應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)及反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

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第一章 應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)及反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ),第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)和工業(yè)反應(yīng)器的分類 第二節(jié) 化學(xué)計(jì)量學(xué) 第三節(jié) 加壓下氣相反應(yīng)的反應(yīng)焓和化學(xué)平衡常數(shù) 第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)速率及動力學(xué)方程 第五節(jié) 溫度對反應(yīng)速率的影響及最佳反應(yīng)溫度 第六節(jié) 反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及基本設(shè)計(jì)方程 第七節(jié) 討論與分析,第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)和工業(yè)反應(yīng)器的分類,一、 化學(xué)反應(yīng)分類 二、 工業(yè)反應(yīng)器的分類 1.按操作方法分類 2.按流動模型分類 3.按結(jié)構(gòu)型式分類,一、化學(xué)反應(yīng)分類,按反應(yīng)特性分類： 　機(jī)理，可逆性，分子數(shù)，級數(shù)，熱效應(yīng) 按反應(yīng)過程的條件分類： 　均相；非均相（催化非催化），如： 氣固相催化反應(yīng)，氣液相反應(yīng)。 　溫度，壓力，操作方式 化學(xué)反應(yīng)按功能的共性歸類，稱為化學(xué)反應(yīng)單元,一、 化學(xué)反應(yīng)分類,第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)和工業(yè)反應(yīng)器的分類,一、 化學(xué)反應(yīng)分類 二、 工業(yè)反應(yīng)器的分類 1.按操作方法分類 2.按流動模型分類 3.按結(jié)構(gòu)型式分類,二、工業(yè)反應(yīng)器的分類,現(xiàn)代大型化工廠的外貌特征：廠房毗連，設(shè)備龐大，高塔林立，管道縱橫。設(shè)備和管道交錯(cuò)復(fù)雜。其中，化學(xué)反應(yīng)器是化工廠的核心設(shè)備。 用來實(shí)現(xiàn)化學(xué)變化的設(shè)備－－反應(yīng)器 按反應(yīng)物料的相態(tài)進(jìn)行分類，可有均相反應(yīng)器和非均相反應(yīng)器兩大類。 按反應(yīng)物料流型進(jìn)行分類，可大約將反應(yīng)器分為平推流，全混流，非理想流動反應(yīng)器三大類。,1、按反應(yīng)相態(tài)，可分為均相和非均相反應(yīng) 器。 常見的均相反應(yīng)器是氣相均相反應(yīng)器和液相均相反應(yīng)器； 常見的非均相反應(yīng)器有氣固相、氣液相、液固相和氣液固相反應(yīng)器。 2、按反應(yīng)器與外界換熱方式，可分為等溫、換熱和絕熱反應(yīng)器。 3、按流動狀態(tài)，可分為理想流動和非理想反應(yīng)器。 4、按加料方式，可分為間歇、半間歇和連續(xù)流動反應(yīng)器。 5、按反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，可分為釜式、管式和塔式。,1.按操作方法,間歇，連續(xù)，半連續(xù),,,,2.按流動模型分類,停留時(shí)間分布 RTD (residence time distribution) 返混 Back Mixing,2.按流動模型分類,理想流動模型和非理想流動模型 活塞流反應(yīng)器 Plug flow reactor（PFR） 全混流反應(yīng)器 Mixed flow reactor（MFR） Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR),按結(jié)構(gòu)型式分類,3.,化工廠圖,,,,化工設(shè)備,,常見反應(yīng)器,用來實(shí)現(xiàn)化學(xué)變化的設(shè)備 過程工業(yè)中的核心裝置，其性能對生產(chǎn)過程的影響舉足輕重。 