1、第二章第二章 化工基础知识化工基础知识2011.3.1Contents化工热力学基础化工热力学基础1化学反应规律与化学反应器化学反应规律与化学反应器2工业化学过程计算基础工业化学过程计算基础3化工单元操作与设备化工单元操作与设备( (不要求不要求) )42.1 化工热力学基础化工热力学基础物质的状态物质的状态热力学第一定律热力学第一定律热效应热效应2.1.1 物质的状态物质的状态v物质的三种主要聚集状态：气体、液体和固体物质的三种主要聚集状态：气体、液体和固体 v相的定义：相的定义：系统系统中具有完全中具有完全相同的物理性质和相同的物理性质和 化学组成化学组成的均匀部分的均匀部分 单相系统单相
2、系统 多相系统多相系统v物质的主要宏观性质：物质的主要宏观性质：压力压力 P Pa 体积体积 V m3 温度温度 T K 或或 t oC 密度密度 Kgm-3 气气 体体v基本特征：扩散性和压缩性基本特征：扩散性和压缩性v处于一定状态的气体，处于一定状态的气体，P P、V V、T T满足状态方程。满足状态方程。 理想气体状态方程理想气体状态方程 前提前提：分子之间无相互作用力，分子自身不占有：分子之间无相互作用力，分子自身不占有体积体积 状态方式：状态方式：pV = nRTpV = nRT, R, R为摩尔气体常数，为摩尔气体常数， 其值为其值为8.314 J8.314 Jmolmol-1-1
3、K K-1-1 通常压力不太大、温度不太低的实际气体可作为理想气体通常压力不太大、温度不太低的实际气体可作为理想气体处理，可看做是真实气体在压力趋于零时的极限情况。处理，可看做是真实气体在压力趋于零时的极限情况。 理想气体混合物理想气体混合物 混合物的组成混合物的组成 摩尔分数摩尔分数x xi i( (或或y yi i) ) 质量分数质量分数i i 体积分数体积分数i i 道尔顿分压定律道尔顿分压定律(Dalton)理想气体混合物中某一组分理想气体混合物中某一组分i i的分压的分压PiPi为该组分在为该组分在同温同温度、同体积度、同体积条件下单独存在时所具有的压力，混合物条件下单独存在时所具有
4、的压力，混合物的总压等于各组分在同温度、同体积条件下的分压之的总压等于各组分在同温度、同体积条件下的分压之和。和。 阿马格分体积定律阿马格分体积定律(Amagat)理想气体混合物的总体积等于各组分理想气体混合物的总体积等于各组分i i在在同温度和总压同温度和总压P P下下所占有的体积所占有的体积ViVi之和。即总体积为各组分分体积之之和。即总体积为各组分分体积之和。和。气气 体体例例 今有今有300K，104.365kPa的湿烃类混合气体（含水的湿烃类混合气体（含水蒸气的烃类混合气体），其中水蒸气的分压为蒸气的烃类混合气体），其中水蒸气的分压为3.167kPa。现欲得到除去水蒸气的。现欲得到除
5、去水蒸气的1kmol干烃类混干烃类混合气体，试求：合气体，试求： (1) (1) 应从湿烃混合气体中除去水蒸气的物质的量。应从湿烃混合气体中除去水蒸气的物质的量。 (2) (2) 所需湿烃类混合气体的初始体积。所需湿烃类混合气体的初始体积。解：设湿烃类混合气体中烃类混合气解：设湿烃类混合气体中烃类混合气(A)和水蒸气和水蒸气(B) 的分压分别为的分压分别为PA，PB。 可得可得 PB = 3.167 kPa, PA = P - PB=101.198 kPaABABppnnBBAApRTnpRTnpnRTV实际气体实际气体分子间存在吸引力分子间存在吸引力, 从而能发生一种理想气体从而能发生一种理
