化学反应工程第六章气液反应工程

化学反应工程思考题详解

第一章应用化学反应动力学及反应器设计基础一、思考题1、间歇系统与连续系统中，反应速率的定义式有何异同？2、反应系统中反应速率与化学计量系数有何关系？3、反应速率可以用浓度c i 、分压p i 或摩尔分率y i 来表述，相应的速率常数k c 、k p 、k y 之间有何关系？4、温度增加，反应速率常数肯定增加，对否？5、空速的定义是什么？它的大小反映了反应器的什么能力？6、转化率的定义是什么？在复杂反应系统中,它是否能起到在简单反应系统中所起到的作用？7、化学反应中哪种吸附起主要作用？8、惰性物质不参加反应，所以对吸附、脱附无任何影响，对否？9、吸附或脱附为控制步骤时，关键组分A 的分压有何特点，非关键组分的分压有何特点？ 10、表面反应为控制步骤时，反应物、生成物的分压有何特点？ 11、表达反应系统体积变化的参数是什么？12、方程式中反应前后摩尔数的变化是否表示反应体积的变化？第二章气－固相催化反应本证及宏观动力学一、思考题1、对于球形催化剂，西勒模数（Thiele ）越大，则催化剂的内扩散有效因子如何变化？2、如果在某催化剂上测得的反应速率为r ，而内扩散有效因子为0.8，则此反应速率是否为本征反应速率？3、对于气—固相反应，什么情况下，可以不考虑分子扩散的影响？4、对于球型催化剂粒子，西勒模数的定义式是什么？5、本征化学反应速度在内外扩散阻力完全消除的情况下与宏观化学反应速度有何关系？6、孔结构对内扩散有无影响？7、在气体的扩散过程中，如果催化剂的孔径远远小于分子的平均自由程时，可以不考虑哪种扩散？ 8、对于气－固相反应，如果本征动力学方程式为r ，催化剂的内扩散有效因子为ζ，则宏观动力学方程式应如何表示？二、计算题1、某可逆反应：A B C D k k +⇔+21，其均匀表面吸附机理的动力学方程式为：()()()r k P P P P K b P b P bP b P A A B C D A A C CBB D D=-++++1122试写出反应机理及控制步骤，并证明之。

化学反应工程第六章非均相反应器(上)

流化床反应器62流化床反应器63固定床反应器61第六章非均相反应器其他非均相反应器简介6461固定床反应器611固定床反应器的特点固定床反应器无论塔式还是管式均垂直设置气体由顶部进入流动方向与重力方向一致这样可以防止气体冲动床层造成催化剂分布不均匀和催化剂的磨损带出同时有利于反应器中可能形成的液态物质的排除
6.1.5 固定床反应器的工艺计算
(4)管间采用道生油强制外循环换热。道生油进口温度 503K，出口温度508K,道生油对管壁给热系数α0可取 2717kJ／(m2·h·K)。 (5)催化剂为球形，直径dP为5mm，床层空隙率ε为0.48。 (6)年工作7200h，反应后分离、精制过程回收率为90％，第一反应器所产生环氧乙烷占总产量的90%。
6.1.2 固定床反应器的类型
气流不是沿轴向而是沿径向通过催化剂床层，这种流程可以解决床层过高、走轴向压力降过大的问题，该合成塔床层阻力小、可以采用大气量、小颗粒催化剂，利于减小内外扩散的阻力，强化传质，因此特别适用于大中型生产规模的场合。
图6-7 径向反应塔示意图
6.1.3 固定床反应器内的流体流动
6.1.4.1 固定床中的传质内扩散控制过程发生的场合是，颗粒大，因而内扩散阻力大，内扩散速度小；温度高因而化学反应速度快；气速高
因而外扩散速度大。内扩散控制过程浓度分布特征是 CAg≈CAs>> CAc≈CAeq 。
外扩散的控制过程传质速度（外扩散速度）即为总反应速度。外扩散控制发生的场合是颗粒小，气速小、温度高。外扩散控制过程浓度分布的特征是
CO2 52.67+3.26=55.93kmol/h
N2
566.35kmol/h
C2H4O 3.16kmol/h