裂解爐 攪拌釜式反應(yīng)器 多釜串聯(lián)反應(yīng)器 氣液相塔式反應(yīng)器 固定床反應(yīng)器 流化床反應(yīng)器 氣液固三相反應(yīng)器,第二節(jié)　化學(xué)計(jì)量學(xué),化學(xué)計(jì)量學(xué)(stoichiometry)是以化學(xué)反應(yīng)式形式表達(dá)的質(zhì)量守恒定律，用于計(jì)算某一時(shí)刻的化學(xué)組成和各組分的數(shù)量變化。 (not chemometrics) 對化學(xué)反應(yīng)過程各參數(shù)進(jìn)行計(jì)量,1－1　化學(xué)計(jì)量式(stoichiometric equation),表達(dá)反應(yīng)組分間的數(shù)量關(guān)系，(不同于chemical equation，拉瓦錫首創(chuàng)),如果有m個(gè)反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，則第j個(gè)反應(yīng)和總反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量式可分別表達(dá)為,反應(yīng)物取負(fù)值，生成物取正值,,,－N2－3H2＋2NH3=0 －SO2－0.5O2＋1.5SO3＝0,1-2 反應(yīng)程度、轉(zhuǎn)化率及化學(xué)膨脹因子,一、反應(yīng)程度extent of reaction,二、轉(zhuǎn)化率conversion,1-2 反應(yīng)程度、轉(zhuǎn)化率及化學(xué)膨脹因子extent of reaction, conversion, chemical expansion factor,三、化學(xué)膨脹因子chemical expansion factor 每轉(zhuǎn)化掉1mol的反應(yīng)物A時(shí)，反應(yīng)混合物物質(zhì)的量的變化，用符號 表示。,對于反應(yīng)：,三、化學(xué)膨脹因子,在恒溫恒壓下進(jìn)行,,Expansion ratio　膨脹率,,1－3多重反應(yīng)系統(tǒng)中獨(dú)立反應(yīng)數(shù)的確定,Simple and complex reaction system 單一反應(yīng)(single reaction) 簡單反應(yīng)體系一個(gè)參數(shù)即可決定組成 多重反應(yīng)(multiple reactions) 復(fù)雜反應(yīng)體系需要多個(gè)參數(shù) 所需的參數(shù)個(gè)數(shù) = 獨(dú)立反應(yīng)數(shù)。,1－3多重反應(yīng)系統(tǒng)中獨(dú)立反應(yīng)數(shù)的確定,所需的參數(shù)個(gè)數(shù) = 獨(dú)立反應(yīng)數(shù)。 獨(dú)立反應(yīng)組中任一反應(yīng)，均不能由其他反應(yīng)線性組合而得到。 例（非獨(dú)立反應(yīng)組）： CH4 + H2O ? CO + 3H2 CH4 + 2H2O ? CO2 + 4H2 CO + H2O ? CO2 + H2,1－3多重反應(yīng)系統(tǒng)中獨(dú)立反應(yīng)數(shù)的確定,求反應(yīng)體系中獨(dú)立反應(yīng)的一般方法有: ① 觀察法。適用于反應(yīng)數(shù)較少的體系 ② 計(jì)量系數(shù)矩陣法 ③ 原子矩陣法 例： CH4 + H2O ? CO + 3H2 CH4 + 2H2O ? CO2 + 4H2 CO + H2O ? CO2 + H2 可以看出，（1）＋（3）＝（2）,② 計(jì)量系數(shù)矩陣法,寫成矩陣,,,,,秩k=2, 有兩個(gè)獨(dú)立反應(yīng)： -CH4 -H2O + CO + 3H2 =0 -H2O – CO + CO 2 + H2 =0,CH4 + H2O ? CO + 3H2 CH4 + 2H2O ? CO2 + 4H2 CO + H2O ? CO2 + H2,矩陣中不為零的子式的最大階數(shù)，叫做A的秩,原子矩陣法,體系含有CO, H2O, H2, CH4, CO2等5個(gè)組分, 其原子矩陣為,,,,,行初等變換：,原子矩陣法,,,CH4=（4）×H2+（1）×CO2+（－2）×H2O,CO=（1）×H2+（1）×CO2+（－1）×H2O,CH4+2H2O=4H2+CO2 CO+H2O=H2+CO2,③ 原子矩陣法,體系含有CO, H2O, H2, CH4, CO2, N2等6個(gè)組分, 其原子矩陣為 行初等變換后：,,,于是獲得：　　CH4 = 4H2 + CO2 - 2H2O 　　　　　　　CO =　 H2 + CO 2 - H2O,1－4多重反應(yīng)的收率及選擇率 Yield