2014化学反应工程学基础
化学反应工程_第一章_应用化学反应动力学及反应
（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
（1）放热反应；（2）吸热反应
2014-6-15
按反应过程进行的条件分类
均相
催化反应
非催化反应 催化反应
气相反应；液相反应
多相 温度 压力
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 等温反应；绝热反应；非绝热变温反应 常压反应；加压反应；减压反应 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 理想流动模型（平推流，全混流） 非理想流动模型
2014-6-15
各种反应器在工业中的应用－线性低密度聚乙烯的生产
流化床反应器
2014-6-15
第二节 化学计量学 2.1 化学计量式：
表示参加反应的各组分的数量关系
ν 11 ν 2 2 ν n1n1 ν n n
也可以写成： ν 11 ν 2 2 ν n1n1 ν n n 0 或：
反应物
反应时间
2014-6-15
（二）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
2014-6-15
2014-6-15
2014-6-15
2014-6-15
连续操作的主要特点
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。
化学反应工程
化学反应工程讲义郭锋第一章绪论1.1化学反应工程学的范畴和任务概念：化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的科学。
既以化学反应作为对象，就必须要掌握这些化学反应的特性；它又以工程问题为其对象，那就必须熟悉装置的特性，并把这两者结合起来形成学科体系。
化学热力学反应工程对这方面的要求，主要是确定物系的各种物性常数（如热容、反应热、压缩因子）等等。
反应动力学动力学是专门阐明化学反应速率（包括主反应及副反应）与各项物理因素（如浓度、温度、压力及催化剂等）之间的定量关系的。
催化剂催化剂的问题一般以为属于化学或工艺的范畴，但实际上牵涉到许多工程上的问题。
如粒内的传热、微孔中的扩散、催化剂中活性组份的有效分布、催化剂扩大制备时各阶段操作条件对催化剂活性结构的影响、催化剂的活化和再生等等。
反应过程的分析、反应技术的开发和反应器的设计化学反应工程学的知识应能用于：（1）改进和强化现有的反应技术和设备，挖掘潜力，降低消耗，提高效率。
（2）开发新的技术和设备。
（3）指导和解决反应过程开发中的放大问题。
（4）实现反应过程的最优化。
（5）不断发展反应工程学的理论和方法。
1.2 化学反应工程的基本方法在化学反应工程中，数学模型主要包括下列一些内容：（1）动力学方程式（2）物科衡算式（3）热量衡算式（4）动量衡算式（5）参数计算式1.3化学反应工程的学科体系和编排化学反应过程按操作方法可以分：1.分批（或称间歇）式操作2.连续式操作3.半分批（或称半连续）式操作表1-3-1 反应器的型式与特性第二章均相反应的动力学基础2.1基本概念与术语均相反应动力学是研究各种因素如温度、催化剂、反应物组成和压力等对反应速率，反应产物分布的影响，并确定表达这些影响伊苏与反应速率之间定量关系的速率方程。
2.1-1 化学计量方程一个由S个组份参与的反应体系，其计量方程可写成：a1A1+ a2A2+……+ asAs=0s或∑aiAi=0i=1式中：Ai表示i组份；ai为组份的计量系数。
《化学反应工程》试题及答案基础部分
《化学反应工程》试题一、填空题1.质量传递、热量传递、动量传递和化学反应称为三传一反.2.物料衡算和能量衡算的一般表达式为输入—输出=累积。
3.着眼组分A转化率x A的定义式为x A=(n A0-n A)/n A0.4.总反应级数不可能大于 3 。
5.反应速率—r A=kC A C B的单位为kmol/(m3·h），速率常数k的因次为m3/(kmol·h ）.6.反应速率-r A=kC A的单位为kmol/kg·h,速率常数k的因次为m3/kg·h.7.反应速率的单位为mol/L·s，速率常数k的因次为(mol）1/2·L-1/2·s.8.反应速率常数k与温度T的关系为,其活化能为83.14kJ/mol .9.某反应在500K时的反应速率常数k是400K时的103倍，则600K时的反应速率常数k 时是400K时的105倍。
10.某反应在450℃时的反应速率是400℃时的10倍，则该反应的活化能为（设浓度不变）186。
3kJ/mol 。
11.非等分子反应2SO2+O2==2SO3的膨胀因子等于-0。
5 .12.非等分子反应N2+3H2==2NH3的膨胀因子等于–2/3 。
13.反应N2+3H2==2NH3中（)= 1/3 （)= 1/214.在平推流反应器中进行等温一级不可逆反应,反应物初浓度为C A0，转化率为x A，当反应器体积增大到n倍时,反应物A的出口浓度为C A0(1-x A)n，转化率为1-（1-x A）n。
15.在全混流反应器中进行等温一级不可逆反应，反应物初浓度为C A0，转化率为x A，当反应器体积增大到n倍时，反应物A的出口浓度为，转化率为。
16.反应活化能E越大，反应速率对温度越敏感。
17.对于特定的活化能，温度越低温度对反应速率的影响越大。
18.某平行反应主副产物分别为P和S，选择性S P的定义为(n P—n P0）/ （n S-n S0) 。