化学反应工程-19-第六章-气固相催化反应固定床反应器

2、二维模型中 hW 的计算：、的计算：模型认为温度沿着径向形成了一个分布，故 t m没有意义。这时床层向壁的传热速率：
dS =
6VS SS
西勒模数就是以d 为定型尺寸的。西勒模数就是以 S为定型尺寸的。形状系数的概念，表示：形状系数的概念，以 ϕ S 表示：
ϕS =
SV SS
2 SV = πd V （和粒子具有相同体积的球形颗粒的外表面积）
d ϕS = V d a

2
2、粒子群、对于大小不等的混合颗粒，平均直径为：
空隙率分布的影响：空隙率分布的影响：直接影响流体流速的分布，进而使流体与颗粒、床层与反应器壁之间的传热、传质行为不同，流体的停留时间也不同，最终会影响到化学反应的结果。
为减少壁效应，要求床层直径（dt）至少为粒径（dP）的八倍以上。
二、颗粒的定型尺寸颗粒的定型尺寸常用粒径来表示： 1、单个粒子、粒径d 粒径 P：对球形催化剂，应用一个参数dP即可完整描述颗粒的全部几何性质，即自由度为1；对规则形催化剂，如圆柱形，用两个参数如h、d即可；对不规则颗粒，也是用两个参数来描述颗粒的几何性能：一是当量直径；另一是形状参数。
d S u0 ρ g
6.1.2固定床内的传热固定床内的传热床层尺度上的传热过程包括四个方面：床层尺度上的传热过程包括四个方面： ①颗粒内部的传热 (λ P ) ；
( ②颗粒与流体之间的传热α g ) ；
③床层整体有效导热系数 (λe ) ； ④床层和反应器壁之间的传热 (h0、hW ) 。对于①中λP，见第十七讲《非等温反应宏观动力学方程》。它的大小往往由固体颗粒自身的性质粒内孔隙情况决定的，颗粒内的传热主要是以热传导形式进行的。对于②中的αg第十七讲中已经讨论过。现重点讨论③和④ ！现重点讨论③

气液相平衡方程

气液相平衡方程
气液相平衡方程是描述气体和液体之间物质传递的数学关系。

它是化学工程、环境科学、生物工程等领域中重要的理论工具。

气液相平衡方程的基本形式是亨利定律，即气体在液体中的溶解度与气体的分压成正比。

这个方程可以用以下数学表达式表示：
C = kH * P
其中，C是气体在液体中的溶解度，kH是亨利常数，P是气体的分压。

亨利常数是气体溶解度与分压的比例常数，它依赖于具体的气体和溶剂系统。

除了亨利定律，还有其他描述气液相平衡的方程，比如罗特定律和拉乌尔定律。

罗特定律是描述溶剂中溶质的逸度与溶液中溶质的摩尔分数之间的关系。

拉乌尔定律是描述理想混合溶液的蒸气压与组成之间的关系。

在工程实践中，气液相平衡方程经常用于设计和优化化工装置。

例如，在气体吸附过程中，通过气液相平衡方程可以计算出吸附剂中溶质的负荷量。

在化学反应工程中，气液相平衡方程可以帮助确定反应器中气体和液体的相互作用，从而优化反应条件。

此外，气液相平衡方程还可以应用于环境科学研究中。

例如，在水体中溶解氧的研究中，可以利用亨利定律来计算氧气在水中的溶解度，从而评估水体的氧化能力。

在大气污染研究中，可以利用拉乌尔定律来估算不同气体在大气中的浓度。

总之，气液相平衡方程是描述气体和液体之间物质传递的重要工具。

通过这些方程，可以深入理解气体和液体的相互作用，为工程设计和科学研究提供有力的支持。

陈甘棠主编化学反应工程第六章

转化的多段绝
热反应器，段间引入冷空气
进行冷激。
对于这类可逆放热反应过
程，通过段间换热形成先高后低的温度变化，提高转化率和反应速率。
总之，不论是吸热或放热的反应，绝热床的应用是相当广泛的，特别对于大型的，高温或高压的反应器，希望结构简单，同样大小的装置内能容纳尽可能多的催化剂以增加生产能力（少加换热空间），而绝热床正好能符合这种要求。但绝热床的温度变化总是较大的，由于温度对反应的影响同样不可忽视，故要综合分析并根据实际情况来决定。
体积：(非球形颗粒折合成同体积的球形颗粒应当具有的直径）
球形体积： VP