Selectivity,多重反應(yīng)是指有多個(gè)反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行的體系 同時(shí)反應(yīng)： Simultaneous reactions 連串反應(yīng)： Consecutive reactions 平行反應(yīng)： Parallel reactions 復(fù)合反應(yīng)（平行－連串反應(yīng)） Combination reactions,多重反應(yīng)舉例,氧與氨 苯氧化制順酐 CO加氫 乙烯氧化,氨的氧化,氨的氧化,Friedrich Wilhelm Ostwald ( 2 September 1853 – 4 April 1932) Nobel Prize 1909,苯氧化制順酐,孟山都公司,CO加氫、乙烯氧化,選擇率和收率的定義,關(guān)鍵組分key component,,,,,A,L,M,A,選擇率和收率的定義,對于單一反應(yīng)，收率等于轉(zhuǎn)化率，而選擇率等于1 轉(zhuǎn)化率是針對反應(yīng)物的，而收率選擇率則是針對目的產(chǎn)物的。,選擇率和收率的定義,關(guān)鍵組分key component,例題,乙烯氧化生成環(huán)氧乙烷，進(jìn)料：乙烯15mol，氧氣7mol, 出料中乙烯為13 mol,氧氣為4.76mol,試計(jì)算乙烯的轉(zhuǎn)化率， 環(huán)氧乙烷的收率及選擇率。 解：C2H4＋0.5O2→C2H4O C2H4＋3O2→2CO2＋2H2O xA=(15mol－13mol)/15mol=0.133 第一個(gè)反應(yīng)所消耗的乙烯＝轉(zhuǎn)化的乙烯×S 第二個(gè)反應(yīng)所消耗的乙烯＝轉(zhuǎn)化的乙烯×（1－S） 故有：2mol ×S ×0.5+2mol ×(1－S) ×3=7mol－4.76mol S=0.752 Y=第一個(gè)反應(yīng)所消耗的乙烯÷加入的乙烯總量（15mol） 故Y＝(2 × 0.752)÷15=0.100 或Y＝ xA S=0.100,第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)速率及動力學(xué)方程,速率（度）：快慢的程度 　　　 強(qiáng)度量、廣延量 單位反應(yīng)體積內(nèi)（單位反應(yīng)區(qū)域內(nèi)）的速率。,?,一、 間歇系統(tǒng)及連續(xù)系統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)速率,！上式右端的負(fù)號是針對反應(yīng)物；對于生成物，則不加此負(fù)號。,（1－38）,1.反應(yīng)速率的表示方式 平均速率表達(dá)式　瞬時(shí)速率表達(dá)式,一、 間歇系統(tǒng)及連續(xù)系統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)速率,當(dāng)反應(yīng)是在相界面上（如固體催化劑表面上）進(jìn)行時(shí)：,一、 間歇系統(tǒng)及連續(xù)系統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)速率,一、間歇系統(tǒng)BATCH SYSTEMS 通?？勺鞯热萏幚恚?物別強(qiáng)調(diào)上式表達(dá)反應(yīng)速率的前提：等容過程。 對于變?nèi)葸^程，上式就不能表達(dá)反應(yīng)速率。,一、 間歇系統(tǒng)及連續(xù)系統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)速率,一、 間歇系統(tǒng)及連續(xù)系統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)速率,對連續(xù)系統(tǒng)FLOW SYSTEMS，反應(yīng)速率可表示為 單位空間上某一反應(yīng)物工產(chǎn)物的摩爾流量的變化,,摩爾流量 摩爾數(shù),,,,,,,,NI,NI+dNI,dVR,,,,Ni 作為生成物則 Ni 作為反應(yīng)物則,,,一、 間歇系統(tǒng)及連續(xù)系統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)速率,反應(yīng)體積 固相質(zhì)量 反應(yīng)表面積 三者關(guān)系,inner,空間速度接觸時(shí)間（空時(shí)）和空速,空時(shí) Space Time 空速 Space Velocity (SV) 接觸時(shí)間和空間速度,,處理一個(gè)VR體積的物料所需要的時(shí)間,空時(shí)的倒數(shù)。