2014化学反应工程学基础
化学反应工程综合复习资料(有答案)
化学反应工程模拟题答案
一、填空题：
1.所谓“三传一反”是化学反应工程学的基础，其中“三传”是指质量传
递、热量传递和动量传递，“一反”是指反应动力学。
2.各种操作因素对于复杂反应的影响虽然各不相同，但通常温度升高有利
3.
4.
5.
6.
7.
8.某反应速率常数的单位为m3/(mol?hr)，该反应为2级反应。
9.对于反应22
+→，各物质反应速率之间的关系为(-r A)：(-r B)：r R＝1：
A B R
2：2。
10.平推流反应器和全混流反应器中平推流更适合于目的产物是中间产
物的串联反应。
11.某反应的计量方程为A R S
→+，则其反应速率表达式不能确定。
12.物质A按一级不可逆反应在一间歇反应器中分解，在67℃时转化
50％需要30min,而在80℃时达到同样的转化率仅需20秒，该反应的活
化能为3.46×105(J/mol)。
13.反应级数不可能（可能/不可能）大于3。
14.对于单一反应，在相同的处理量和最终转化率条件下，选择反应器
15.
1
B.
C.
D.平推流和全混流反应器都是连续流动式反应器，前者的返混为零，
后者为无穷大
2．关于积分法和微分法，认识正确的是A,B
A.积分法和微分法是两种求取动力学参数的数据处理方法，前者对数
据的精度要求比后者低；
B.积分法不能处理动力学较为复杂的（反应物和产物不止一种、正反
应和逆反应的反应级数不同）可逆反应；
C.积分法得到的动力学参数比微分法可靠
3． 对于一级恒容和一级变容不可逆反应，下面叙述正确的是C
A.在同一平推流反应器内、在同样条件下进行反应，反应的转化率是
化学反应工程_第一章_应用化学反应动力学及反应
操作方法
流动模型
2014-6-15
按化学反应单元分类
氧化反应：硫酸制备 加氢和脱氢反应：氨合成 电解反应：食盐水电解 化学矿的焙烧：硫铁矿焙烧 化学矿的浸取：酸浸取、碱浸取、盐浸取 有机化工：烃类裂解、烷基化、水解和水合等 精细化工：磺化、硝化、卤化、酯化、胺化、缩合等 聚合反应：缩聚、加成聚合、自由基聚合等
n A0 n A n A xA n A0 n A0
• 工业反应过程的原料中各反应组分之间往往不符合化 学计量数关系，通常选择不过量的反应物计算转化率， 这样的组分称为关键组分(key component)。
2014-6-15
• 化学膨胀因子(chemical expansion factor)
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
ห้องสมุดไป่ตู้A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。
化学反应工程综合复习有答案
化学反应工程模拟题答案
一、填空题：
1.所谓“三传一反”是化学反应工程学的基础,其中“三传”是指质量传
递、热量传递和动量传递,“一反”是指反应动力学 ;
2.各种操作因素对于复杂反应的影响虽然各不相同,但通常温度升高有利于
活化能高的反应的选择性,反应物浓度升高有利于反应级数大的反应的选择性;
3.测定非理想流动的停留时间分布函数时,两种最常见的示踪物输入方法为
脉冲示踪法和阶跃示踪法 ;
4.在均相反应动力学中,利用实验数据求取化学反应速度方程式的两种最主
要的方法为积分法和微分法 ;
5.多级混合模型的唯一模型参数为串联的全混区的个数N ,轴向扩散
模型的唯一模型参数为Pe或Ez / uL ;
6.工业催化剂性能优劣的三种最主要的性质是活性、选择性和稳定性;
7.平推流反应器的E函数表达式为
,
()
0,
t t
E t
t t
⎧∞=
⎪
=⎨
≠
⎪⎩
,其无因次方差
2
θ
σ= 0 ,而全混流反应器的无因次方差2θσ＝ 1 ;
8.某反应速率常数的单位为m3 / mol hr ,该反应为 2 级反应;
9.对于反应22
A B R
+→,各物质反应速率之间的关系为 -r A：-r B：r R＝ 1：2：