6
d3
6VP
1
3
dV
外表面积： (非球形颗粒折合成相同外表面积的球形颗粒应当具有的直径）
球形外表面积： p d 2 a
ap

1
2
da
d 6 球形比表面积： V S 3 VS d d
6.2.2床层压降
气体流动通过催化剂床层的空隙形成的通道时，与孔道皱襞摩擦将产生压降。厄根（Ergun）方程：
2 um 1 B dP 150 R 1.75 3 d dL em B s

式中：Rem : 修正的雷诺数，Rem u m：平均流速空塔气速 d s : 颗粒当量直径
ap 6 VS 6 dS 6 SV ap
比表面积： (非球形颗粒折合成相同比表面积的球形颗粒应当具有的直径） 2
混合粒子的平均直径：（各不同粒径的粒子直径的加权平均）
1 dm xi d i
xi - 直径等于d i的颗粒占的分数

《化学反应工程》课件

部分模化法
将反应器的一部分进行放大或缩小，以研究其放大效应或缩小效应。
相似放大法
通过相似理论来预测大试实验结果，需要保证相似条件得到满足。
04
流动与混合
流动模型与流型
1 2
层流模型
适用于低雷诺数的流体，流速较低，流体呈层状流动。
湍流模型
适用于高雷诺数的流体，流速较高，流体呈湍流状态。
3
过渡流模型
化学反应影响流动特性
化学反应释放的热量和产生的压力变化会影响流体的流动状态。
流动与混合实验技术
实验设备
包括管式反应器、搅拌釜式反应器、喷射式反应器等。
实验方法
通过测量流体的流速、压力、温度等参数，分析流动与混合对化学反应的影响。
05
传递过程与反应器的热力学基础
传递过程基础
传递过程定义
物质和能量的传递是自然界和工程领域中普遍存在的现象，传递过程是研究物质和能量传递规律的科学。
通过调节进料浓度来控制反应物浓度，保证反应的稳定性和效率。
催化剂选择与优化
选择合适的催化剂并优化其用量，提高反应效率和选择性。
反应器放大与缩小
经验放大法
根据小试实验数据和经验公式，通过比例放大来预测大试实验结果。
数学模拟放大法
通过建立数学模型来模拟反应过程，并利用计算机技术进行放大和缩小实验。
管式反应器
适用于连续操作和大量生产，传热效果好，适用于高粘度液体和悬浮液。
流化床反应器
适用于固体颗粒的反应，传热效果好，适用于大规模生产。
反应器设计基础
反应动力学
研究反应速率和反应机理，为反应器设计提供基础数据。
热力学
研究反应过程中的能量变化和物质平衡，为反应器设计提供热力学依据。

《化学反应工程》第三版(陈甘堂著)课后习题答案

《化学反应工程》第三版(陈甘堂著)课后习题答案第二章均相反应动力学基础2－4三级气相反应2NO+O22NO2，在30℃及1kgf/cm2下反应，已知反应速率常数2kC=2.65×104L2/(mol2 s)，若以rA=kppApB表示，反应速率常数kp应为何值？解：原速率方程rA=dcA2cB=2.65×104cAdt由气体状态方程有cA=代入式（1）2－5考虑反应A课所以kp=2.65×104×(0.08477×303) 3=1.564后当压力单位为kgf/cm2时，R=0.08477，T=303K。

答p p 2rA=2.65×10 A B =2.65×104(RT) 3pApBRT RTp表示的动力学方程。

解：.因，wwnAp=A，微分得RTVdaw案24网pAp，cB=BRTRT3P，其动力学方程为( rA)=dnAn=kA。

试推导：在恒容下以总压VdtVδA=3 1=21dnA1dpA=VdtRTdt代入原动力学方程整理得wdpA=kpAdt设初始原料为纯A，yA0=1，总量为n0=nA0。

反应过程中总摩尔数根据膨胀因子定义δA=n n0nA0 nA若侵犯了您的版权利益，敬请来信通知我们！Y http://.cn.co（1）mol/[L s (kgf/cm2) 3]m（1）则nA=nA01(n n0)δA1(P P0)δA（2）恒容下上式可转换为pA=P0所以将式（2）和式（3）代入式（1）整理得2－6在700℃及3kgf/cm2恒压下发生下列反应：C4H10发生变化，试求下列各项的变化速率。

