇操作,有辅助生产时间2平推流反应器:①反应器内没有物料的返混,所有物料通过反映其的时间相同②在垂直于流动方向上的同一截面,不同径向位置的
流体特性是一致的③再定常态下操作,反应器内状态只附轴向位置改变,不随时间改变3全混流反应器:①物料在反应器内充分返混②反应器内各处物料参数均一③反应器的出口组成与器内物料组成相同④反应过程中连续进料与出料是一定常态过程.
停留时间分布的定量描述,1,概率函数(停留时间分布函数);2,概率密度函数(停留时间密度函数)特征值1,数学期望,称为平均停留时间t0变量（时间t）对坐标原点的一次矩.特征值2,方差,称为散度,变量(时间t)对数学期望的二次矩.特征值3,无因次方差.停留时间分布规律的实验测定,目的:测定某一反应器中物料的停留时间分布规律.方法:示踪法.示踪法的要求:1,示踪剂与原物料是互溶的，但与原物料之间无化学反应发生.2,示踪剂必须是能用简便而又精确的方法加以确定的物质;3,示踪剂的加入必须对流体的流动没有影响;4,寿盒示踪剂尽量选用无毒,不燃,无腐蚀同时又价格较低的物质.示踪讯号输入的方式: 阶跃输入法 脉冲输入法
轴向扩散模型的停留时间分布规律采用阶跃输入法,示踪剂不参加反应.该方程的边界条件是:开开式艾叶提取物,开闭式,闭开式,闭闭式
多向催化反应步骤:1,反应组分从流体主流向固体催化剂外表面传递;2,反应组分从外表面上进行化学反应;3,反应组分在催化剂表面的活性中心上吸附;4,在催化表面上进行化学反应;5, 反应产物在催化剂表面上解吸;6,反应产物从催化剂内表面向外表面传递;7,反应产物从催化剂的外表面向流体主体传递.
催化反应过程的特征:1催化剂改变反应历程,改变反应速率,其本身在反应前后没有变化2对可逆反应催化剂不会改变反应物质的最终所能达到的平衡状态,只有平衡常数很大而反应速率很小的过程催化剂才发挥作用,但不改变化学平衡关系3对任何一个可逆反应,催化剂既会加快正反应速率,也会以同样速度加快逆反应速率不影响化学平衡常数k值4对反应过程有良好的选择性.固体催化剂组成催化活性物质,载体,助催化剂和抑制剂.
评价指标:必须具有高活性,高强度,高选择性和长寿命.载体在催化剂中起到的作用:1提高有效表面和适合的孔结构2使催化剂获得一定的机械强度3提高催化剂的热稳定性4提供活性中心5与活性组分作用形成新化合物6节省活性组分用量.堆密度:以催化剂颗粒堆积时的体积V堆为基准的密度.颗粒密度:又称假密度,指催化剂固体物质单位体积的质量.是以单个催化剂颗粒体积V颗为基准的密度.骨架密度:又称真密度,指单元体积催化剂颗粒的质量.以骨架体积V骨为基准的密度.孔隙率:催化剂颗粒孔容积与总体积的分率. 稳定的定态:反应器本身热稳定性良好,外部干扰不会引起系统操作状况的变化,反应仍可在
接近最佳状态下运行,一旦干扰除去,马上恢复到原定常态下运行.
化学吸附:由于电子的共用或转移而发生相互作用的分子与固体间电子重排.物理吸附:固体物质和气体分子间仅借助于范德华力作用.区别:化学吸附吸附剂与被吸附物有很强的选择性,吸附物在吸附剂表面属于单分子覆盖吸附温度可以高于被吸附物的沸点温度等离子体刻蚀,吸附热的大小近似于反应热,且可被看做吸附剂与被吸附物间发生了化学反应. 物理吸附过程中吸附剂与被吸附物之间是借助范德华力相结合,选择性弱,吸附盖层可以是多分子层.吸附温度低于被吸附物的沸点温度,吸附热大致接近于被吸附物的冷凝潜热.