2 ;
10.平推流反应器和全混流反应器中平推流更适合于目的产物是
中间产物的串联反应;
11.某反应的计量方程为A R S
→+,则其反应速率表达式不能确定 ;
12.物质A按一级不可逆反应在一间歇反应器中分解,在67℃时转化
50％需要30 min, 而在80 ℃时达到同样的转化率仅需20秒,该反应的活化能为×105 J / mol ;
《工程化学基础》第4章PPT课件
石灰石(CaCO3)在 1 183 K 以上时能自发分解变成 CaO 和 CO2 而此时ΔrHm (1 183 K) ≈179 kJ·mol–1 吸热 用什么来判断化学反应的方向？
27
第4章 化学反应与能源
化学反应的方向和限度
熵
在统计热力学中，把介观微粒的状态数用 Ω 表示， 则热力学熵（符号 S ）就有：
12
第4章 化学反应与能源
热化学与能量转化
三、 QV 测定
搅拌器 点火线 温度计
Qv = –[Cw (H2O) ·m (H2O) + Cs] ·ΔT
钢弹
(4. 3)
样品
水
绝热外套和 钢质容器 弹式量热器示意图
Cw (H2O) 为水的质量热容 m (H2O) 为水的质量 Cs 为钢弹及内部物质和金属容器组成的物 质系统的总热容 T 为测量过程中温度计的最终读数与起始 读数之差
有气体参与的化学反应
热化学与能量转化
状态I，气态反应物的状态方程式： p1V1 = n1RT； 状态II，气态生成物的状态方程式：p2V2 = n2RT；
在等温等压条件下，有： p1= p2 = p，T1 = T2 = T， (pV)= nRT
即
H = U + n (g)RT
n(g) = 生成物气体的物质的量 反应物气体的物质的量
化学反应工程基础课后习题答案
化学反应工程基础课后习题答案
第二章化学反应工程基础
1.说明聚合反应工程的研究内容及其重要性。
研究内容：①以工业规模的聚合过程为对象，以聚合反应动力学和聚合体系传递规律为基础；②将一般定性规律上升为数学模型，从而解决一般技术问题到复杂反应器设计，放大等提供定量分析方法和手段；③为聚合过程的开发，优化工艺条件等提供数学分析手段。
简而言之：聚合反应工程研究内容为：进行聚合反应器最佳设计；进行聚合反应操作的最佳设计和控制。
2.动力学方程建立时，数据收集方式和处理方式有哪些？
收集方式：化学分析方法，物理化学分析方法
处理方式：积分法，微分法。
3.反应器基本要求有哪些
①提供反应物料进行反应所需容积，保证设备一定生产能力；②具有足够传热面积；③保证参加反应的物料均匀混合
4.基本物料衡算式，热量衡算式
①物料衡算：反应物A流入速度-反应物A流出速度-反应物A反应消失速度-反应物A积累速度=0（简作：流入量-流出量-消失量-积累量=0）
②热量衡算：随物料流入热量-随物料流出热量-反应系统与外界交换热量+反应过程的热效应-积累热量=0
5.何谓容积效率？影响容积效率的因素有哪些
工业上，衡量单位反应器体积所能达到的生产能力称之为容积效率，它等于在同一反应，相同速度、产量、转化率条件下，平推流反应器与理论混合反应器所需总体积比：η=Vp/Vm=τp/τm。
影响因素：反应器类型，反应级数，生产过程中转化率有关
6.何为平推流和理想混合流？
①反应物料在长径比很大的反应器中流动时，反应器内每一微元体积中流体均以同样速度向前移动，此种流动形态称平推流；②由于
化学反应工程综合复习资料(有答案)
化学反应工程综合复习资料(有答案)
化学反应工程模拟题答案
一、填空题：
1. 所谓“三传一反”是化学反应工程学的基础，其中“三传”是指“一
反”是指反应动力学。
2. 各种操作因素对于复杂反应的影响虽然各不相同，但通常温度升高有利于活化能反应物浓度升高有利于反应级数大的反应的选择性。
3. 测定非理想流动的停留时间分布函数时，两种最常见的示踪物输入方法为脉冲示踪法和阶跃示踪
法。
4. 在均相反应动力学中，利用实验数据求取化学反应速度方程式的两种最主要的方法为和法。
