[學(xué)習(xí)]反應(yīng)工程基礎(chǔ)程易期末復(fù)習(xí)

1、反應(yīng)工程期末復(fù)習(xí),2013.6.13,清華大學(xué)綠色反應(yīng)工程與工藝北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室Fluidization Laboratory Of Tsinghua University （ FLOTU）,考試范圍,內(nèi)容： 前八章、非理想流動(dòng)+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(jì)算題考試安排： 時(shí)間：6月24日（星期一）下午2:30 - 4:30 地點(diǎn)：一教201,考試

2、范圍,答疑安排： 時(shí)間：6月23日9:00-11:00、24日9:00-11:30 地點(diǎn)：工物館324東會(huì)議室作業(yè)： 標(biāo)準(zhǔn)答案及作業(yè)完成情況將上傳到網(wǎng)絡(luò)學(xué)堂，請(qǐng)將作業(yè)補(bǔ)齊，截止時(shí)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(dòng)力學(xué),化學(xué)計(jì)量學(xué),能量衡算,,,,第一章,第二章,第五章,第六章,第三章,綜合設(shè)計(jì),,第四章,第八章,第七章,反應(yīng)器設(shè)計(jì)的一般步驟,題型：求體積、轉(zhuǎn)化率、時(shí)間、動(dòng)力學(xué)按照步驟依次推導(dǎo)，最后帶入數(shù)據(jù),解題一般思路,針對(duì)某種形式反應(yīng)器，寫出摩爾衡算方程（設(shè)計(jì)方程）,寫出動(dòng)力學(xué)方程（不可逆？可逆？?jī)舴磻?yīng)速率？）,利用化學(xué)計(jì)量學(xué)，關(guān)聯(lián)不同組分反應(yīng)速率、濃度，考慮體積變化影響,將化學(xué)計(jì)量

4、學(xué)處理后的濃度帶入動(dòng)力學(xué)，將動(dòng)力學(xué)帶入摩爾衡算方程,若非等溫，根據(jù)反應(yīng)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(yīng)器設(shè)計(jì)習(xí)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(yīng)為： ， 反應(yīng)在全混流反應(yīng)器中進(jìn)行 液體進(jìn)料速度是0.278 m3/ks 該反應(yīng)為二級(jí)反應(yīng)，動(dòng)力學(xué)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(zhuǎn)化率為87.5%，試求下述兩種情況中反應(yīng)器的體積： （1）單個(gè)全混釜； （2）三個(gè)等體積全混釜,例題,,,等溫反應(yīng)器設(shè)計(jì)——循環(huán)反應(yīng)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(yīng)動(dòng)力學(xué)——準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)假設(shè)，酶反應(yīng)機(jī)理準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)假設(shè)：設(shè)定活性中間產(chǎn)物的生成速率等于0 活性中間產(chǎn)物：具有高的反應(yīng)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(chǎn)物2. 將反應(yīng)機(jī)理中的每個(gè)方程視為基元反應(yīng)3. 寫出目的產(chǎn)物的生成速率方程和活性中間產(chǎn)物的速率方程4. 應(yīng)用準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)假設(shè)5. 聯(lián)立方程，消去中間產(chǎn)物的濃度項(xiàng),非理想流動(dòng)(第九章、第十章),理想反應(yīng)器 vs

7、. 非理想反應(yīng)器停留時(shí)間分布的數(shù)學(xué)描述理想反應(yīng)器及其組合的RTD宏觀混合 vs. 微觀混合非理想反應(yīng)器模型（預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)化率）,重點(diǎn)概念,理想反應(yīng)器 vs. 非理想反應(yīng)器,理想反應(yīng)器 —— 4種 （前8章內(nèi)容）,間歇釜,CSTR,PFR,反應(yīng)器特點(diǎn),1.濃度、溫度、反應(yīng)速率無空間分布；2.非穩(wěn)態(tài)，物理量?jī)H為時(shí)間的函數(shù)。,1.濃度、溫度、反應(yīng)速率無空間分布；2.穩(wěn)態(tài), d/dt=0;3.出口量=反應(yīng)器內(nèi)量4.空間、時(shí)間返混無窮大

8、,1.濃度、溫度、反應(yīng)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(shí)間返混,非理想反應(yīng)器 非理想性源于眾多因素： 如：非理想流動(dòng)，非理想混合 非理想反應(yīng)器描述： 停留時(shí)間分布 、混合程度、反應(yīng)器模型 本章重點(diǎn)考慮因素： 停留時(shí)間分布（RTD）,理想反應(yīng)器 vs. 非理想反應(yīng)器,RTD數(shù)學(xué)描述的獲得 統(tǒng)計(jì)學(xué)概念，流動(dòng)非理想性

9、總體效果 實(shí)驗(yàn)測(cè)量法：注入示蹤劑 對(duì)所有類型的實(shí)際反應(yīng)器 脈沖注入法、階躍注入法 C出口、C入口與t的關(guān)系 示蹤方式不影響RTD特性,停留時(shí)間分布的數(shù)學(xué)描述,停留時(shí)間分布密度函數(shù)E(t),停留時(shí)間分布的數(shù)學(xué)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(shí)間分布的數(shù)學(xué)描述,平均停留時(shí)

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

11、進(jìn)行混合（傳質(zhì)） 　每個(gè)流體微團(tuán)視為一個(gè)小間歇釜，利用間歇釜的物料衡算式及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，可推導(dǎo)Ｘ~t的關(guān)系；又稱離析流。 　例：顆粒流。 　最大混合（微觀流體）：不同停留時(shí)間的分子（流體內(nèi)的分子）之間完全混合（可自由運(yùn)動(dòng)） 　　考慮流體微團(tuán)之間的傳質(zhì)，即考慮分子擴(kuò)散。,宏觀混合vs. 微觀混合,非理想反應(yīng)器模型,模型：便于計(jì)算；等效性！而非真實(shí)性！,非理想反應(yīng)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(jì)算最大混合模型,E(t)具體形式：1）實(shí)驗(yàn)獲得；2）幾類特殊反應(yīng)器，E(t)有現(xiàn)成表達(dá)式： CSTR、PFR、層流……,非理想反應(yīng)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(yīng)器——單參數(shù)模型,多釜串聯(lián)模型,,n,,,n: calculated from RTD,一級(jí)反應(yīng):,n:整數(shù)，非整數(shù),非一級(jí)反應(yīng):,n:整數(shù),知道RTD即可,非理想反應(yīng)器——單參數(shù)模型,返混擴(kuò)散模型,