6、想气体不可能发生的变化不可能发生的变化液化液化. 任何气体都会在一定温度时任何气体都会在一定温度时液化液化. 液氮的沸点是液氮的沸点是196 Br2(g)冷却发生液化冷却发生液化. 液液化现象表明化现象表明 Br2分子在分子在气相时就不具有零体积气相时就不具有零体积.液液 体体液液 体体v液体的饱和蒸气压和沸点液体的饱和蒸气压和沸点 气液平衡气液平衡：在密闭容器中，：在密闭容器中，T一定，蒸发和凝聚的速率相等一定，蒸发和凝聚的速率相等 饱和蒸气饱和蒸气 饱和液体饱和液体 饱和蒸气压饱和蒸气压 f(T) 沸点和正常沸点沸点和正常沸点v溶液：溶液：一种物质以分子或者离子的形态分散在另一种物一种物质
7、以分子或者离子的形态分散在另一种物 质中形成的均匀而稳定的体系。质中形成的均匀而稳定的体系。 溶质溶质 溶剂溶剂v临界状态：临界状态：每种液体都有一个特殊温度每种液体都有一个特殊温度 临界温度临界温度 Tc 对应的饱和蒸气压称为对应的饱和蒸气压称为临界压力临界压力 Pc 对应的摩尔体积称为对应的摩尔体积称为临界摩尔体积临界摩尔体积 Vm,c1. 液体的饱和蒸气压液体的饱和蒸气压理想气体不会液化理想气体不会液化（因为分子间没有相互作用力）（因为分子间没有相互作用力）实际气体：在一定实际气体：在一定T、p 时，时，气液可共存达到平衡气液可共存达到平衡.气气液液p*气液平衡时气液平衡时： 气体称为气
8、体称为饱和蒸气饱和蒸气； 液体称为液体称为饱和液体饱和液体； 压力称为压力称为饱和蒸气压饱和蒸气压 p* 。饱和蒸气压是温度的函数饱和蒸气压是温度的函数: p*=f(T) T, p* 气体的液化一般需要气体的液化一般需要降温降温和和加压加压. 降温可减小分子热运动降温可减小分子热运动产生的离散倾向产生的离散倾向, 加压则可以缩小分子间距从而增大分子间引加压则可以缩小分子间距从而增大分子间引力力.由于加压增大分子间引力是有一定限度的由于加压增大分子间引力是有一定限度的(超过一定程度超过一定程度分子间排斥力将起主导作用分子间排斥力将起主导作用), 故故液化的发生要求分子热运动的液化的发生要求分子热
9、运动的离散倾向也不能超过一定限度离散倾向也不能超过一定限度, 即对气体的即对气体的温度温度有有最高限定最高限定.临界温度临界温度Tc: 气体加压液化所允许的最高温度气体加压液化所允许的最高温度.临界压力临界压力pc: 气体在临界温度下液化所需要的最小压力气体在临界温度下液化所需要的最小压力.临界体积临界体积Vc: 物质在临界温度物质在临界温度, 临界压力下的摩尔体积临界压力下的摩尔体积.Tc , pc , Vc 总称为气体的总称为气体的临界参数临界参数, 是是物质的一种特性参数物质的一种特性参数.实际气体的液化过程与临界状态实际气体的液化过程与临界状态, 可从实验绘制的等温可从实验绘制的等温
10、p - Vm图上表现出来图上表现出来.临界参数临界参数Vmp 实际气体实际气体p - Vm等温线的一般规律等温线的一般规律（1） T Tc的等温线的等温线g1l1T1g2l2T2g3l3T3T4T5TcC T Tc时气体不能液化时气体不能液化, 等温线表示等温线表示气体气体状态的状态的 pVT 变化变化. 等温线较光滑等温线较光滑, 没有斜没有斜率的突变点率的突变点. 与同温下的理想气体的与同温下的理想气体的pVm = RT 双曲线对照双曲线对照, 可反映实际气体偏离理可反映实际气体偏离理想行为的程度想行为的程度.真实气体的真实气体的 p-Vm 图及气体的液化图及气体的液化（2） T Tc的等
11、温线的等温线 T 0；系统放热，；系统放热，Q0 功功：除热之外系统和环境之间传递的其他各种能量：除热之外系统和环境之间传递的其他各种能量 W 系统对环境做功，系统对环境做功， W0 体积功体积功(又称为膨胀功又称为膨胀功)：是在一定的环境压力下，系：是在一定的环境压力下，系统的统的体积发生变化体积发生变化而与环境交换的能量。而与环境交换的能量。 除了体积功以外的一切除了体积功以外的一切其它形式的功其它形式的功，如电功、表，如电功、表面功等统称为面功等统称为非体积功非体积功(又称非膨胀功、其它功又称非膨胀功、其它功)。热力学基本概念热力学基本概念v热力学能热力学能(内能内能)：反应内部能量的函