5. 多级混合模型的唯一模型参数为，轴向扩散模型的唯一模型参数为（或Ez / uL）。
6. 工业催化剂性能优劣的三种最主要的性质是和,t t2
E(t) 7. 平推流反应器的E函数表达式为，其无因次方差= 0,t t
2
次方差＝1 。
8. 某反应速率常数的单位为m3 / (mol hr )，该反应为
9. 对于反应A 2B 2R，各物质反应速率之间的关系为(-rA)：(-rB)：
rR ＝。10. 平推流反应器和全混流反应器中更适合于目的产物是中间产物的串联反应。
11. 某反应的计量方程为A R S，则其反应速率表达式
12. 物质A按一级不可逆反应在一间歇反应器中分解，在67℃ 时转化50％需要30 min, 而在80 ℃时达
到同样的转化率仅需20秒，该反应的活化能为3.46×105 13. 反应级数（可能/不可能）大于3。
14. 对于单一反应，在相同的处理量和最终转化率条件下，选择反应器时主要考虑；而对
于复合反应，选择反应器时主要考虑的则是目的产物的收率；
第十四章化学反应工程基础资料
14.2 理想流动和理想反应器的设计
2．热量衡算 热量衡算的依据是能量守恒定律：
随入物的料热流量－出随的物热料量流－反 界应 交系 换统 的与 热外 量＋的反热应效过应程－累热积量＝0
• 间歇操作第一，第二项为零； • 稳态操作的连续流动反应器第五项为零； • 非稳态操作的连续流动反应器及半连续操作反应器则式中所有各项均
恒容时间隙反应器的图解计算
14.2 理想流动和理想反应器的设计
对于一级反应 －rA kCA 代入积分之得：
ln C A0 kt CA
或： C A＝C A0e kt
如用转化率x表示：
ln 1 kt 1 xA
对于单一反应物的二级反应 －rA kCA2
1 － 1 ＝kt CA CA0
或：
C
＝ CA0 A 1＋C A0
绪论
化学反应工程工作者的任务
各类 化学反应
化学反应 规律
传递 规律
结合
各类 反应器
反应结果
14.1 均相反应动力学
化学反应动力学是微观化学随机变化规律的统计表述。 均相化学反应动力学
均相化学反应动力学主要研究均相系统化学反应的速 率以及各种不同因素对化学反应速率的影响。
虽然化学反应动力学不因宏观的传递过程而发生变化， 但研究化学反应动力学对于研究传递过程对化学反应过程 的影响具有典型意义。
化学反应工程综合复习资料(有答案)
《化学反应工程》综合复习资料（模拟题）
一、填空题：
1.所谓“三传一反"是化学反应工程学的基础，其中“三传”是指、和，
“一反”是指。
2.各种操作因素对于复杂反应的影响虽然各不相同，但通常温度升高有利于活化能的反
应的选择性，反应物浓度升高有利于反应级数的反应的选择性。
3.测定非理想流动的停留时间分布函数时,两种最常见的示踪物输入方法为和.
4.在均相反应动力学中，利用实验数据求取化学反应速度方程式的两种最主要的方法为
和.
5.多级混合模型的唯一模型参数为，轴向扩散模型的唯一模型参数为。
6.工业催化剂性能优劣的三种最主要的性质是、和.
7.平推流反应器的E函数表达式为，其无因次方差2θσ= ，而全混流反应
器的无因次方差
2
θ
σ＝。
8.某反应速率常数的单位为m3/(mol。hr）,该反应为级反应。
9.对于反应22
A B R
+→，各物质反应速率之间的关系为：（-r A):(-r B）:r R＝。
10.平推流反应器和全混流反应器中更适合于目的产物是中间产物的串联
反应.
11.某反应的计量方程为A R S
→+，则其反应速率表达式。
12.物质A按一级不可逆反应在一间歇反应器中分解，在67℃时转化50%需要30min，而在
80℃时达到同样的转化率仅需20秒，该反应的活化能为.
13.反应级数（可能/不可能）大于3。
14.对于单一反应，在相同的处理量和最终转化率条件下,选择反应器时主要考虑；
而对于复合反应，选择反应器时主要考虑的则是;
15.完全混合反应器（全混流反应器）内物料的温度和浓度，并且(大于/
小于/等于）反应器出口物料的温度和浓度.