第十四章化学反应工程基础资料
r C A 0
A
当CA＞0时
xA
kt C A0
当xA＜1时
14.2 理想流动和理想反应器的设计
从以上整数级化学反应在间歇反应器中的基本设计方程式可以看到：
（1）一级反应kt组成无因次项，二级反应CA0kt组成无因次项；
（2）一级反应反应时间和CA0无关，二级反应当CA＜＜CA0时，CA0对反应时间的影 响可以忽略； （3）一级反应和二级反应的反应时间主要消耗在反应末期，相当而言，二级反 应比一级反应更甚。
AB
按活化络合物理论，反应实际步骤:
A＋Ak1 k1 A A
（1） （2）
A k2 B
（3）
对每一个基元反应而言，其级数就等于反应的分子数，但反应总速
率的级数却未必等于该简单反应的反应分子数。
从式（3）的基元反应可知，B的生成速率为：
rB
k2C
A
（4）
14.1 均相反应动力学
当反应物A的浓度较高时, 即：
14.2 理想流动和理想反应器的设计
积分之得：
xA
CA0 CA C A0
t
CA0
xA dxA 0 rA
代入上式：得
t CA dC A
r C A 0
A
14.2 理想流动和理想反应器的设计
间歇搅拌釜式反应器达到期望转化率（残余浓度）反应时间图解表达： 对于非整数级反应或大于二级的整数级反应，可以用图解积分求解：
dk
k dT
T
E RT
上式表明活化能愈大，温度对反应速率的影响就愈显著。
说明： （1）活化能E与反应热效应无直接的关系；
（2）活化能E不能独立预示反应速率的大小，它只表明反应速率对温
化学反应工程知识点
化学反应工程知识点1.反应机理和动力学反应机理是指反应的分子层面的步骤和中间产物，它对理解和控制反应过程非常重要。
动力学研究反应速率与反应物浓度的关系，了解反应速率规律，通过动力学模型可以预测反应速率和产物选择性。
2.反应条件的选择反应条件的选择包括温度、压力、反应物浓度、反应物配比和催化剂等。
化学反应的速率和选择性往往受到反应条件的影响，优化反应条件可以提高反应速率和产物质量。
3.反应器的设计和优化反应器是进行化学反应的设备，其设计和优化对反应过程的效率和产品质量具有重要影响。
常见的反应器类型有批式反应器、连续式反应器和循环式反应器等。
反应器的选择和设计要考虑反应物性质、反应过程的控制方式、热传导和质量传递等因素。
4.反应工艺的控制反应工艺的控制包括对反应过程的监测和调节，以维持所需的反应条件和优化产品质量。
常用的控制策略有温度、压力和反应物供给的控制等。
控制系统的设计和优化需要考虑反应机理、反应动力学和工艺实际操作的特点。
5.安全与环保化学反应过程中会产生化学品和能量的变化，单个反应步骤可能会产生副产物和废物。
因此，反应工程也需要关注安全性和环保性。
安全性考虑的因素包括反应物和产物的毒性、易燃性和爆炸性等，以及反应条件的选择和操作的威胁。
环保方面，需要考虑减少废物的生成，回收利用资源，优化反应条件以减少能耗和污染物排放。
6.规模放大与工业化化学反应工程要实现从实验室到工业生产的规模放大和工艺转化。
这涉及到规模放大的技术、成本评估和安全规范，以及将实验室的合成路线或方法转化为适合大规模生产的工艺。
同时，也需要考虑工艺的稳定性和连续运营的可行性。
以上是化学反应工程的一些基本知识点，化学反应工程涵盖了多个学科领域，是化学工程和化学的交叉学科。
化学反应工程的研究和应用有助于解决实际生产中的技术问题，提高反应过程的效率和产品质量，同时也倡导可持续发展和环保意识。
化学反应工程-第1章
1.3 化工放大
第一章 绪
论
放大效应：由试验室小型生产到放大生产,出现了导 致反应器结构和操作条件发生变化的现象。温度、浓度、 时间分布是工业反应器不同于实验室反应器的特征所在。 放大是指部分依据小型装置的试验和示范对较大装置 进行设计和制定操作方法并使其成功开车和运转的过程。 从实验室试验到成功的工业规模设计的过程就是放大 过程。 放大方法： 逐级经验放大法 实型规模试验法 数学模拟放大法
公用工程
原材料
化学反应、分离 以及 物料、能量的 输送和转换
半成品或成品
副产品及三废
可见，化工生产过程往往由许多步骤组成，并力求最经济 地生产产品，减少废弃物量。其中的化学加工步骤就是化学反 应工程的研究对象。实现化学加工步骤的设备称为反应器。
1.1 化学反应工程学的范畴和任务
第一章 绪
论
• 能否选择恰当的化学加工方式、采用合适 的反应器型式，往往是一个化工生产过程 的关键。 • 通过化学反应工程的学习，可解决： 如何分析化学加工过程及反应器状况， 制定最优化条件。 如何选择和设计反应器，以完成所需 的化学加工过程。
按参数空间分布程度：集中参数模型和分布参数模
型。 按参数与时间关系：定态模型和非定态模型。 按参数性质：确定模型和随机模型。 按建立模型的方法：机理模型和经验模型。
按参数连续性：连续体模型和细胞室模型。
按数学关系：线性模型和非线性模型。
2.数学模型法的建立步骤
• 1．建立简化物理模型 对复杂客观实体，在深入了解基础上，进行合理简化， 设想一个物理过程(模型)代替实际过程。简化必须合 理，即简化模型必须反映客观实体，便于数学描述和 适用。不失真、满足应用要求、适应现有的实验条件 和适应现有的计算能力。 • 2．建立数学模型 依照物理模型和相关的已知原理，写出描述物理模型 的数学方程及其初始和边界条件。 • 3．用模型方程的解讨论客体的特性规律
第一二章 化学反应工程基础
结构型式
适用的相态
应用举例
反应釜（包括 液相、气-液相、液-液 苯的硝化、氯乙烯聚合、高压聚乙烯、
多釜串联）
相、液-固相