12、数，只取决于始反应内部能量的函数，只取决于始末状态，是一个末状态，是一个状态函数状态函数。 平动能平动能 转动能转动能 振动能振动能 电子和核能电子和核能 势能势能 分子所有能量的总和分子所有能量的总和 U=U终终-U始始 状态函数状态函数热力学能的绝对值无法测量，只能测定其变化值。热力学能的绝对值无法测量，只能测定其变化值。 在绝热条件下，热力学能的改变量等于绝热过程在绝热条件下，热力学能的改变量等于绝热过程中的功。中的功。热力学第一定律热力学第一定律v热力学第一定律本质是能量守恒定律。热力学第一定律本质是能量守恒定律。v热力学第一定律表明：热力学第一定律表明：能量可以从一种形式变为能量可以
13、从一种形式变为另外一种形式，但转化过程中能量的总和不变。另外一种形式，但转化过程中能量的总和不变。v数学表达式：数学表达式： U = Q + W dU =Q +Wv还可表述为还可表述为第一类永动机是不可能制造的。第一类永动机是不可能制造的。 不消耗能量而能不断做功的机器是不可能实现的。不消耗能量而能不断做功的机器是不可能实现的。 U=Q+W=0，所以，所以 -W=Qv例题：例题： p19 例例2.12.1.3 热效应热效应v基本概念基本概念 等容热等容热：系统在变化过程中保持体积不变，与环境交：系统在变化过程中保持体积不变，与环境交换的热量称为等容热，以换的热量称为等容热，以Qv表示。表示。W
14、=0时，时， U= Qv。 等压热等压热：系统在变化过程中保持压力不变，与环境交：系统在变化过程中保持压力不变，与环境交换的热量称为等容热，以换的热量称为等容热，以Qp表示。表示。 焓焓：定义为：定义为HU+PV。状态函数，单位。状态函数，单位kJ。在等压、。在等压、不做非膨胀功的过程中，焓的变化值等于等压热，即不做非膨胀功的过程中，焓的变化值等于等压热，即H= H2-H1= Qp 热容热容：对于稳定的热力学均相封闭系统，系统升高单：对于稳定的热力学均相封闭系统，系统升高单位热力学温度时，所吸收的热称为系统的热容。热容位热力学温度时，所吸收的热称为系统的热容。热容是温度的函数。比热容和摩尔热容
15、。是温度的函数。比热容和摩尔热容。焓v恒压且非体积功为恒压且非体积功为0时，时，P = 定值定值 dU=Q +W Q = dU - W = dU + pdV = dU + d(PV) = d(U + PV) 令令 H = U + PV ，H称为焓称为焓 Q = dH，则，则Qp = H (dp = 0, W=0) 系统的焓等于系统的热力学能与系统的压力体积乘积之和。系统的焓等于系统的热力学能与系统的压力体积乘积之和。2.1.3 热效应热效应例例2.2 一定量理想气体在室温下，克服外压一定量理想气体在室温下，克服外压100kPa，体积从体积从10dm3膨胀到膨胀到16dm3，同时吸热，同时吸热1
16、.26kJ。计。计算此过程的算此过程的U和和H。 解：由于该过程没有做非膨胀功，同时又是等压解：由于该过程没有做非膨胀功，同时又是等压过程，所以有过程，所以有 H = Qp= 1.26 kJ U = H - (pV) = H - pV = 1.26 -100(16-10)10-3 = 0.66 kJ 2.1.3 热效应热效应v相变热相变热 系统中的同一物质，在不同相之间的转移称系统中的同一物质，在不同相之间的转移称为相变，例如蒸发、冷凝、结晶、熔化、升华、为相变，例如蒸发、冷凝、结晶、熔化、升华、晶形转变等。晶形转变等。 伴随相变所产生的热效应，称为相变热（相伴随相变所产生的热效应，称为相变热