理想吸附模型(兰格缪尔模型)条件:1催化剂表面上活性中心分布是均匀的,既催化剂表面各处的吸附能力是均一的2吸附活化能和脱附活化能与表面吸附的程度无关3每个活性中心仅能吸附一个气象分子4被吸收分子间互不影响,也不影响空位对均相分子的吸附
.固定床反应器定义:凡是流体通过不动的固体物料所经过的床层面反映的装置都称作固定床反应器. 优点:为固定床中催化剂不易磨损而且可长期使用,床层内流体的流体的流动接近于平推流.反应速率较快,可用叫少量的催化剂和较小容积的反应器获得较大的生产能力.滕六时间可以调节控制.温度分布可以适当调节,有利于达到高的转化率和选择性.缺点:固定床中
传热较差,反应速率对温度的敏感性强,更换催化剂时必须停止生产,而且更换时,劳动强度大,粉尘量大,因此,cz2879要求催化剂必须有足够长的使用寿命.流态化的不正常现象:1,沟流,由于流体分布板设计或安装上存在问题,使流体通过分布板进入农相段形成的气流,沟流造成气体与乳化相之间接触减少,传质与反应效果明显变差.2,节涌(腾涌)气流将床层一节节地往上做塞式推动,在上升到某一位置而崩落,流化床的正常操作被破坏.
流态化反应器的特点:1,流态化反应器采用的催化剂颗粒直径远小于固定床反应器选用的颗粒直径,则流化床反应器中颗粒外表面积远大于固定床反应器中颗粒的外表面积.这对传质与反应过程是有利的.2,由于流化床反应器的颗粒直径较小,催化剂颗粒的内扩散影响可被忽略,在流化床中流体流速较快,外扩散影响不予考虑,宏观动力学方程与本质动力学方程相同,反应速率获得提高.3,流体通过床层时基本上可以视为平推流,催化剂颗粒在床层运动接近全混流,这对某些反应过程有利,若再床内加入内构件很容易改变床层的流动形态以适应不同反应需要.4,由于颗粒在床内运动激烈,故要求颗粒有足够的强度.颗粒在床内被气流带出损失较大,对使用昂贵催化剂的过程是不利的.
反应器参数灵敏性:当反应器系统一个参数的微小变化引起其他参数有重大变化时的现象称
稳定性;指的是反应器操作受到干扰之后的自衡能力.不稳定的定态:微小的干扰就足以使反应器的操作状态极大的偏离原先的定态,即使扰动消除,太阳能沼气池系统也不能恢复到原来状态. 气泡晕包括尾涡和气泡云.
尾涡:当气体通过床层时一部分气体与颗粒之间组成乳化相,其余气体则从气泡形成通过乳相化.由于气体上升速度与乳化相速度不同,存在明显的速度差异,气泡在上升过程中必然会夹带一定量的乳相化物质,气泡在上升时其尾部形成负压,将吸入部分乳相化物质随其上升,这部分称尾涡. 气泡云:气泡上升时气泡外侧一定厚度的乳化相将随气泡一起上升,这部分被称为气泡云. 化学计量方程:仅仅表示反应物,生成物在反应过程的变化计量关系的方程.
反应级数:1反应级数不能独立预示反应速率的大小,只能表明反应速率对浓度的敏感程度2反应级数凭试验获得,当化学计量方程与反应的实际机理一致时,反应级数与计量系数才会相等3只能在实验条件范围内应用,可以是整,负,分数,总应级数很少达到3 判断:开高温度对活化能大的反应有利；开高浓度对反应技术大的反应有利.
催化剂失活的类型与原因:1结构变化2物理中毒3化学中毒 沿壁效应:由于沿壁处孔隙率不同而带来的对过程的影响称为沿壁效应. 措施:要求床层直径至少为粒径的八倍以上. 反应器
的多态:根据操作参数不同,两曲线的交点有两个,三个或一个, 定态操作稳定条件:移热线的斜率大于放热曲线的斜率. 分子扩散:当孔径较大时,分子扩散阻力主要是由于分子间碰撞所致,这种扩散就是通常所说的分子扩散或容积扩散.
克努森扩散:当微孔的孔径小于分子的平均自由程时,分子与孔壁的碰撞机会超过了分子间的相互碰撞,,从而使分子与孔壁的碰撞成为扩散阻力的主要因素. 流化床:随着流体流量增加,颗粒受到的曳力也随之增大.若颗粒受到的升力恰好等于自身重量时,颗粒受力处于平衡状态,故颗粒将在床层内作上下,左右,前后的激烈运动,这种现象被称为固体的流态化,整个床层称为流化床.