顺丁橡胶聚合等
管式 鼓泡塔
气相、液相
石油裂解、甲基丁炔醇合成、高压聚乙 烯等
气-液相、气-液-固（催 硫酸的生产、苯的烷基化、二甲苯氧化、
化剂）相
乙烯基乙炔合成等
固定床
气-固（催化或非催化） 二氧化硫氧化、氨合成、乙炔法制氯乙
• 由于反应过程中反应物料的浓度随时间不断 变化，所以间歇反应是不稳定过程。这类反 应器通常是使用釜式反应器。
• 间歇反应器能用一釜进行多品种的生产， 操作灵活性与弹性大，投资小，适用于小 规模多品种的生产过程。
• 但间歇反应器操作需要较多的辅助时间(投、 出料，清洗、升温等)，所以设备的利用率 低，产品质量不易均匀，特别在聚合物生 产时会使聚合产物的聚合度及其分布发生 变化，影响产品的性能。
第二章 化学反应工程基础
第一节 化学反应和反应器分类
第一节 化学反应和反应器分类
一、化学反应的分类 二、反应器的分类 三、连续反应器内流体流动的两种理想型态
一、 化学反应的分类
• 按化学反应的特性分类 • 按反应物料的相态分类 • 按反应过程进行的条件分类
（1）按化学反应的特性分类
反应机理
简单反应、复 杂反应
3. 一级可逆反应
三 复合反应动力学方程式
• 复合反应是有几个反应同时进行，要用几 个动力学方程式来描述。
• 常见的复合反应有平行反应、连串反应、 平行连串反应。
1. 平行反应
2. 连串反应
由上图可以看出，A的浓度呈指数下降，S的浓度随反应 时间呈连续上升形状，而R的浓度随时间上升到一个最大 值后再下降。将式2-32对t微分，就可以求出tmax
第二章 化学反应工程基础
第二节 均相反应动力学
不同反应时间的各 物料的浓度数据
压力 密度
动力学
各种物理性质
折光率 旋光度 导电度
各物料 的浓度 数据
分类别讨论动力学特征
可逆
等温恒容单一反应
不可逆
复合反应
等温恒容单一反应动力学方程式
不可逆反应
A
B
（一级）
dC A rA kC A dt
初始条件：t=0,CA=CA0
A + B S
dC A rA kC AC B dt
反应物A与B的消失量是相等的，故：
CA0 xA CB0 xB
令： M
CB 0 ( M 1) C A0
rA C A0
dx A 2 kC A0 (1 x A )( M x A ) dt
积分得：
C B 0C A 1 M xA 1 kt ln ln C A0 ( M 1) M (1 x A ) C A0 CB 0 C A0CB
dt t 0
dCS dt t 0
应与CA0成正比关系。
连串反应
A
dC A rA k1C A dt
k1 R
k2 S
dC R rR k1C A k 2CR dt
dC S rS k 2C R dt
初始条件： t=0时，CA=CA0,CR0=CS0=0
dC A rA k1C A dt
C A C A0 e
k1t
dC R rR k1C A k 2CR dt
dC R k 2C R k1C A0 e k1t dt
k1 CR C A0 e k2t ek1t k1 k2
化学反应工程教案
课程教案课程名称：化学反应工程任课教师：所属院部：教学班级：化工1203-04教学时间：2014 —2015 学年第2 学期课程基本信息1绪论第一章均相单一反应动力学和理想反应器1.1 基本概念1.2 建立动力学方程的方法一、本次课主要内容化学反应工程课程的性质、反应器的分类及操作方式、反应器设计的基本方程和工业反应器的放大方法、化学反应速率的不同表示方式及其相互关系、化学反应速率方程的变换与应用、化学反应动力学方程的计算、建立动力学方程的方法及其应用。
二、教学目的与要求了解化学反应工程的研究对象、目的，掌握化学反应工程的研究内容和研究方法，熟悉化学反应工程在工业反应过程开发中的作用。
三、教学重点难点1、化学反应工程的研究目的、内容和方法。
四、教学方法和手段课堂讲授、提问、讨论；使用多媒体教学方式。
五、作业与习题布置书后习题第3、6、7题2绪论一、化工生产中设备的分类化工产品的生产是通过一定的工艺过程实现的，工艺过程是指从原料到制得产品的全过程。
每个化工产品的工艺过程是不同的，但有共同的特点：1，工艺过程是由设备、管道、阀门和控制仪表组成的；2，化工设备分为两大类（1）不含化学反应的设备这类设备中没有发生化学反应，只改变物料的状态，物理性质，不改变其化学性质。
在鼓风机和泵中只有能量的转换，从中能转换成机械能，输送物料；在换热器和冷却塔中只改变物料的温度，物料的化学性质没有起变化；贮槽只是起贮存物料作用（2）化学反应器在这类设备中发生了化学反应，通过化学反应改变了物料的化学性质图中的一段炉、二段炉、变换炉、甲烷化炉、合成塔等都是化学反应器。
物料在反应器中发生了化学反应，物料性质起了变化。
可见，化学工业生产是由物理过程和化学反应过程组成的，其中化学反应过程是生产过程的关键。
化学反应器的任务是完成由原料转变到产物的化学反应，是化工生产的核心设备。
“化学反应工程”的研究对象是工业规模的化学反应器。
二、《化学反应工程》任务“化学反应工程”于50年代初形成，是化学工程的一个分支。
化学反应工程学讲义
掌握换热式固定床催化反应器床层轴向温度的变化规律及其影响因素和利用热点（或冷点）的位置变动判断反应器操作工况。
了解换热式固定床催化反应器的设计优化问题，参数敏感性问题以及飞温和失控现象。
了解自热式固定床催化反应器的操作工况。
了解液化床催化反应器的主要结构及操作，两相理论的概念及床层中气泡行为。
了解实验室反应器的主要类型及其特点。