17、（相变焓）。变焓）。 液态变成气态所吸的热称为液态变成气态所吸的热称为蒸发热蒸发热。 固态变成液态所吸的热称为固态变成液态所吸的热称为熔化热熔化热。 固态变成气态所吸的热称为固态变成气态所吸的热称为升华热升华热。 相变热是物质的特性，随温度而改变。相变热是物质的特性，随温度而改变。2.1.3 热效应热效应v化学反应热化学反应热 对于不做非膨胀功的化学反应系统，在反应物与对于不做非膨胀功的化学反应系统，在反应物与产物的温度相等的条件下，系统吸收或放出的热产物的温度相等的条件下，系统吸收或放出的热称为化学反应热。称为化学反应热。 等压过程中测定的热效应称为等压过程中测定的热效应称为等压热等压热，Q
18、p； 等容过程中测定的热效应称为等容过程中测定的热效应称为等容热等容热，Qv。 二者的关系为：二者的关系为： Qp= Qv+pV 气相反应，理想气体：气相反应，理想气体： Qp= Qv+nRT 或者：或者：rH=rU+nRT2.1.3 热效应热效应v化学反应热的计算化学反应热的计算 化学计量方程：化学计量方程： aA + bB = cC + dD 遵守物料平衡遵守物料平衡 aA bB + cC + dD = 0 = BB B：化学计量系数，反应物：化学计量系数，反应物B为负，产物为负，产物B为正。为正。 B：表示任意组分（反应物或产物）。：表示任意组分（反应物或产物）。 用途：用途：计算化学反
19、应热计算化学反应热、化学平衡化学平衡和和反应速率反应速率。2.1.3 热效应热效应v热化学方程式热化学方程式 普通的化学方程式上标出普通的化学方程式上标出热效应热效应、反应条件反应条件和和物物质状态质状态。v标准摩尔生成焓标准摩尔生成焓 在标准压力下和反应温度为在标准压力下和反应温度为T时，由稳定单质生时，由稳定单质生成成1mol的产物的产物B，该反应的摩尔焓变就是，该反应的摩尔焓变就是B物质的物质的标准摩尔生成焓。标准摩尔生成焓。 fHm，kJmol-1v所有稳定单质的标准摩尔生成焓为零所有稳定单质的标准摩尔生成焓为零v反应的标准摩尔生成焓等于产物的生成焓之和减反应的标准摩尔生成焓等于产物的
20、生成焓之和减去反应物的生成焓之和。去反应物的生成焓之和。v标准摩尔燃烧焓：标准摩尔燃烧焓： cHm2.1.3 热效应热效应v化学反应热的计算化学反应热的计算 计算依据：计算依据： fHm或或cHmv由由fHm计算反应的恒压热效应计算反应的恒压热效应 rHm(T) =BfHm(产物产物) -BfHm(反应物反应物)vp.22 例例2.3v由由cHm计算反应的恒压热效应计算反应的恒压热效应 rHm(T) =BcHm(产物产物) - cfHm(反应物反应物)2.2 化学反应规律与化学反应器化学反应规律与化学反应器化学平衡化学平衡化学反应动力学化学反应动力学化学反应器化学反应器2.2.1 化学平衡化学
21、平衡v工业生成中所关心的问题工业生成中所关心的问题化学反应进行的方向化学反应进行的方向理论上的最大产率理论上的最大产率什么条件下可以得到最大产率什么条件下可以得到最大产率2.2.1 化学平衡化学平衡v基本概念基本概念 可逆反应：正向逆向同时进行，反应的可逆性。可逆反应：正向逆向同时进行，反应的可逆性。 化学平衡是一化学平衡是一动态平衡动态平衡过程：过程：V V正正V V逆逆 化学平衡是反应所能进行的最大程度。化学平衡是反应所能进行的最大程度。平衡常数平衡常数v化学反应的平衡常数化学反应的平衡常数v 当反应达到平衡时，当反应达到平衡时， 是一常数，这个常数称为化学是一常数，这个常数称为化学平衡常
22、数平衡常数v 化学平衡常数仅与温度有关，反映了化学反应在一定条件下化学平衡常数仅与温度有关，反映了化学反应在一定条件下所能进行的最大限度。所能进行的最大限度。Kc越大越大，反应进行的程度越大。，反应进行的程度越大。v 其它表示方法：其它表示方法：Kp，压力平衡常数；，压力平衡常数；KC，浓度平衡常数。，浓度平衡常数。dDcCbBaAbBaAdDcCcCCCCK bBaAdDcCCCCC2.2.1 化学平衡化学平衡v多重平衡规则多重平衡规则 当几个化学反应式相加当几个化学反应式相加(或相减或相减)得到另一个化学反应得到另一个化学反应式时，其平衡常数等于几个反应式的平衡常数的乘式时，其平衡常数等于