（1）乙烯分压；（2）H2的物质的量，mol；（3）丁烷的摩尔分数。

解：P=3kgf/cm2，（1）课MC4H10=58，（2）w.krC2H4=2( rC4H10)=2×2.4=4.8kgf/(cm2 s)PC4H10=PyC4H101 dpC4H10= P dt2.4-1==0.8 s 3w（3）nC4H10=nyC4H10=n0(1+δC4H10yC4H10,0xC4H10)yC4H10dnH2dtdnH2dt=hdaw后n0=nC4H10,0=δC4H10rC4H10=反应开始时，系统中含C4H*****kg，当反应完成50%时，丁烷分压以2.4kgf/(cm2 s)的速率dyC4H10dt答1rCH=2.4224wdnC4H10dt案116×1000=2000mol582+1 1==21网dyC4H10=n0(1+δC4H10yC4H10,0xC4H10) dt=2000×(1+2×1×0.5)×0.8=3200 mol/s若侵犯了您的版权利益，敬请来信通知我们！Y http://.cno2C2H4+H2，dP=k[(δA+1)P0 P]=k(3P0 P)dtm（3）dpA1dP= dtδAdt2－9反应APS，( r1)=k1cA , ( r2)=k2cp，已知t=0时，cA=cA0 ，cp0=cS0=0, k1/k2=0.2。

第六章气-液反应工程

(
pi
Ei xi
Ei
ni n
Ei
ci n /V
Ei
ci
n / m
Ei
ci
/M
)
Hi M Ei
M 0 Ei
8
• 各种气体在水中的亨利倒数 (1/Ei，atm-1，1atm=101325 Pa)
• 亨利系数Ei与溶解度系数Hi与温度压力的关系为：
d ln Ei
d 1/ T
d ln Hi
d 1/ T
• 与化学吸收过程极为相似。
2
气液相反应的工业应用
化学化工学院《化学反应工程》
工业反应有机物氧化有机物氯化有机物加氢
工业应用举例
链状烷烃氧化成酸；对二甲苯氧化生产对苯二甲酸；环已烷氧化生产环已酮；乙醛氧化生产醋酸；乙烯氧化生产乙醛
苯氯化为氯化苯；十二烷烃的氯化；甲苯氯化为氯化甲苯；乙烯氯化
论 • 双膜论：气液相界面两侧各存在一个静止膜：气膜，液膜 • 传质速率取决于通过液膜和气膜的分子扩散速率 • 假设：扩散组分在气－液界面处达到气液相平衡。
16
气液传质理论（双膜理论）
化学化工学院《化学反应工程》
• 特点：是稳态的物理模型，模型直观，用起来方便。
• 要点：
① 流动方式：界面两侧有滞流传质膜，滞流传质膜≠滞流边界层
系，在分压很高时，气体的溶解度趋
近于化学计量的极限。
• 对各种气体的溶解度的高低，物理吸收主要体现在H的数值上，而化学吸收则不同，取决于α的数值。
• 物理吸收溶解热较小。
15
气－液反应历程
化学化工学院《化学反应工程》
• 气－液相间物质传递 • 传质模型:双膜论 Higbie渗透论 Danckwerts表面更新理

有机催化反应工程-气液反应

DA
t
(
c*A
c AL
)
表面更新模型
表面元在表面暴露时间为零到无穷大任一值暴露时间分布密度函数
se st
N A 0 N A( t )dt
DAs ( c*A cAL )
kL DAs
简单气液反应宏观动力学
扩散－反应微分方程
D
2c A z 2
c A t
rA
三维模型
D 2cA
uc A
c A t
aL：单位液相体积为基准的相界面积 εL：液含率
气液反应的理论基础
扩散方程
Fick第一定律－分子扩散速率
Fick第二定律－扩散方程
膜模型渗透模型表面更新模型
N AB
DAB
dc A dz
DAB
2c A z 2
c A t
双膜理论
气液界面上，气体在液相的浓度与其在气相的浓度瞬时达到平衡溶质通过界面无阻力气液相界面两侧分别存在气膜与液膜，传质阻力完全集中于膜内通过气膜的溶质都通过液膜，膜内无累积膜内流体视为静止膜外气体和液体被充分搅拌，浓度均一气体通过的液面不更新
渗透模型
DA
2c A z 2
c A t
cA(
z,t
)
c AL
(
c*A
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
c AL
)1
erf
(
2
z )
DAt
z0 z0
t0 t0
cA cA
cAi c*A c AL
N
A
(
t
)
DA
cA z
z0
z t 0 cA cAL
DA
t