三、学时安排本科四年制《化学工程与工艺专业》适用（６４学时）第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章3 9 10 8 9 11 8 33返回第一章概述无论是化学工业还是冶金、石油炼制和能源加工等工业过程，均采用化学方法将原料加工成为有用的产品。
生产过程包括如下三个组成部分：图1.1 典型的化学加工过程第①和③两部分属于单元操作的研究范围；而②部分是化学反应工程的研究对象，是生产过程的核心。
上图为厂区夜景，点击可进入有更多介绍工厂及设备的图片第一节化学反应工程一、化学反应工程的研究对象化学反应工程是化学工程学科的一个重要分支，主要包括两个方面的内容，即反应动力学和反应器设计分析。
反应动力学--研究化学反应进行的机理和速率，以获得工业反应器设计与操作所需的动力学知识和信息，如反应模式、速率方程及反应活化能等其中速率方程可表示为：r=f（T、、P）（对于一定的反应物系）而言--随时间、空间变化其中，r为反应系统中某一组分的反应速率，代表浓度的矢量，P为系统的总压。
反应器设计分析--研究反应器内上述因素的变化规律，找出最优工况和适宜的反应器型式和尺寸。
注意：化学反应是研究反应本身的规律，与反应器内各局部的状况有关，而反应器总体的性态。
所以可以说反应动力学从点上着眼，而反应器的设计与分析则从面上（体上）着手。
二、化学反应的分类（反应工程学科）无论是自然界还是实际生产过程中，存在各种各样的化学反应，通常为了便于研究和应用，将化学反应进行分类。
下表中给出了常见的化学反应分类、方法和种类，一些可能同时属于两个或者更多的反应种类。
化学反应工程的基础原理和应用
化学反应工程的基础原理和应用化学反应工程是研究化学反应的全过程，设计和开发实际化学反应装置以及控制化学反应过程的工程学科。
它是现代化学工业生产中的一个重要部分，应用广泛，可以制造各种产品，如化学品、制药品、塑料、聚合物、石油化工产品等等。
化学反应工程的基础原理和应用是工程学科中非常重要的一部分。
化学反应的基本原理化学反应是一种物质中原子、离子或分子的再组合过程。
两种或以上物质因发生转化而形成一种或多种新的物质的过程，称之为化学反应。
化学反应会产生一些新的化学物质，这些新物质的化学性质不同于原来的物质，而这种转化的过程，对于化学反应的研究及工业应用具有重大的意义。
化学反应的应用化学反应的应用非常广泛，在人类的日常生活中随处可见。
常见的有以下几个方面：1. 化学工业：可以制造各种化学品，如硫酸、氨水、氢氧化钠等等。
2. 制药工业：可以制造各种药品，如抗菌药、麻醉药等等。
3. 石油化工工业：可以制造各种石油化工产品，如石油、天然气、汽油等等。
4. 聚合物工业：可以制造各种聚合物，如塑料、橡胶、纤维等等。
化学反应工程的基本原理化学反应工程的目的是通过对化学反应的研究和了解，开发出合理的生产工艺和设备，来生产所需的各种产品。
因此，化学反应工程需要掌握一些基本原理：1. 反应动力学：研究化学反应的速率和反应机理，掌握化学反应的规律和机理。
2. 热力学：研究化学反应伴随的能量变化，掌握化学反应的热力学规律。
3. 流体力学：研究流体的流动规律，掌握化学反应的流动规律。
4. 物质传递：研究物质的传递规律，掌握化学反应的物质传递规律。
化学反应工程的应用化学反应工程的应用非常广泛，其中几个重要的应用如下：1. 催化剂的研究和开发：催化剂是化学反应中的重要因素，是可以提高化学反应速率和降低反应温度的重要工具。
催化剂的研究和开发，可以提高化学反应的效率和经济性。
2. 设计和开发化学反应装置：根据化学反应的要求和工艺条件，设计、开发和生产适用于不同化学反应的反应装置，是化学反应工程的重点之一。
化学反应工程的基础和应用
反应动力学是化学反应工程的另一个基础内容，它研究反应速率、反应机制等，为反应工程的设计和优化提供基础数据。常用的反应动力学指标有反应速率常数、反应级数和反应阶数等。反应动力学可以通过实验测定，也可以通过理论模型预测。
3.反应工程设计
反应工程设计是化学反应工程的核心内容，它研究反应器的类型、尺寸、搅拌方式、加料方式等反应工艺参数的选择和优化，以实现反应工艺的高效、低成本、高品质生产。反应工程设计的基础数据来自反应热学和反应动力学研究。
化学反应工程的基础和应用
化学反应工程是研究化学反应在工业生产中的应用的学科，它涉及多个学科的知识，如化学、物理、数学、机械工程等。化学反应工程的目的是设计和优化化学反应过程，以实现产品的高效、低成本、高品质生产。下面我们来详细了解一下化学反应工程的基础和应用。
一、化学反应工程的基础
1.反应热学
反应热学是化学反应工程的基础内容之一，它研究化学反应的能量变化和热力学性质，为反应工程设计提供基础数据。反应热学常用的指标有反应热、反应焓、反应熵等，它们可以通过化学热学实验获得。此外，反应热学还涉及化学平衡的研究，以及热力学计算方法的应用等。
3.电化学反应
电化学反应涉及电化学原理和化学反应工程原理，它常用于发电、电池制造、金属电镀等领域提高电镀质量。
综上所述，化学反应工程是化学、物理、数学、机械等多个学科的交叉应用，它涉及反应热学、反应动力学、反应工程设计等基础知识，可以应用于中药提取和制剂、化工及石油加工、电化学反应等多个领域。在未来的发展中，化学反应工程将会继续发挥其重要的实际应用价值，为人类的生活和社会经济的发展发挥积极作用。
二、化学反应工程的应用
1.中药提取和制剂
中药提取和制剂是化学反应工程的重要应用之一，它涉及多种化学反应过程，如溶剂提取、超临界萃取、微波辅助提取等。通过化学反应工程的优化设计，可以提高中药制品的质量和产量，减少制造成本。
化学反应工程综合复习资料(有答案)