即單位反應(yīng)體積所能處理的物料量,空速能表達(dá)反應(yīng)器生產(chǎn)強(qiáng)度的大小,空時(shí) Space Time 空速 Space Velocity (SV) 接觸時(shí)間和空間速度,,處理一個(gè)VR體積的物料所需要的時(shí)間,空時(shí)的倒數(shù)。即單位反應(yīng)體積所能處理的物料量,空速能表達(dá)反應(yīng)器生產(chǎn)強(qiáng)度的大小,,L,,,,vo=uA,u,,,一、 間歇系統(tǒng)及連續(xù)系統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)速率,用轉(zhuǎn)化率作變量表示速率,作業(yè)：P44，習(xí)題1－1,二、　動力學(xué)方程,特定反應(yīng)體系 通?？梢詫囟扰c濃度施行變量分離：,二、　動力學(xué)方程,基元反應(yīng)，可以根據(jù)質(zhì)量作用定律得出 某些非基元反應(yīng)，也可以通過其反應(yīng)機(jī)理而分析推理得出。 一般情況下的非基元反應(yīng)，可由實(shí)驗(yàn)確定。 常見的動力學(xué)方程有冪函數(shù)型及雙曲型,Law of mass action,Claude Louis Berthollet’s (1801),van 't Hoff (1877 ),C. M. Guldberg and P. Waage (1864),質(zhì)量作用定律,貝托雷o(hù)r貝索勒,二、　動力學(xué)方程,常見的動力學(xué)方程有冪函數(shù)型及雙曲型 上式中的各個(gè)冪次不是獨(dú)立的。因?yàn)楫?dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng)速度為零，即： 同時(shí)，由熱力學(xué)知：,三、溫度對反應(yīng)速率常數(shù)影響的異?，F(xiàn)象,溫度對反應(yīng)速率（總包速率）的影響可分為以下幾種類型,,,,,,,,,,,,,,,,縱坐標(biāo)：反應(yīng)速率 橫坐標(biāo)：溫度,,,,Svante August Arrhenius (19 February 1859 – 2 October 1927) Nobel Prize 1903,Jacobus Henricus van 't Hoff, Jr. (30 August 1852 – 1 March 1911) Nobel Prize 1901,Friedrich Wilhelm Ostwald ( 2 September 1853 – 4 April 1932) Nobel Prize 1909,物理化學(xué)三劍客,the three musketeers of physical chemistry,Jacobus van 't Hoff (left) and Wilhelm Ostwald,三、反應(yīng)速率常數(shù)影響的異?，F(xiàn)象,Van’t Hoff 規(guī)則：溫度升高10度，速率增加2~4倍 Arrhenius公式 頻率因子和指數(shù)因子， 活化能　activation energy,三、反應(yīng)速率常數(shù)影響的異?，F(xiàn)象,1/T,lnk,截距、斜率,三、反應(yīng)速率常數(shù)影響的異?，F(xiàn)象,Arrhenius公式 Boltzmann Distribution　分子能量的最可幾分布 大于某個(gè)能級的粒子所占的百分?jǐn)?shù)：,最可幾分布,左家和右家 各持幾張紅心？ 3－2：67.8% 4－1：28.3% 5－0： 3.9% 3－2分布 為最可幾分布,Contract Bridge,速率常數(shù)與活化能及溫度的關(guān)系,,,,其中微分式的阿累尼烏斯公式與化學(xué)熱力學(xué)中的Van’t Hoff方程極為相似，這不是偶然的。 Van’t Hoff方程描述可逆反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系：,Van’t Hoff 方程,Arrhenius公式,,,對于可逆反應(yīng),兩邊對溫度求導(dǎo)數(shù)，,上式左端代入Arrhenius公式，右端代入Van’t Hoff公式，則可以得到正、逆反應(yīng)活化能與化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)的關(guān)系式,或:,即可逆反應(yīng)的逆反應(yīng)活化能與正反應(yīng)活化能之差等于反應(yīng)的熱效應(yīng)。,由阿累尼烏斯方程式可總結(jié)出溫度與反應(yīng)速率常之間有如下關(guān)系。 第一、反應(yīng)速率對反應(yīng)溫度的變化極為敏感，溫度提高則反應(yīng)速率顯著加快。在一定溫度范圍內(nèi)，溫度每升高10℃，反應(yīng)速率約增大2～4倍。 