23、几个反应式的平衡常数的乘积积(或商或商)。这就是多重平衡规则。这就是多重平衡规则。v平衡转化率：理论上的最高转化率平衡转化率：理论上的最高转化率 反应系统达到平衡时，反应物转化为产物的百分率。反应系统达到平衡时，反应物转化为产物的百分率。 =(平衡时反应物转化量平衡时反应物转化量)/(反应物初始量反应物初始量) 100% 体积不变时体积不变时 =(平衡时反应物浓度减少值平衡时反应物浓度减少值)/(反应物初始浓度反应物初始浓度) 100%2.2.1 2.2.1 化学平衡化学平衡TPC惰气惰气催化剂催化剂化学平衡影响因素化学平衡影响因素2.2.1 化学平衡化学平衡v温度对化学平衡的影响：温度对化学
24、平衡的影响：Vant Hoff方程方程 做不定积分做不定积分 温度升高，温度升高，T增大，增大，K变大，平衡向吸热方向移动；变大，平衡向吸热方向移动； 降低温度，降低温度，T减小，减小，K变大，平衡向放热方向移动。变大，平衡向放热方向移动。2)15.298()(lnRTKHdTKdmrCRTHKmrlnv压力对化学平衡的影响压力对化学平衡的影响 增加压力，对气体分子数增加的反应不利增加压力，对气体分子数增加的反应不利v浓度对化学平衡的影响：增加反应物浓度，减小浓度对化学平衡的影响：增加反应物浓度，减小产物浓度，平衡有利于向产物方向移动。产物浓度，平衡有利于向产物方向移动。v惰性气体对化学平衡的
25、影响：不影响平衡常数惰性气体对化学平衡的影响：不影响平衡常数v吕吕查德里查德里(Le Chtelier)原理：平衡的弥补性原理：平衡的弥补性BBBBBBBBBByPPPPyPPK)()()(平衡常数平衡常数 K注意注意平衡常数只是温度的函数，与浓度无关。平衡常数只是温度的函数，与浓度无关。平衡常数不涉及反应速率平衡常数不涉及反应速率. .平衡常数的书写形式和数值与方程式有关。平衡常数的书写形式和数值与方程式有关。 例：例： H2(g)+ I2(g) = 2 HI(g) Kc = HI2 /（H2I2） H2(g) + I2(g) = HI(g)KC = HI/(H2I2） KC =(KC )
26、2平衡常数平衡常数 K K注意注意平衡常数只是温度的函数，与浓度无关平衡常数只是温度的函数，与浓度无关. .平衡常数不涉及反应速率平衡常数不涉及反应速率. .平衡常数的书写形式和数值与方程式有关平衡常数的书写形式和数值与方程式有关.纯固体、纯液体和稀溶液中水的浓度视为常数。纯固体、纯液体和稀溶液中水的浓度视为常数。例：例：Cr2O72- + H2O = 2 CrO42- + 2 H+ OCrHCrO2722224 K例例： 763.8K时时,反应反应H2(g)+I2(g) 2HI(g) Kc=45.7(1)反应开始时反应开始时H2和和I2的浓度均为的浓度均为l.00 molL-1, 求反应求反
27、应达平衡时各物质的平衡浓度。达平衡时各物质的平衡浓度。解解: (1) 设达平衡时设达平衡时HI= x molL-1 H2(g) + I2(g) 2HI(g) 始态浓度始态浓度/(mo1L-1) 1.00 1.00 0平衡浓度平衡浓度/(mo1L-1) 1.00-x/2 1.00-x/2 x则则 x2 Kc = = 45.7 (1.00-x/2 ) (1.00-x/2)x1.54H2 = I2 = 1.00 -1.54/2 = 0.23mo1L-12.2.2 2.2.2 化学反应动力学化学反应动力学v主要研究化学反应速率和机理，以及各种因素对主要研究化学反应速率和机理，以及各种因素对反应速率的影