C. 轴向分散系数是与流动有关系的； D. 扩散系数是物质本身的一种属性 9. 宏观流体和微观流体是流体凝集态的两种极端形式，流体的凝集
态不同，对反应结果一般有明显的影响，但对于 是例外。 A. 一级不可逆反应； B. 在平推流反应器内进行反应； C. 在全混流反应器内进行反应； D. 零级反应 10. 对于一个气固相催化反应，减小外扩散和内扩散影响的措施正确
4. 某一级恒容反应AP在一平推流和一全混流反应器所组成的串联 反应器组中进行，两反应器的有效容积均为VR，进料为纯A，初 始体积流率为0，试证明最后的总转化率与这两个反应器的串联 顺序无关。（假设两反应器的温度相等且保持恒定，反应器被反 应物全部充满）
5. 纯组分A发生下述平行反应， A的起始浓度为2mol/L, 反应在恒温的条件下进行，试确定在如下反 应器中目的产物S所能达到的最大浓度。 a.平推流反应器 b.全混流反应器 6． 某气相一级不可逆反应： 在等温，等压条件下在一间歇反应器中进行，原料中含A 75％ （mol），8分钟后体积增加了一倍，求A的转化率以及此温度下的
）
10．在Pt催化剂上进行异丙苯分解反应：
C6H5CH(CH3)2 C6H6 + C3H6 若以A、B及R分别表示异丙苯、苯及丙烯，代表催化剂上的一个活
性中心，其反应步骤如下： A + A
AB+R
BB+
若表面反应为速度控制步骤，试由L-H机理和Hougen-Watson模型推
导异丙苯分解的等温速度方程式。
相同和无相互作用这几点应该说是非常苛刻的，实际情况很难满 足上述要求。然而，对于多数的化学反应，应用这几点假定进行 有关的推导，结果一般是可以接受的，其主要原因在于 A. 实际反应过程中催化剂表面吸附物种的覆盖度很低； B. 实际的催化剂表面一般很平整； C. 实际的催化剂表面上活性位间的距离较远； D. 实际的催化剂表面上活性位的数量有限 21. 关于指前因子和活化能描述正确的是 A. 指前因子理论上与温度无关，活化能的取值永远都是正的，活化 能大、温度低，反应速率对温度的变化更敏感； B. 指前因子理论上与温度有关，但与指数项相比其随温度的变化可 以忽略，活化能的取值永远都是正的，活化能大、温度低，反应速 率对温度的变化更敏感； C. 指前因子理论上与温度有关，活化能的取值不可能永远都是正 的，活化能小、温度高，反应速率对温度的变化更敏感； 22. 对于一级不可逆反应，产物R的最大浓度通常 A. 只与速率常数的大小有关； B. 只与反应温度有关； C. 与A的初始浓度和速率常数的大小有关； D. 只与A的初始浓度有关 23. 测定停留时间分布常用的方法有脉冲示踪法和阶跃示踪法，关于 这两种方法，下列描述正确的是
化学反应工程学基础 习题 23 26 答案
第2章 化学计量学2.3 根据化学计量系数矩阵确定下列体系的独立反应数和独立的反应式：Br 2→2BrBr+H 2→HBr+HH+Br 2→HBr+BrHBr+ H →Br+ H 22Br →Br 2解：5个反应式可写成矩阵形式：⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡--------00000000211111001111111100002122H HBr H Br Br A A A A A 将系数矩阵第一行加到第五行，得：⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡--------0002111110011111111000021 将系数矩阵第二行加到第四行，得：⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡-----0000000000011111111000021 第一行的（-1）倍加到第三行，并且：⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡----0000000000011101111000021 将第二行的（-1）倍加到第三行，得：⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡----0000000000102001111000021 得到3个线性独立的行向量，故秩k=3，有三个独立反应，矩阵前三行即为所求的独立反应。
2002222=-=+--=-H H H HBr H Br Br Br即：Br Br 22=222H H HBrH H Br =+=+2.6 在银催化剂上进行甲醇氧化得到甲醛，进口气体的成分为CH 3OH ：空气：水蒸气=2:4:1.3（物质的量比）。
反应后气体含甲醇、甲醛（HCHO ）、水汽、CO 及过剩的空气。
若入口空气含N 279%，O 221%，甲醇的转化率为72%，生成甲醛的选择性为92%。
用原子矩阵法求独立反应和反应器出口气体的组成。
解：（1）先写出其原子矩阵：N 2 H 2O O 2 CH 4OCO CH 2O[]C O H N ji⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=111000111210204020000002β 对原子矩阵进行初等变换，将矩阵最左的子方阵变换为单位降。
(完整word版)化学反应工程学知识点总结