第二、根據(jù)式， 之間系呈線性關(guān)系，這是實(shí)驗(yàn)上測定活化能及頻率因子的理論依據(jù)。 第三、活化能越高，反應(yīng)速率常數(shù)越小，化學(xué)反應(yīng)就越緩慢。一般化學(xué)反應(yīng)的活化能約為4×104～4×105J/mol，多數(shù)在6×104～2.4×105J/mol之間，小于此范圍的化學(xué)反應(yīng)，往往快到不易測定，大于此范圍的化學(xué)反應(yīng)極為緩慢，一般必須通過添加催化劑，降低反應(yīng)的活化能才能獲得有實(shí)踐意義的反應(yīng)速率。 第四、關(guān)于反應(yīng)速率隨溫度變化的靈敏性，有兩個(gè)結(jié)論：第一、溫度越低，則靈敏性越高；第二，活化能越高，靈敏性越高。關(guān)于這一結(jié)論，說明如下。,,,三、反應(yīng)速率常數(shù)影響的異?，F(xiàn)象（1）,,,,,lnk,1/T,傳質(zhì)作用影響： 表觀活化能隨溫度升高而降低,三、反應(yīng)速率常數(shù)影響的異?，F(xiàn)象（2）,生產(chǎn)硝酸過程：,4NH3 + 5O2 ＝ 4NO + 6H2O 2NO + O2 = 2NO2 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO,溫度升高后，“反應(yīng)速率常數(shù)k1”下降？,反應(yīng)機(jī)理影響：,三、反應(yīng)速率常數(shù)影響的異?，F(xiàn)象,2NO + O2 = 2NO2,2NO = (NO)2　　　 (NO)2 + O2 = 2NO2,很快 控制步驟,平衡近似法：,催化劑性能發(fā)生變化,三、反應(yīng)速率常數(shù)影響的異常現(xiàn)象（3）,2SO2 + O2 = 2SO3,,第五節(jié)　溫度對反應(yīng)速率的影響及最佳反應(yīng)溫度,一、溫度對單一反應(yīng)速率的影響及最佳溫度曲線 1. 溫度對不同類型單一反應(yīng)速率的影響 （1）不可逆反應(yīng) （2）可逆吸熱反應(yīng) （3）可逆放熱反應(yīng) 2. 可逆放熱反應(yīng)的最佳溫度曲線 二、溫度對平行反應(yīng)和連串反應(yīng)速率的影響 1.平行反應(yīng) 2.連串反應(yīng),第五節(jié)　溫度對反應(yīng)速率的影響及最佳反應(yīng)溫度,一、溫度對單一反應(yīng)速率的影響及最佳溫度曲線 1. 溫度對不同類型單一反應(yīng)速率的影響 （1）不可逆反應(yīng) 盡可能高的溫度下反應(yīng)，以提高反應(yīng)速率。 受限：催化劑，高溫材料，供熱，付反應(yīng)等,隨溫度的升高，k1升高， 升高， 也升高總的結(jié)果，隨溫度的升高，總的反應(yīng)速率提高。因此，對于可逆吸熱反應(yīng)，也應(yīng)盡可能在較高溫度下進(jìn)行，這樣既有利于提高平衡轉(zhuǎn)化率，又可提高反應(yīng)速率。 同樣，也應(yīng)考慮一些因素的限制。,（2）可逆吸熱反應(yīng),例如，天然氣的蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)  是可逆吸熱反應(yīng)，提高溫度有利于提高反應(yīng)速率并提高甲烷的平衡轉(zhuǎn)化率，但考慮到設(shè)備材質(zhì)等條件限制，一般一段轉(zhuǎn)化爐內(nèi)溫度小于800-850℃。,（3）可逆放熱反應(yīng)reversible exothermic reaction,隨溫度的升高，k1升高， 降低， 也降低。 總的結(jié)果，反應(yīng)速率受兩種相互矛盾的因素影響。,reversible exothermic reaction,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,0.0,0.20,0.40,0.60,0.80,,x,r(x,T),,,,,,,,,最佳溫度曲線　Optimal temperature profile:,,,,轉(zhuǎn)化率,最佳溫度,,,,最佳溫度,轉(zhuǎn)化率,二、可逆放熱反應(yīng)的最佳溫度曲線,最佳溫度曲線的求解：,二、可逆放熱反應(yīng)的最佳溫度曲線,二、溫度對平行和連串反應(yīng)速率的影響,1、平行反應(yīng) 當(dāng)反應(yīng)組分A2大大過量 可以求得：,二、溫度對平行和連串反應(yīng)速率的影響,2、連串反應(yīng),第六節(jié) 反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及的基本設(shè)計(jì)方程,一、反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 