28、响规律。反应速率的影响规律。1反应物反应物产物产物催化剂催化剂其它物质浓度其它物质浓度2系统的温度系统的温度系统的压力系统的压力3光光电电磁磁2.2.2 化学反应动力学化学反应动力学v基元反应和复合反应基元反应和复合反应 基元反应基元反应：由反应物一步生成产物的反应：由反应物一步生成产物的反应 复合反应复合反应：由两个以上基元反应组合而成的反应：由两个以上基元反应组合而成的反应 反应机理反应机理：基元反应组合的方式或先后次序：基元反应组合的方式或先后次序举例说明举例说明 H2+I22HI 基元反应步骤：基元反应步骤： I22I I + H2 HI + H H + I2 HI + Iv宏观动力学
29、和微观动力学宏观动力学和微观动力学 宏观动力学综合考虑传递现象和化学反应。宏观动力学综合考虑传递现象和化学反应。 微观动力学即本征反应动力学，不考虑传递现象，研微观动力学即本征反应动力学，不考虑传递现象，研究基元反应和复合反应的速率规律。究基元反应和复合反应的速率规律。2.2.2 化学反应动力学化学反应动力学v化学反应速率的表示方法化学反应速率的表示方法 反应速率反应量反应速率反应量/(单位时间单位时间)(单位反应区单位反应区)dtdnVrBB1 对于反应对于反应dDcCbBaA反应速率反应速率dtdnddtdncdtdnbdtdnarDCBA1111则有则有dcbadtdndtdndtdnd
30、tdnDCBA:对于同一个反应，各种物质的量对于同一个反应，各种物质的量(或浓度或浓度)随时间随时间的变化率是不同的的变化率是不同的。2.2.2 化学反应动力学化学反应动力学v催化剂对反应速率的影响催化剂对反应速率的影响催化剂催化剂均相多相催化均相多相催化活性与选择性活性与选择性中毒与再生中毒与再生可以明显改可以明显改变化学反应变化学反应速率而本身速率而本身在反应前后在反应前后保持数量和保持数量和化学性质不化学性质不变的物质。变的物质。催化剂与反催化剂与反应系统处在应系统处在同一相时，同一相时，为均相反应。为均相反应。与反应系统与反应系统处在不同相处在不同相时，为多相时，为多相催化反应。催化反
31、应。反应物的转反应物的转化率表示催化率表示催化剂的活性化剂的活性反应物转化反应物转化为目的产物为目的产物的百分数称的百分数称为催化剂的为催化剂的选择性。选择性。催化剂表面催化剂表面活性中心被活性中心被某些物质占某些物质占领而失去活领而失去活性，称为催性，称为催化剂中毒。化剂中毒。活性的恢复活性的恢复称为再生。称为再生。2.2.2 化学反应动力学化学反应动力学 N2 3H2 2NH3Activation energy for gas phase reaction as high as 57 kcal/moleCatalytic pathwayH2 2HaN2 2NaNa + Ha NHaNHa
32、+ Ha (NH2)a(NH2)a + Ha (NH3)a(NH3)a NH3Adsorption of nitrogen is rate limiting step with an activation energy of 12 kcal/mole。At 500 oC increase the rate of reaction by 1013 times！2.2.2 化学反应动力学化学反应动力学v催化作用的基本特征催化作用的基本特征催化剂不能改变反应的方向和限度催化剂不能改变反应的方向和限度催化剂只能缩短到达平衡的时间，而不能改变平衡状催化剂只能缩短到达平衡的时间，而不能改变平衡状态。态。不