第一章1、过程工业：以物质转化为核心2、装置与产品制造工业：以物件的加工和组装为核心3、化工过程：原料获取(预处理）、化学反应过程、产品分离和提纯4、本科目研究的对象:以工业规模进行化学反应过程,目的：实现工业反应过程的优化5、实现工业反应过程的优化分两类:设计优化、操作优化6、反应过程优化的技术指标:反应速率、反应选择率、反应收率、能量消耗7、决策变量：结构变量、操作方式、工艺条件（结构变量：反应器类型，单相：均相管式反应器和均相釜式反应器，两相,：固定床反应器，液化床，气液相反应器，三相：）（操作方式：间歇、连续、半连续，加料方式：一次性、分批加料、分段加料）8、化学反应工程研究的内容：1化学反应过程（容积、表面反应过程）1、物理传递过程（反混合不均匀性、传质过程、传热过程）9、研究方法(数学模型法）:数学表达式即动力学方程式（一反）、物料、热量、动量衡算式(三传）、参数计算式10、数学模型法基本特征:过程分解、过程简化第二章1、化学反应动力学是研究化学反应速率和机理的科学2、本征动力学（微观）:排除物理过程，表观动力学（宏观)：包含物理过程3、反应速率定义：反应量/（反应时间）（反应区）4、均相前提：分子尺度上混合均匀、特征：无物理过程5、复杂反应（可逆反应、自催化反应、平行反应、串联反应）6、固体催化剂的组成及活化:特点:活性、选择性、稳定性,组成：活性成分、载体、助催化剂，活化：还原。
7、化学反应过程分为：容积反应过程、表面反应过程8、气固相催化反应过程包括：(内、外)扩散过程、表面反应过程9、吸附模型:理想吸附模型、真实吸附模型10、反应级数的工程意义是：表示反应速率对于反应物浓度变化的敏感程度11、气液非均相反应过程的反应区取法分为：选用液相体积、选用反应器体积12、在包含物理过程影响下测得的反应速率称为表观反应速率。
13、物理传质过程与化学反应过程串联时，通常是慢一步速率的决定表现反应速率(过程速率的控制步骤）14、均相反应动力学是研究反应在同一项中进行的规律性.15、工程上实际的均相反应应满足两个条件：反应系统可以成为均相、预混合过程的时间远小于反应时间吸附分为物理、化学吸附16、化学吸附可分为：活化化学吸附、非活化化学吸附17、化学反应速率特征可以概括地表示为反应速率的浓度效应、温度效应18、基本的物理过程有：返混、传质、传热19、气固相催化反应是指气体在固体催化剂上进行的催化反应第三章1、反应器设计的基本内容：选择合适的反应器类型、确定最佳工艺条件、计算反应器体积2、反应器设计的基本方程包括反应动力学方程式、物料衡算方程式、热量衡算方程式、动量衡算方程式3、物料衡算和反应速率式式描述反应器性能的两个最基本的方程式4、辅助时间是指装料、升温、降温、卸料、清洗时间的总和5、反应后期转化问题的严重程度顺序是：二级＞一级＞零级6、反应物同时进行两个或两个以上的反应成为平行反应7、平行反应选择率的温度效应是：高温度有利于活化能高的反应8、串联反应：反应物能进一步反应生成其他副产物的反应9、间歇反应器的反应体积是指反应物在反应器中所占的体积第四章1、反应前后物料浓度变化不明显：衡容反应系统2、表征反应前后分子数变化程度的方法的有：膨胀率发、膨胀因子法3、膨胀率￠的定义是指反应组分全部转化后系统体积变化的分率第五章1、全混流：釜式反应器中，一边连续加料、另一边连续出料2、返混：停留时间不同物料的混合3、造成返混的原因：设备中存在不同尺度的环流、不均匀的速度分布4、限制返混的主要措施：分割（横向、纵向）5、连续釜反应器特点：反应物料浓度降低至出料水平，降低了反应速度6、返混是连续化反应时伴生的现象,原因是空间的反向运动和不均匀速度分布第六章1、混合现象：宏观、微观混合2示踪物的输入方法有阶跃注入法、脉冲注入法、周期注入法3、连续反应过程的考察方法：以反应器、反应物料为对象的的考察方法4、非理想流动模型分为：数学模型方法、扩散模型（适合于返混程度较小的非理想流动模型)、多级全混流模型。
(版)化学反应工程基础知识(笔记)
化学反响工程根底知识总结〔笔记〕1、化学反响工程是一门研究涉及化学反响的工程问题的学科。
如何将其在工业规模上实现是化学反响工程的主要任务。
2、理想置换反响器的特点：①由于流体沿同一方向，以相同速度向前推进，在反响器内没有物料的返混，所有物料通过反响器的时间都是相同的②在垂直于流动方向上的同一截面，不同径向位置的流体特性是一致的③在定常态下操作，反响器内状态只随轴向位置改变，不随时间改变。
3、全混流反响器的特性①物料在反响器内充分返混②反响器内各物料参数均一③反响器的出口组成与器内物料组成相同④反响过程中连续进料与出料，是一定常态过程。
4、返混的定义：物料在反响器内不仅有空间上的混合而是有时间上的混合，这种混合过程称返混。
5、非均相催化反响过程步骤①反响组分从流体主体向固体催化剂外外表传递②反响组分从外外表向催化剂内外表传递③反响组分在催化剂外表的活性中心上吸附④在催化剂外表上进行化学反响⑤反响产物在催化剂外表上解吸⑥反响产物从催化剂内外表向外外表传递⑦反响产物从催化剂的外外表向流体主体传递6、兰格缪尓〔Langmuir〕吸附模型条件①催化剂外表上活性中心分布是均匀的②吸附活化能和脱附活化能与外表吸附的程度无关③每个活性中心仅能吸附一个气相分子④被吸附分子间互不影响，也不影响空位对气相分子的吸附。
7、焦姆金〔Temkhh〕吸附模型：一般吸附活化能随覆盖率的增加而增大，脱附活化能那么随覆盖率的增加而减小，因此吸附热必然随覆盖率的增加而减小。
8、催化剂颗粒内气体扩散：多孔催化剂颗粒内的扩散现象是很复杂的。
除扩散路径极不规那么外，孔的大小不同时，气体分子扩散机理亦有所不同。
当孔径较大时，分子的扩散阻力要是由于分子间碰撞所致，这种扩散通常所称的分子扩散或容积扩散。