化学反应工程(ChemicalReactionEngineering)

化学反应工程(Chemical Reaction Engineering) 西南科技大学
§1-1化学反应工程
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：
化学反应工程(Chemical Reaction Engineering) 西南科技大学
§1-1化学反应工程
例如： so2 o2 为钒一气固催s化o反3 应
化学反应工程(Chemical Reaction Engineering) 西南科技大学
§1-1化学反应工程
三、反应过程的举例
化学反应工程(Chemical Reaction Engineering) 西南科技大学
§1-1化学反应工程
无论对于放热过程，还是吸热过程，催化剂与反应物气体存在温差。就整个反应器而言，如反应器内的浓度和温度随位置变化，需将化学反应与传递现象综合起来考虑。
四、化学反应工程作用
对于化学产品和加工过程的开发、反应器的设计放大起着重要的作用。运用化学反应工程知识可以：提高反应器的放大倍数，减少试验和开发周期。
Chapter Ⅰ绪论 Chapter Ⅰ绪论 Chapter 1 Introduction
§1-1 化学反应工程 §1-2 转化率、收率和选择性 §1-3 化学反应器的类型 §1-4 反应器的操作方式 §1-5 反应器的设计与基本过程 §1-6 工业反应器的放大
化学反应工程(Chemical Reaction Engineering) 西南科技大学

《化学反应工程》课程教学大纲

《化学反应工程》课程教学大纲课程名称：化学反应工程课程类型：必修课，专业课总学时：54 讲课学时：54 实验学时：0学分：3.0适用对象：化学工程、化学工艺先修课程：物理化学、化工工艺学、化工原理、化工热力学一、课程性质、目的和任务课程性质：化学反应工程是以化学反应器原理为要紧线索，要紧研究化学反应过程需要解决的工程问题，是化工生产的龙头、关键和核心，是一些基础学科诸如物理化学、传递过程、化学工艺等相互渗透与交叉而演变成的边缘学科，其内容要紧涉及化学反应动力学、反应器中传递特性、反应器类型结构、数学建模方法、操作分析及反应器设计，具有高度综合性、广泛基础性和自身专门性。

课程目的与任务：一是培养学生将物理化学、传递过程、化学工艺、化工热力学、操纵工程等学科知识用之于化学反应工程学的综合能力；二是使学生把握化学反应工程学科的理论体系、研究方法，了解学科前沿；三是使学生初步具备改进和强化现有反应技术和设备、开发新的反应技术和设备、解决反应过程中的工程放大问题以及实现反应过程中最优化的能力二、教学差不多要求通过本课程的教学，要使学生系统地把握化学反应动力学规律、传递过程对化学反应的阻碍规律，把握反应器设计、过程分析及最佳化方法。

四、课程的重点和难点绪论重点是化学反应工程的研究内容和方法。

第一章均相单一反应动力学和理想反应器重点：①化学反应动力学方程②理想反应器设计方程难点：动力学方称的建立；反应器设计运算第二章复合反应与反应器选型重点：复合反应动力学方程表达法；复合反应动力学特点分析；平推流反应器的串联和全混流反应器的串联。

难点：可逆反应吸热反应和放热反应动力学特点推导与分析；循环反应器设计方程的数学推导；复合反应（包括可逆反应、自催化反应、平行反应、连串反应）在PFR 和CSTR反应器的优化设计运算第三章非理想流淌反应器重点：停留时刻分布的概率函数及特点值；停留时刻分布的实验测定；解决均相反应过程问题的近似法即活塞流模型、全混流模型、凝聚流模型、多级混合槽模型、轴向扩散模型的推导、结论及应用比较。