33、能改变平衡常数。不能改变平衡常数。催化剂不改变反应系统的始、终态，因此也催化剂不改变反应系统的始、终态，因此也不会改变不会改变反应热。反应热。催化剂对的加速作用具有选择性。特定的催化剂只能催化剂对的加速作用具有选择性。特定的催化剂只能对特定的反应对特定的反应( (或某一类反应或某一类反应) )起催化作用，对其他反起催化作用，对其他反应可能无催化作用。应可能无催化作用。2.2.3 化学反应器化学反应器v化学反应器类型：用来进行化学反应的设备化学反应器类型：用来进行化学反应的设备釜式反应器釜式反应器管式反应器管式反应器塔式反应器塔式反应器移动床反应器移动床反应器固定床反应器固定床反应器流化床反应器
34、流化床反应器反应器反应器对反应器的要求对反应器的要求1 反应器反应器 要有足要有足 够的体够的体 积积2 反应器反应器 要有适要有适 宜的结宜的结 构构4 反应器反应器 要有足要有足 够的机够的机 械强度械强度 和耐腐和耐腐 蚀能力蚀能力3 反应器反应器 要有足要有足 够的传够的传 热面积热面积5 反应器要反应器要 易操作、易操作、 易制造、易制造、 易安装、易安装、 易维修易维修釜式反应器釜式反应器v基本结构基本结构釜体换热装置搅拌装置釜体釜体：由壳体和上、下封头组成，其高与直径之：由壳体和上、下封头组成，其高与直径之 比一般在比一般在13之间。之间。 在加压操作时，上、下封头多为半球形或在
35、加压操作时，上、下封头多为半球形或 椭圆形；而在常压操作时，上、下封头可椭圆形；而在常压操作时，上、下封头可 做为平盖，为了放料方便，下底也可做成做为平盖，为了放料方便，下底也可做成 锥形。锥形。釜式反应器釜式反应器釜式反应器釜式反应器换热装置换热装置搅拌装置搅拌装置釜式反应器釜式反应器釜式反应器釜式反应器v特点特点 优点优点：适用范围广泛，投资少，投产容易，适用范围广泛，投资少，投产容易， 可以方便地改变反应内容。可以方便地改变反应内容。 缺点缺点：换热面积小，反应温度不易控制，停留时间换热面积小，反应温度不易控制，停留时间 不一致。绝大多数用于有液相参与的反应，不一致。绝大多数用于有液相参
36、与的反应， 如：液液、液固、气液、气液固反应等。如：液液、液固、气液、气液固反应等。釜式反应器釜式反应器釜式反应器釜式反应器釜式反应器釜式反应器釜式反应器釜式反应器管式反应器管式反应器v基本结构基本结构v 主要用于气主要用于气固相反应固相反应由一根或多根管子由一根或多根管子串联或并联构成的串联或并联构成的反应器，长度与直反应器，长度与直径之比一般大于径之比一般大于50100。固定床反应器固定床反应器固定床反应器固定床反应器 蒸 汽 原 料 调 节 阀 催 化 剂 补 充 水 产 物 固定床反应器固定床反应器固定床反应器固定床反应器对对外外换换热热式式固固定定床床反反应应器器自热式固定床反应器自
37、热式固定床反应器固定床反应器固定床反应器流化床反应器流化床反应器v（一）（一）流态化的形成流态化的形成v（二）（二）散式流化和聚式流化散式流化和聚式流化v（三）（三）结构结构v（四）（四）床型床型流态化的形成流态化的形成1-1-加料口加料口2-2-气固分离装置气固分离装置3-3-壳体壳体4-4-换热器换热器5-5-内部构件内部构件6-6-卸料口卸料口7-7-气体分布装置气体分布装置流化床反应器的结构流化床反应器的结构流化床反应器的床型流化床反应器的床型流化床反应器流化床反应器流化床反应器流化床反应器流化床反应器流化床反应器2.2.3 化学反应器化学反应器v化学反应器的操作方式化学反应器的操作方
38、式 定常过程与非定常过程定常过程与非定常过程 间歇操作间歇操作 连续操作连续操作 半连续操作半连续操作v工业生产对化学反应器的要求工业生产对化学反应器的要求 有较高的生产强度有较高的生产强度 有利于反应选择性的提高有利于反应选择性的提高 有利于反应温度的控制有利于反应温度的控制 有利于节能降耗有利于节能降耗 有较大的操作弹性有较大的操作弹性2.3 工业化学过程计算基础工业化学过程计算基础v物料衡算物料衡算 研究的是某个系统内进、出物料量及组成的变化。研究的是某个系统内进、出物料量及组成的变化。 衡算系统：人为划定特定的区域，称为系统。系统以衡算系统：人为划定特定的区域，称为系统。系统以外的区域