当微孔的孔径小于分子的平均自由程时，分子与孔壁的碰撞时机超过了分子间的相互碰撞，从而使分子与孔壁的碰撞成为扩散阻力的主要因素，称为克努森〔Knudson〕扩散。
第8章 化学反应工程学
对所用原料的比例不符合计量关系的，通常价格低的组分过量。 因此通常以价格高的组分计算转化率。该组分称为关键组分。 转化率和反应进度的关系是：
xi
i
ni ,0
3.收率和选择性
单一反应：只用一个化学计量式描述的化学反应。 复杂反应：用二个或二个以上化学计量式描述的化学反应。生成目 的产物的反应称为主反应，生成副产物的反应称为副反应。
1—4
多釜串联反应器
特点： （1）操作方式为连续进料和连续出料。 （2）每一级内有确定不变的物料浓度， 但各级内反应物浓度不同，便于分段操 作和控制。
（3）物料通过串联的多釜后，其停留时间相对集中，串联的釜数 越多，停留时间越趋于一致。
第三节
化学反应动力学基础
化学计量方程： 它表示各反应物、生成物在反应过程中量的 变化关系的方程。
1.化学反应进度
A A B B C C D D
规定反应物化学计量系数取负值，产物取正值，则有
nA nA,0
A
nB nB,0
B
nC nC ,0
C
nD nD,0
D
2.转化率
转化率：它表明反应的深度，即反应物料转化的百分率。
转 化 为 目 的 产 物 和 副 物 的A的 物 质 的 量 产 转化率（xA） 进入反应器的的物质的量 A 反应消耗的 的物质的量 A 反应物 的起始物质的量 A
V
V V0 (1 A yA,0 xA )
C n0 (1 A n A A,0 (1 xx)A ) CA 1 A A,0 x ) V V0 (1 yA yA,0xAA
pA p A,0 (1 xA ) 1 A y A,0 xA
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
四、连续操作搅拌釜式反应器
A B
特点 （1）连续进料连续 出料。 (2)在恒定温度、压 强和流量条件下，反 应器内物料不随时间 变化，是定常态操作。
C+D(A+B)
特点 (3)反应器内出口物料的温度和浓度等于反 应器内物料的温度和浓度。c=常数。 （4）空间混合=∞；返混=∞。物料微团在 反应器内的停留时间不一致。 (5)流体微团的停留时间不同。停留时间常 以平均停留时间来表示，而最终反应转化 率也为平均转化率。
停留时间分布的表示方法
闭式系统：只有一个入口和一个出口，物 料微团一旦进入系统，就不再返回输入管 路，而一旦离开系统，也不再返回系统。
dN N 停 留 时 间 为 t-t+dt的 物 料 量 = 进入系统的物料量
第五节 反应器内物料的停留时间分布 停留时间—物料微团从进入反应器到离开反应器的时间 称为该微团在反应器中的停留时间。 在连续反应器中，反应物料质点的停留时间可能相 同，也可能不同。通常可用物料质点的年龄与寿命来说 明停留时间的长短。 年龄是指反应物料质点从进入反应器时算起已经停留的 时间. 寿命是指反应物料质点从进人反应器到离开反应器的 时间，即质点在反应器中总共停留的时间。
(3) 在气-液反应中，采用双膜论、溶质渗透论 和表面更新论等传质模型来描述气－液传质过程。 (4) 在讨论流固相反应时，用缩芯模型和整体模 型描述反应过程。 这些都是对不同真实过程加以抽象简化、修 改后的数学模型。
２.简化模型的等效性
某一真实过程可以用多个简化模型来描述，但简化模 型必须等效于真实过程，不能简化到失真。
生成物R
③
4—3非理想流动模型
非理想流动模型的流动形态介于上述两种理想流动模 型之间。即物料微团在反应系统内有一定程度的返混，但 不能达到完全返混。 描述这种非理想流动状态的模型有轴向扩散和多级全 混流模型。
轴向扩散模型－活塞流+轴向扩散
它仿照分子扩散的概念，在平推流ห้องสมุดไป่ตู้动上叠加一轴向 分散过程，以表示反应器流动方向上的返混。
相 液相
气-液相
管式 无相界面， 反应速率 只与浓度、 温度有关 釜式、管式 釜式、塔式 有相界面， 釜式、塔式 实际反应 速度与相 固定床、移动 界面大小 床、流化床 及相间扩 散速度有 釜式、塔式 回转窑式 关
液-液相 非 气-固相 均 相 液-固相 固-固相
磺化、硝化、烷基化等
燃烧、还原、各种固相 催化等 还原、离子交换等 电石、水泥制造等
化学反应工程学基础
第一节 概述 一、化学反应工程的研究对象和内容 研究对象：工业规模化学反应过程及其 设备的共同规律。 工业规模的化学反应与实验室研究 中的化学反应存在非常大的差别。
溶液
气体
浓度分布
温度分布
A
B
C+D(A+B)
停留时间分布
研究内容： （1）研究化学反应器的基本理论； （2）反应器的设计、放大、控制； （3）反应器设计、操作的优化。
二、化学反应工程的研究方法
数学模型方法是化学反应工程的基本研究方法， 由四部分组成：
真实过程
简化模型
数学模型
模型计算
修改
模型检验 实际应用
数学模拟方法的基本特点如下：
1.简化模型 将真实过程加以抽象简化成简化模型。例如： (1) 在讨论理想流动时，把管式反应器中物料的 流动状况简化成平推流，把搅拌反应器中物料的 流动状况简化成全混流； (2) 在讨论气固相催化反应本征动力学时，采用 均匀表面吸附理论，即均匀表面吸附模型来描述 发生在颗粒内表面上的催化反应。
具有不同停留时间的粒子（微元） 的逆向混合，称为返混。
返混 流体粒子（微元）在时间顺序上的混合
平推流反应器
理想流动模型 流 动 模 型 返混=∞或 返混=0 全混流反应器
返混=0
返混=∞
轴向扩散模型 非理想流动模型 介于两种理 想流动之间 多级全混流模型