《化学反应工程》试题及答案基础部分
《化学反应工程》试题库
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/(m 3·h)，速率常数k 的因次为 m 3/(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 m 3/kg ·h 。
7. 反应速率2
/1A A kC r =-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2.1010000
ln +-
=T
k ，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2SO 2+O 2==2SO 3的膨胀因子2SO δ等于 -0.5 。 12. 非等分子反应N 2+3H 2==2NH 3的膨胀因子2H δ等于 –2/3 。 13. 反应N 2+3H 2==2NH 3中（2N r -）= 1/3 （2H r -）= 1/2 3NH r
化学反应工程基础课后习题答案
第二章化学反应工程基础
1.说明聚合反应工程的研究内容及其重要性。
研究内容：①以工业规模的聚合过程为对象，以聚合反应动力学和聚合体系传递规律为基础；②将一般定性规律上升为数学模型，从而解决一般技术问题到复杂反应器设计，放大等提供定量分析方法和手段；③为聚合过程的开发，优化工艺条件等提供数学分析手段。
简而言之：聚合反应工程研究内容为：进行聚合反应器最佳设计；进行聚合反应操作的最佳设计和控制。
2.动力学方程建立时，数据收集方式和处理方式有哪些？
收集方式：化学分析方法，物理化学分析方法
处理方式：积分法，微分法。
3.反应器基本要求有哪些
①提供反应物料进行反应所需容积，保证设备一定生产能力；②具有足够传热面积；③保证参加反应的物料均匀混合
4.基本物料衡算式，热量衡算式
①物料衡算：反应物A流入速度-反应物A流出速度-反应物A反应消失速度-反应物A积累速度=0（简作：流入量-流出量-消失量-积累量=0）
②热量衡算：随物料流入热量-随物料流出热量-反应系统与外界交换热量+反应过程的热效应-积累热量=0
5.何谓容积效率？影响容积效率的因素有哪些
工业上，衡量单位反应器体积所能达到的生产能力称之为容积效率，它等于在同一反应，相同速度、产量、转化率条件下，平推流反应器与理论混合反应器所需总体积比：η=Vp/Vm=τp/τm。
影响因素：反应器类型，反应级数，生产过程中转化率有关
6.何为平推流和理想混合流？
①反应物料在长径比很大的反应器中流动时，反应器内每一微元体积中流体均以同样速度向前移动，此种流动形态称平推流；②由于反应器强烈搅拌作用，使刚进入反应器物料微元与器内原有物料元瞬时达到充分混合，使各点浓度相等且不随时间变化，出口流体组成与器内相等此流动形态称理想混合流。
《工程化学基础》课程教学大纲
《工程化学基础》课程教学大纲
授课专业：机械自动化
学时数：36 学分：2
•课程的性质和目的
《工程化学基础》是非化工类各专业培养现代工程技术和管理人才的必修基础课，是工科非化工类各专业（本科）化学类课程的终结课程，将为工科非化工类各专业的专业课程学习提供必要的化学理论知识基础。本课程从物质的化学组成、化学结构和化学反应出发，结合工程材料、环境污染、能源开发、信息传递、生命科学等当今五大领域的有关化学问题进行讨论，帮助学生建立物质变化的观点和能量变化的观点，提高学生的基本素质和创新能力。
•课程教学内容
第一章绪论（2学时）
要求一般理解与掌握的内容：系统、相、物质的量及反应进度的概念。
重点；相的概念。
难点：反应进度的概念和表达式的导出。
第二章物质的化学组成和聚集状态（6学时）
要求一般理解和掌握的内容有：具有复杂化学组成的物质、高分子化合物、配位化合物、生物大分子、晶体与非晶体、固体吸附剂、固体废弃物、石油、表面活性剂、大气相对湿度、酸雨、温室效应和臭氧层空洞、气溶胶、等离子体等概念。水的性质及其应用。稀溶液的依数性。理想气体状态方程式。
重点：稀溶液的依数性；理想气体状态方程式的应用条件和相关计算。
难点：稀溶液依数性的相关计算及应用。
第三章物质的结构和材料的性质（6学时）
要求一般理解和掌握的内容有：电子运动的特征。原子轨道和电子云。四个量子数。多电子原子的核外电子排布。金属元素和金属材料。能级跃迁和光谱分析。化学键。分子间力和氢键。分子能级跃迁和分子吸收光谱。高分子的结构和高分子材料。晶体缺陷。能带理论。陶瓷的结构和性能。复合材料。
第二章 化学反应工程基础(1)
(2.2(2.2-10)
目的产物P的瞬时选择性： 目的产物 的瞬时选择性： 的瞬时选择性
ϕP =
rP dCP k1CA = = rA − dCA k1CA + k2
积分
∫
CP
0
dCP =
∫
CA
CA0
k1CA − dCA = (k1CA + k2 )
∫
k2 [ −1]dCA CA0 k C + k 1 A 2
dCA = (k + k′ )CA − k′CA0 ⇒− dt
动力学方程： dCA rA = − = kCA − k′CP dt
∫
t
0
(k + k′ )dt = −
∫
1 [ ]d[(k + k′ )CA − k′CA0 ] CA0 (k + k′ )C − k′ CA0 A
CA
(k + k′)t = ln
图2.1.4 内部热交换型反应操作
高温惰性气体
原料
反应器
产物
图2.1.5 混合反应操作
冷却水
图2.1.6 蒸发式反应操作