39、称为环境。外的区域称为环境。反反应应器器分分离离器器原料原料A原料原料B B产品产品C产品产品D衡算系统物料流向图衡算系统物料流向图2.3 工业化学过程计算基础工业化学过程计算基础v物料衡算方程物料衡算方程 根据质量守恒定律，对某个系统，进入系统的全部物料量根据质量守恒定律，对某个系统，进入系统的全部物料量必等于离开该系统的全部物料量再加上损失掉的量和积累必等于离开该系统的全部物料量再加上损失掉的量和积累的物料量，即的物料量，即 G G输入输入G G输出输出G G损失损失G G积累积累v物料衡算的基本方法和步骤物料衡算的基本方法和步骤 收集并列出足够的原始数据收集并列出足够的原始数据绘制流程图
40、绘制流程图写出主、副反写出主、副反应方程式应方程式确定衡算系统确定衡算系统确定计算基准确定计算基准列出物料衡算列出物料衡算式式列出物料衡算表列出物料衡算表校核计算结果校核计算结果v例例2.72.3 工业化学过程计算基础工业化学过程计算基础v能量衡算能量衡算 研究的是一个系统内输入、输出能量的多少及各种能量之研究的是一个系统内输入、输出能量的多少及各种能量之间的转化，以确定需要提供的或可利用的能量。间的转化，以确定需要提供的或可利用的能量。v能量衡算方程和作用能量衡算方程和作用 根据能量守恒定律，定量地表示出过程中各步的能量变化根据能量守恒定律，定量地表示出过程中各步的能量变化关系。对于一个设备
41、或系统，有关系。对于一个设备或系统，有 输入的总能量输出的总能量累积的能量输入的总能量输出的总能量累积的能量 v热量衡算的基本步骤及热力学数据热量衡算的基本步骤及热力学数据作业和思考题作业和思考题 (2)假定平衡时要求有假定平衡时要求有90I2转化为转化为HI, 问开始时问开始时I2和和H2应按怎样的浓度比混合应按怎样的浓度比混合?作业作业1 763.8K时时,反应反应H2(g)+I2(g) 2HI(g) Kc=45.7(1)反应开始时反应开始时H2和和I2的浓度均为的浓度均为l.00 molL-1, 求反应求反应达平衡时各物质的平衡浓度。达平衡时各物质的平衡浓度。作业作业2 反应反应 C(s
42、) + H2O(g) CO(g) + H2(g)1000K达平衡时达平衡时, c(CO) = c(H2) = 7.610-3molL-1, c(H2O) = 4.610-3 molL-1, 平衡分压平衡分压(H2O)=3.8104Pa,p(CO) = p(H2) = 6.3104Pa, 试计算该反应的试计算该反应的Kc、Kp。作业和思考题作业和思考题Page 761,4,5,8掌握：掌握：Page 76 2,3,6,7,9DiagramThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Desi
43、gn Inc.TitleAdd your textThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc. Cycle DiagramTextTextTextTextTextCycle nameAdd Your TextDiagramTextTextTextAdd YourTitle TextText 1Text 2Text 3Text 4Text 5Add YourTitle TextText 1Text 2Text 3Text 4Text 5TextTextDiagramC
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