[學習]反應工程基礎程易期末復習

1、反應工程期末復習,2013.6.13,清華大學綠色反應工程與工藝北京市重點實驗室Fluidization Laboratory Of Tsinghua University （ FLOTU）,考試范圍,內容： 前八章、非理想流動+非均相催化+固定床+流化床題型、題量： 判斷題，選擇題，填空題，計算題考試安排： 時間：6月24日（星期一）下午2:30 - 4:30 地點：一教201,考試

2、范圍,答疑安排： 時間：6月23日9:00-11:00、24日9:00-11:30 地點：工物館324東會議室作業(yè)： 標準答案及作業(yè)完成情況將上傳到網絡學堂，請將作業(yè)補齊，截止時間：6月23日上午11:00。助教聯(lián)系方式： 徐鵬程：13810355385 曹晨熙：15120003088 工物館315A,CH.14 Fixed-bed Reactor,CH.15

3、Fluidized Reactor,前八章,摩爾衡算,動力學,化學計量學,能量衡算,,,,第一章,第二章,第五章,第六章,第三章,綜合設計,,第四章,第八章,第七章,反應器設計的一般步驟,題型：求體積、轉化率、時間、動力學按照步驟依次推導，最后帶入數(shù)據,解題一般思路,針對某種形式反應器，寫出摩爾衡算方程（設計方程）,寫出動力學方程（不可逆？可逆？凈反應速率？）,利用化學計量學，關聯(lián)不同組分反應速率、濃度，考慮體積變化影響,將化學計量

4、學處理后的濃度帶入動力學，將動力學帶入摩爾衡算方程,若非等溫，根據反應器形式，寫出熱量衡算方程,求解方程（組），求V，X，t，rA均可,,,,,,等溫反應器設計習題 （不是最難的，但是最有代表性的） 苯醌（A）和環(huán)二戊烯（B）在298K下的液相加成反應為： ， 反應在全混流反應器中進行 液體進料速度是0.278 m3/ks 該反應為二級反應，動力學方程為 –rA=kCAC

5、B ，k=9.92m3/(kmol·ks) 苯醌（A）和環(huán)二戊烯（B）的起始濃度分別為0.08和0.1 kmol/m3 若要求苯醌的轉化率為87.5%，試求下述兩種情況中反應器的體積： （1）單個全混釜； （2）三個等體積全混釜,例題,,,等溫反應器設計——循環(huán)反應器,F’A0X’A0=0,,,,,,FA3,FA0?0XA0=0,,FA2,,,,,P,Q,V*,,Plug flow, V,,,F

6、’A1X’A1,F’A2X’A2,＋,＋,,非基元反應動力學——準穩(wěn)態(tài)假設，酶反應機理準穩(wěn)態(tài)假設：設定活性中間產物的生成速率等于0 活性中間產物：具有高的反應活性，且以低濃度存在求解速率方程步驟：1. 確定活性中間產物2. 將反應機理中的每個方程視為基元反應3. 寫出目的產物的生成速率方程和活性中間產物的速率方程4. 應用準穩(wěn)態(tài)假設5. 聯(lián)立方程，消去中間產物的濃度項,非理想流動(第九章、第十章),理想反應器 vs

7、. 非理想反應器停留時間分布的數(shù)學描述理想反應器及其組合的RTD宏觀混合 vs. 微觀混合非理想反應器模型（預測轉化率）,重點概念,理想反應器 vs. 非理想反應器,理想反應器 —— 4種 （前8章內容）,間歇釜,CSTR,PFR,反應器特點,1.濃度、溫度、反應速率無空間分布；2.非穩(wěn)態(tài)，物理量僅為時間的函數(shù)。,1.濃度、溫度、反應速率無空間分布；2.穩(wěn)態(tài), d/dt=0;3.出口量=反應器內量4.空間、時間返混無窮大

8、,1.濃度、溫度、反應速率只有軸向分布；2.穩(wěn)態(tài), d/dt=0;3.徑向理想混合、軸向無返混、無時間返混,非理想反應器 非理想性源于眾多因素： 如：非理想流動，非理想混合 非理想反應器描述： 停留時間分布 、混合程度、反應器模型 本章重點考慮因素： 停留時間分布（RTD）,理想反應器 vs. 非理想反應器,RTD數(shù)學描述的獲得 統(tǒng)計學概念，流動非理想性

9、總體效果 實驗測量法：注入示蹤劑 對所有類型的實際反應器 脈沖注入法、階躍注入法 C出口、C入口與t的關系 示蹤方式不影響RTD特性,停留時間分布的數(shù)學描述,停留時間分布密度函數(shù)E(t),停留時間分布的數(shù)學描述,脈沖示蹤：,階躍示蹤：,C(t)為出口濃度,C(t)為出口濃度C0為階躍濃度,RTD函數(shù)的數(shù)字特征,停留時間分布的數(shù)學描述,平均停留時

10、間：,方差：,無因次RTD函數(shù)：,停留時間分布的數(shù)學描述,無因次停留時間：,,理想CSTR：,理想反應器RTD,,,,RTD特性曲線,RTD特性曲線,RTD特性曲線,CSTR：,PFR：,層流反應器：,間歇釜,理想反應器組合的RTD,nCSTRs：,理想反應器組合的RTD,RTD特性曲線,CSTR+PFR：,宏觀混合：RTD微觀混合：不同停留時間的分子間的接觸情況 　完全離散（宏觀流體）：不同停留時間的分子（流體微團）之間沒有

11、進行混合（傳質） 　每個流體微團視為一個小間歇釜，利用間歇釜的物料衡算式及反應動力學，可推導Ｘ~t的關系；又稱離析流。 　例：顆粒流。 　最大混合（微觀流體）：不同停留時間的分子（流體內的分子）之間完全混合（可自由運動） 　　考慮流體微團之間的傳質，即考慮分子擴散。,宏觀混合vs. 微觀混合,非理想反應器模型,模型：便于計算；等效性！而非真實性！,非理想反應器——零參數(shù)模型,離散模型（宏觀流體）

12、 利用X(t)與RTD特性計算最大混合模型,E(t)具體形式：1）實驗獲得；2）幾類特殊反應器，E(t)有現(xiàn)成表達式： CSTR、PFR、層流……,非理想反應器——零參數(shù)模型,離散模型與最大混合模型比較,非理想反應器——單參數(shù)模型,多釜串聯(lián)模型,,n,,,n: calculated from RTD,一級反應:,n:整數(shù)，非整數(shù),非一級反應:,n:整數(shù),知道RTD即可,非理想反應器——單參數(shù)模型,返混擴散模型,