气体
固体载 热体
反 应 燃料 原料
图2.1.7 蓄热式反应操作
蓄 热
鼓 泡 塔
气 气
气
气
图2.1.8 半连续流动系统
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
化学反应工程基础知识总结(笔记)
化学反应工程基础知识总结（笔记）
1、化学反应工程是一门研究涉及化学反应的工程问题的学科。如何将其在工业规模上实现是化学反应工程的主要任务。
2、理想置换反应器的特点：①由于流体沿同一方向，以相同速度向前推进，在反应器内没有物料的返混，所有物料通过反应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，反应器内状态只随轴向位置改变，不随时间改变。
3、全混流反应器的特性①物料在反应器内充分返混②反应器内各物料参数均一③反应器的出口组成与器内物料组成相同④反应过程中连续进料与出料，是一定常态过程。
4、返混的定义：物料在反应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、非均相催化反应过程步骤①反应组分从流体主体向固体催化剂外表面传递②反应组分从外表面向催化剂内表面传递③反应组分在催化剂表面的活性中心上吸附④在催化剂表面上进行化学反应⑤反应产物在催化剂表面上解吸⑥反应产物从催化剂内表面向外表面传递⑦反应产物从催化剂的外表面向流体主体传递
6、兰格缪尓（Langmuir）吸附模型条件①催化剂表面上活性中心分布是均匀的②吸附活化能和脱附活化能与表面吸附的程度无关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，脱附活化能则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。除扩散路径极不规则外，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，分子与孔壁的碰撞机会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。
《工程化学基础》第4章资料
如：P(白) 为指定元素，但 298. 15 K 时 P(红) 更稳定
23
水合离子标准摩尔生成焓
水溶液中，水合离子标准摩尔生成焓被定义为 B 物 质在温度 T 及标准态下生成 1 mol 水合离子 B (aq) 的 标准摩尔焓变，符号为 f Hmθ (B, aq)， 单位为 kJmol1。
并规定氢离子为参考状态，1 mol 的水合氢离子的标 准摩尔生成焓为零。 如：水合氯离子的标准摩尔生成焓 f Hmθ (Cl, aq) = 167. 2 kJmol1。
12
即
H = U + pV
焓 H 在系统状态变化过程中的变化值就是H，H 在热力学中称焓变，即 Qp = H2 H1 = H
焓的变化 H 在数值上等于等压过程中吸收或放出 的热量，即 H＞0，表示系统吸热，H＜0，表示系 统放热。
13
3. 热力学能变化 U 和焓变 H 的关系
U (QV) 和H (Qp) 都是系统中原子及其分子等结合 态动能、势能变化的总和，也就是系统总能量的变化。
《工程化学基础》
第四章 化学反应与能源
1
内 容 提 要
化学反应的实质是分子等结合态单元中的原子，在 空间范围和时间进程中经过不同状态，重新排列组合 成新的分子等原子结合态单元。在这些化学反应中， 反应物和生成物之间除了遵守质量守恒定律之外，还 或多或少地伴有能量的变化。 本章主要讨论： (1) 化学反应中的能量变化，预测化学反应进行的方 向、程度(热力学)； (2) 讨论化学反应速率、影响化学反应速率的因素以 及如何改变反应速率(动力学)； (3) 探讨化学能的开发与利用等问题。
化学反应工程试卷1答案
,,,,, ,,,,
2014级化学工程与工艺（本） 《化学反应工程》试卷1
1、一不可逆反应，当反应温度从25℃升高到35℃时，反应速率增加一倍，则该反应的活化能为 52894 J ／mol 。
2、所谓“三传一反”是化学反应工程学的基础，其中“三传”是指 质量传递、热量传递和动量传递，“一反”是指 反应动力学 。
3、各种操作因素对于复杂反应的影响虽然各不相同，但通常温度升高有利于活化能 高 的反应的选择性，反应物浓度升高有利于反应级数 大 的反应的选择性。
4、测定非理想流动的停留时间分布函数时，两种最常见的示踪物输入方法为 脉冲示踪法 和 阶跃示踪法 。
5、在均相反应动力学中，利用实验数据求取化学反应速度方程式的两种最主要的方法为 积分法 和 微分法 。
6、多级混合模型的唯一模型参数为 串联的全混区的个数N ，轴向扩散模型的唯一模型参数为 Pe （或Ez / uL ） 。
7、工业催化剂性能优劣的三种最主要的性质是 活性、选择性 和 稳定性。
8、平推流反应器的E 函数表达式为 ,()0,t t E t t t
⎧∞=⎪=⎨≠⎪⎩ ，其无因次方差2
θσ=
0 ，而全混流反应器的无因次方差2
θσ＝ 1 。
9、某反应速率常数的单位为m 3 / (mol ⋅ hr )，该反应为 2 级反应。
10、对于反应22A B R +→，各物质反应速率之间的关系为 (-r A )：(-r B )：r R ＝ 1：2：2 。
11、平推流反应器和全混流反应器中 平推流 更适合于目的产物是中间产物的串联反应。