4—1全混流模型
反应物A 反应物B
特点：
① 假设反应器的搅拌良好。
气-液-固相 加氢裂解、加氢脱硫等
釜式、固定床、 流化床
（二）按反应器的结构型式分类 可分为釜式、管式、塔式等反应器
釜式反应器高径比通常接近于1；管 式反应器的长径比相差很大，呈细长形结 构，有单根直管、盘管、列管等型式；塔 式反应器的高径比在上述两者之间。
外管
内管
(a)反应釜
(b)管式反应器
(c)鼓泡塔反应器
整理得：
rA C A,0
单位时间 出系统A 物质的量
dxA dVR qV ,0
单位时间 A物质反 应的量
反应时间：间歇反应器中，反应物料从开始反应到达到 所要求转化率所持续的时间。 停留时间：在连续的流动反应器中，物料质点从反应器 入口到出口所经历时间。 空间时间：连续流动反应器中，反应器的有效体积(反 应体积)与指定状态下流体入口体积流率qV,0之比，简称 空时。
多级全混流模型
原料A
生成物R 特点：
① 反应在多个串联的全混流反应器内进行，各釜的 入口浓度就是前一釜的出口浓度。
② 串联的各反应器内，物料的组成和温度均匀一致， 但各级反应器之间是突变的。 ③ 随着串联反应器数目的增多，其性能愈接近活塞 流反应器。
注意:
1)返混较全混流在一定程度得到抑制，串联釜数越多，抑制作用越大。因此，串联釜 数可以用来衡量反应器内物料的返混程度。串联釜数为1时，为全混流；串联釜数为∞时， 为平推流。 2)与扩散模型一样，多级全混流模型模拟实际反应器也是虚拟 的。反应器本身并不一定是多个全混流反应器串联，只是用这种模 型来表示其中物料的返混程度。 3)虽然模型概念与实际过程返混的机理完全不同，但模型直观、简单，能对任何返混 现象造成的返混程度做等效描述，相对于扩散模型也更便于求解。
明确 任务
建立 数 学模型
计算机
解算 数 学模型
检验 数学 计算机 实际 模型 应用
修改模型
数学模拟放大法示意图
物料 在反 应器 内流 动时 可能 存在 两种 不同 的混 合。
空混 流体粒子（微元）在空间顺序上的混合
流体粒子在反应器内相对位置发生变 化而造成的物料微元之间的混合，称为空 间混合，简称空混。
3)对于气固相流动反应系统，流体只能从颗粒的空隙中 通过，此时的空间时间应根据V空计算，即
VR
dVR
qV ,0
0
VR
qV,0
4)空间速度表示在单位时间内通过单位反应器体积的物料 体积，其值为空间时间的倒数，用符号SV表示，即
q V,0 SV VR 1
第四节反应器内物料的流动模型
3.数学方法简单 简化模型决定了模型的数学方法，力求数学方法简单。 例如在气液反应中，双膜论所采用的方法比渗透论的 数学方法简单，所以直到现在，人们仍然采用双膜论 来研究气液反应。 4.模型参数少，便于测定 简化模型中都含有模型参数。模型参数是简化模型偏 离真实过程的归并结果，都要通过实验确定，所以模 型参数越少越好，而且要便于测定。
数学模拟方法是化学反应工程中主要的研究方法，是 可行的，但并不是一种万能方法。 对于物料的流动状况，可以用流动模型描述。平推流 和全混流是流动状况的两种极端状况。平推流和全混
流是理想流动模型，它们没有模型参数，因此可以直
接对平推流反应器和全混流反应器进行计算。
对于非理想流动，可以用非理想流动模型描述，非理
C=CA,O t=t
C=CA
特点： （1）一次性进料，反应结束一次性出 料。所有物料反应时间相同。 （2）空混=∞，Δc=0；返混=0，完全 无返混， Δt=0。 （3）反应物和生成物浓度均随时间变 化，反应速率也随时间变化，为非定常 态操作过程。 操作灵活方便，适合于小规模、多品种 的精细化学品生产。
化学反应工程学的研究方法： 数学模型 —— 数学模型法 在反应器的设计、放大或控制过程中，都需要对研究对象作出 定量的描述，也就是要用数学式来表达各参数间的关系，简称 数学模型。
数学模型方法的基本精神有以下几点。 ① 简化。 ② 等效性。 ③ 模型简化的程度体现在模型参数的个数。
化学反应工程中，数学模型主要包括下列内容： （1）动力学方程式 （3）热量衡算式 （5）参数计算式 （2）物料衡算式 （4）动量衡算式
想流动模型中含有模型参数。
建立数学模型的依据： 物料衡算 热量衡算 动力学方程 参数方程
第二节 工业反应器的基本类型
一、化学反应器的分类 （一）按物料的聚集状态分类
可分为均相反应器和非均相反应器两大类
反应器种类 举例
均 气相
特性
适用的反应器 形式
燃烧、裂解、烃高温氯 化等
中和、酯化、水解等 氧化、氯化、加氢、化 学吸收等
适用于需要维持一定生成物或反应物浓度 的定常态操作。
注意
间歇操作和连续操作釜式反应器的构型和 容积均可以相等，二者的反应结果相差很 大。后者特别适合需要维持一定生成物和 反应物浓度的定常态操作，如自催化反应。
五、连续操作管式反应器
外管 内管
特点： （1）连续操作; （2）轴向空间混合=0；返混=0。反应器 内任一截面上的物料浓度不随时间变化， 但不同截面上的物料浓度不同；当处理 量大时，管内物料通常处于高度湍流状 态，各物料微团在反应器内的停留时间 大致相同。
② 反应器内物料的组成和 温度处处相等，且等于 反应器出口的物料组成 和温度。 操作稳定，反应器内物料的组 成和温度均不随位置和时间而 变。
生成物R
③
全混流反应器
4—2活塞流模型
反应物A
反应物B
活塞流反应器 特点： ① 反应器的长径比较大。 ② 假设不同时刻进入反应器的物料之间 不发生逆向混合（返混）。 反应物沿管长方向流动，反应时间是 管长的函数，其浓度随流动方向从一 个截面到另一个截面而变化。