1、化學(xué)基礎(chǔ) ２、生產(chǎn)工藝及反應(yīng)器的設(shè)計(jì)參數(shù) ３、安全生產(chǎn)技術(shù),第六節(jié) 反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及的基本設(shè)計(jì)方程,一、反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 1、化學(xué)基礎(chǔ) 反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)、催化劑，轉(zhuǎn)化率及選擇率收率 熱力學(xué)數(shù)據(jù)和物性數(shù)據(jù) 反應(yīng)動力學(xué)（微觀或本征動力學(xué)、顆粒級宏觀動力學(xué)） 流動狀況（床層級宏觀動力學(xué)） 實(shí)際操作中的非正常情況,第六節(jié) 反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及的基本設(shè)計(jì)方程,一、反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 1、化學(xué)基礎(chǔ) ２、生產(chǎn)工藝及反應(yīng)器的設(shè)計(jì)參數(shù),第六節(jié) 反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及的基本設(shè)計(jì)方程,一、反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 1、化學(xué)基礎(chǔ) 2、生產(chǎn)工藝及反應(yīng)器的設(shè)計(jì)參數(shù) 3、安全生產(chǎn)技術(shù) 高溫高壓、易燃易爆、有毒有害、腐蝕污染； 操作連續(xù)性強(qiáng)，自動化程度高,第六節(jié) 反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及的基本設(shè)計(jì)方程,配氧的安全生產(chǎn)技術(shù),,,非爆區(qū),爆炸區(qū),氧體積分?jǐn)?shù),乙烯體積分?jǐn)?shù),第六節(jié) 反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及的基本設(shè)計(jì)方程,配氧的安全生產(chǎn)技術(shù),爆炸極限 可燃物質(zhì)(可燃?xì)怏w、蒸氣和粉塵)與空氣(或氧氣)必須在一定的濃度范圍內(nèi)均勻混合，形成預(yù)混氣，遇著火源才會發(fā)生爆炸，這個(gè)濃度范圍稱為爆炸極限，或爆炸濃度極限。,若干可燃?xì)怏w在空氣中的爆炸極限,第六節(jié) 反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及的基本設(shè)計(jì)方程,選擇合適的反應(yīng)器型式 反應(yīng)動力學(xué)特性+反應(yīng)器的流動特征+傳遞特性 確定最佳的工藝條件 最大反應(yīng)效果+反應(yīng)器的操作穩(wěn)定性 進(jìn)口物料的配比、流量、反應(yīng)溫度、壓力和最終轉(zhuǎn)化率 計(jì)算所需反應(yīng)器體積 規(guī)定任務(wù)+反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和尺寸的優(yōu)化,一、反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ),二、 反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基本方程,the kinetic equation,the mass balance equation,the energy balance equation,the momentum balance equation,基礎(chǔ)關(guān)系式,計(jì)算反應(yīng)體積,計(jì)算溫度變化,計(jì)算壓力變化,,,,,衡算“三要素”,組分 時(shí)間 空間,物料衡算方程。針對任一反應(yīng)單元，在任一時(shí)間段內(nèi)：,某組分累積量=某組分流入量－某組分流出量－某組分反應(yīng)消耗量,反應(yīng)消耗 累積,,流入,,流出,反應(yīng)單元,,帶入的熱焓=帶出的熱焓+反應(yīng)熱+熱量的累積+傳給環(huán)境的熱量,反應(yīng)熱 累積,,帶入,,帶出,反應(yīng)單元,,,傳給環(huán)境,能量衡算方程：針對任一反應(yīng)單元，在任一時(shí)間段內(nèi),動量衡算方程（流體力學(xué)方程）,氣相流動反應(yīng)器的壓降大時(shí)，需要考慮壓降對反應(yīng)的影響，需進(jìn)行動量衡算。,