12、某反应的计量方程为A R S →+，则其反应速率表达式 不能确定 。 13、物质A 按一级不可逆反应在一间歇反应器中分解，在67℃ 时转化50％ 需要30 min, 而在80 ℃时达到同样的转化率仅需20秒，该反应的活化能为 3.46×105 (J / mol ) 。
- 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)。
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
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。
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
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。
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。
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
反应物处在同一相(气相或液 相)中的反应
一、流动系统的反应速率和反应时间
单位时间进 入系统A物 质的量
qV ,0 CA,0 (1 xA )
qV ,0C0 A,0 (1 xA )
q
V ,0
CA,0[1 ( xA dxA )] (rA )dVR
q
(rA )dVR q C dx C (1 x ) V ,0 A ,0 A V ,0 A,0 A
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
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。
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。
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
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。
(d)列管式固定床 反应器
(e)固定床多段 绝热反应器
(f)流化床反应器
（三）按操作方式分类
可分为间歇操作、连续操作和半连续操作 1、间歇操作 （1）特点： a、不稳定过程：T（t），p（t），c（t）， R（t）。产品质量不稳定。 b、易控制，易改变。 c、不易自动化，反应器利用率低
（2）适用：小批量，多品种，速率慢， 热效应小的化工企业。 2、连续操作 （1）特点： a、稳定过程 b、难改变品种和条件 c、易自动化 d、设备封闭，污染少，对设备要 求高。
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
二、流体混合的概念及意义 1、流体粒子（微 元）在空间顺序上 的混合——空混。 空混=∞，完全空 混，Δc=0；空混 =0，完全无混合； 空混↑，Δc↓ 。
2、流体粒子（微 元）在时间顺序上 的混合——返混。
返混=∞，完全返 混，；返混↑， Δt↓。返混=0，完 全无返混， Δt=0
三、间歇操作搅拌釜式反应器 t=0
空时≠反应持续时间≠物料在反应器内停留时间
空间时间—物料流过反应器体积dVR与物料总体积流量 qV,0之比，用dτ表示。
dVR d qV ,0
VR
rA C A,0
dx A d
物料流经整个反应器有效容积的空间时间τ为
0
dVR 反应器体积 qV ,0 进料体积流量
应用空间时间概念时应注意 1)对于液相反应和物料总体积流量在反应过程中不发生 变化的气相反应，如果物料流动处于高度湍流状态，各 物料微团在反应器内齐头并进，其停留时间基本相同， 则空间时间可视为反应时间。 2)反应过程中物质量发生变化的气相反应，其总体积流量 将随转化率增加而变化。则依上式计算的空间时间并非物 料在反应器内的真实停留时间。
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，在平推流流动上叠加一轴向 分散过程，以表示反应器流动方向上的返混。
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。
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。
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。
适用于均相和非均相的反应。
六、 多釜串联反应器
特点：
（1）连续操作。
（2）每一级内物料浓度恒定，但各级 内的浓度不同，便于分段操作和控制。 （3）其停留时间可相对集中，串联的 釜数越多，停留时间越趋于一致。
第四节 流动系统的反应动力学
反应动力学 研究化学反应速率以及各种因素对化学反 应速率影响。 均相反应 化学反应 多相反应 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，并确定表达这些因素与反应速率间定量关系的速 率方程。
wk.baidu.com
(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。
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