第一章应用化学反应动力学及反应器设计基础2025/8/30
2025/8/30 第一章 应用化学反应动力学及 反应器设计基础
本章授课内容化学反应器和工业反应器的分类化学计量学加压下气相反应的反应恰和化学平衡常数化学反应速率及动力学方程温度对反应速率的影响及最佳反应温度反应器设计基础及基本设计方程2025/8/30
2025/8/30 本章授课内容 ❖ 化学反应器和工业反应器的分类 ❖ 化学计量学 ❖ 加压下气相反应的反应焓和化学平衡常数 ❖ 化学反应速率及动力学方程 ❖ 温度对反应速率的影响及最佳反应温度 ❖ 反应器设计基础及基本设计方程
第一节化学反应和工业反应器的分类一：化学反应的分类（1）按反应的化学特性分类（2）按化学反应单元的分类反应机理（1）单一反应：（2）多重反应反应的可逆性(1)可逆反应（2）不可逆反应(1)单分子反应；（3）三分子（2）双分子反应：反应分子数反应（1）一级反应；（3）三级反（2）二级反应；应；反应级数(4)零级反应；（5）分数级反应反应热效应(1)(2)放热反应：吸热反应202578/30
2025/8/30 第一节 化学反应和工业反应器的分类 一. 化学反应的分类 （1）按反应的化学特性分类（2）按化学反应单元的分类 反应机理 （1）单一反应；（2）多重反应 反应的可逆性 （1）可逆反应；（2）不可逆反应 反应分子数 （1）单分子反应；（2）双分子反应；（3）三分子 反应 反应级数 （1）一级反应；（2）二级反应；（3）三级反 应； （4）零级反应；（5）分数级反应 反应热效应 （1）放热反应；（2）吸热反应
（3）按反应过程进行的条件分类催化反应均相气相反应：液相反应非催化反应催化反应液-液相反应：气-液相反应：液-固相反应多相气一固相反应：固一固相反应：气-液一固三相反应非催化反应温度等温反应：绝热反应：非绝热变温反应压力常压反应：加压反应；减压反应间歌过程：连续过程（平推流、全混流、中间型）半间歇过程操作方法定态过程：非定态过程，全混流）理想流动模型（平推流，流动模型非理想流动模型2025/8/30
2025/8/30 (3)按反应过程进行的条件分类 均相 催化反应 气相反应；液相反应 非催化反应 多相 催化反应 液-液相反应；气-液相反应；液-固相反应； 非催化反应 气-固相反应；固-固相反应；气-液-固三相反应 温度 等温反应；绝热反应；非绝热变温反应 压力 常压反应；加压反应；减压反应 操作方法 间歇过程；连续过程（平推流、全混流、中间型）； 半间歇过程 定态过程；非定态过程 流动模型 理想流动模型（平推流，全混流） 非理想流动模型
二.工业反应器的分类（一）按操作方法分类间歇反应器管式及金式连续流动反应器半间歇反应器2025/8/30
2025/8/30 二.工业反应器的分类 (一) 按操作方法分类 间歇反应器 管式及釜式连续流动反应器 半间歇反应器
间歇操作将反应原料一次加入反应器，反应一段时间或浓度物质量达到一定的反应程度后一CAnA次取出全部的反应物料，体积V然后进入下一轮操作。2025/8/30
2025/8/30 间歇操作 将反应原料一次加入 反应器，反应一段时间或 达到一定的反应程度后一 次取出全部的反应物料， 然后进入下一轮操作。 浓度 CA 物质量 nA 体积V
间歇操作的主要特点·操作特点：反应过程中既没有物料的输入，也没有物料的输出，不存在物料的进与出。基本特征：间歇反应过程是一个非稳态的过程，反应器内组成随时间变化而变化。主要优点：操作灵活，设备完全混合流反应器费低，适用于小批量生产或小规模废水的处理。反应产物浓·主要缺点：设备利用率低，度反应物劳动强度大，每批的操作条件不易相同，不便自动控制。反应时间2025/8/30
2025/8/30 • 操作特点∶反应过程中既没有物料的输入，也没有物料的 输出，不存在物料的进与出。 • 基本特征∶间歇反应过程是一个非稳态的过程，反应器内 组成随时间变化而变化。 反应时间 浓 度 完全混合流反应器 反应物 反应产物 • 主要优点∶操作灵活，设备 费低，适用于小批量生产或 小规模废水的处理。 • 主要缺点∶设备利用率低， 劳动强度大，每批的操作条 件不易相同，不便自动控制。 间歇操作的主要特点
连续操作连续地将原料输入反应器，反应产物也连续地流出反应器A的流入量A的流出量管式连续流动反应器、釜式连续流动反应器2025/8/30
2025/8/30 连续操作 连续地将原料输入反应器，反应产物也连续地流出反应器 A的流入量 A的流出量 管式连续流动反应器、釜式连续流动反应器
连续操作的主要特点时刻伴操作特点：物料连续输入，产物连续输出，专随着物料的流动。基本特征：连续反应过程是一个稳态过程，反应器内各处的组成不随时间变化。（反应组分、浓度可能随位置变化而变化。）主要优点：便于自动化，劳动生产率高，反应程度与产品质量较稳定。规模大或要求CAO严格控制反应条件的场合，多采用A-RCRCRT连续操作。浓度主要缺点：灵活性小，设备CA投资高。CArL02025/8/30管长
2025/8/30 • 操作特点∶物料连续输入，产物连续输出，时刻伴 随着物料的流动。 • 基本特征∶连续反应过程是一个稳态过程，反应器 内各处的组成不随时间变化。（反应组分、浓度可 能随位置变化而变化。） • 主要优点∶便于自动化，劳动生产率高，反应程度 与产品质量较稳定。规模大或要求 严格控制反应条件的场合，多采用 连续操作。 • 主要缺点∶灵活性小，设备 投资高。 连续操作的主要特点
半间歇操作/半连续操作操作：原料与产物中的一种或一种以上为连续输入或输出，而其它成分分批加入或取出的操作称为半间歇操作或半连续操作。主要特点：半间歇操作具有A的流入量间歇操作和连续操作的某些特点。反应器内的组成随时间变化而变化2025/8/30
2025/8/30 操作：原料与产物中的一种或一种以上为连续输入或 输出，而其它成分分批加入或取出的操作称为 半间歇操作或半连续操作。 半间歇操作/半连续操作 主要特点：半间歇操作具有 间歇操作和连续操作的某 些特点。反应器内的组成 随时间变化而变化。 A的流入量