化学反应工程课后习题答案吴元欣

第二节气-液反应历程
3. 准数M的判据
准数M表示了液膜中反应速率与传递速率之比值。由M数值的大小，可以决定反应相对于传递速率的类别，这一情况列于下表。
准数M的判别条件
条件 M << l M >> l
反应类别缓慢反应过程快速反应过程
反应进行情况反应在液流主体中进行
反应在膜中进行完毕
第二节气-液反应历程
DD的斜率大于 DE 的斜率(以绝对值而言)，这表明液膜中进行的化学反应将使吸收速率较纯物理吸收大为增加，若以表示吸收速率增强因子，则
DD的斜率 DE的斜率
1
第二节气-液反应历程
如果化学反应进行得很快，则被吸收组分浓度在液膜中的变化曲线将变得更向下弯曲一些，此时增强因子将会提高；反之，化学反应进行得慢，浓度曲线将更直一些，增强因子将会降低。
溶解热高达数万焦耳每摩尔，因此，温度改变对化学吸收平衡的影响较物理吸收时更为强烈。
第二节气-液反应历程
一、气—液相间物质传递
描述气-液相间物质传递有各种不同的传质模型，例如双膜论、Higbie渗透论、Danckwerts表面更新论和湍流传质论等，其中以双膜论最为简便。
双膜论是假定在气-液相界面两侧各存在一个静
第二节气-液反应历程
相界面上各种参数不随时间而改变。
pAi = cAi / H
传质只发生在气、液膜内。
膜内的传质方式仅为分子扩
散。
ZG
ZL
第二节气-液反应历程
若吸收系统服从亨利定律或平衡关系在计算范围为直线，则：
cA HpA*
根据双膜理论，界面无阻力，即界面上气液两相平衡，则：
cAi HpAi

化学反应工程第六章气-液反应及反应器

KG ( pG p*) KL (C *CL )
电流过程与双膜传质过程的类似
Ci Hpi
U1
U2
G
L
I U1 U2 U2 U3
R1
R2
U1 U2 U1 U2
R1 R2
R0
R0 R1 R2
U3
pG
Ci
pi
CL
GL
N pG pi Ci CL pG pi Ci CL
G / DG L / DL 1/ kG
M H（a或φ）准数数值大小的含义：
Ci pG
δg
δL
pi
GL
G
L
M （H或a φ）准数数值大小的含义：
M或φ数值越大，反应越快于传质，浓 CL 度分布越显著。
M H（a或φ）准数数值大小的含义：
Ci pG
δg
δL
pi
GL
G
L
M （H或a φ）准数数值大小的含义：
M或φ数值越大，反应越快于传质，浓 CL 度分布越显著。
三、M准数的判据
M准数：液膜中化学反应与传递之间相对速率的大小
条件反应类别反应进行情况
M 0 反应可忽略液膜液相的反应均可忽略
M 1 慢反应
反应在液相主体中进行
M 1 中速反应反应在液膜和液相中进行
M 1 快反应
反应在液膜中进行完毕
M 瞬间反应反应在膜内某处进行完毕
瞬
快
间
反
反
应
假设：扩散组分在气－液界面处达到气液相平衡。
双膜理论
Ci pG
δg
δL
pi
GL
G
L
CL
JG
DG

化学反应工程课件

The object of the course
▪ 课程目标：反应器分析与设计并重，结合实际、结合工艺。
▪ 授课方法：讲课与讨论相结合。 ▪ 考试方式：考试与/或作业结合平时成绩
化学反应工程 (Chemical Reaction Engineering)
▪ 主要参考书 ▪ 《化学反应工程》，陈甘棠主编，化学工业出版社 ▪ 《化学反应工程》，朱炳辰主编，化学工业出版社
化学与化工是自然科学技术发展的基础学科之一
化学是研究物质的组成、结构、性质及其变化规律和变化过程中能量关系的学科
化工是运用化学原理和机械原理，将物质的组成、结构、性质变成目标产品的过程工程学科
▪ 化学 (Chemistry)
▪ 无机化学 ▪ 分析化学
▪ 物理化学 ▪ 高分子化学与物理
▪ 化学工程与工艺 (Chemical Engineering and Technology)
特征：反应器高度为直径的数倍以至十几倍。内部常设置能增加两相接触的构件，如填料，筛板等。适用于两种流体相反应的过程。如气液反应、液液反应。
1.4 工业反应器的分类
第一章绪论
1.4.4 固定床反应器
▪ 特征：反应器内填充有固定不动的固体颗粒。可以是催化剂，也可以是固体反应物。适用于气固催化反应，固相加工反应，应用非常广泛。
第一章绪论
1.1 化学反应工程学的学科历史
第一章绪论
30年代，石油化学工业刚刚兴起。提出了“单
元操作”和“单元过程”等概念。
单元操作——流体输送，蒸馏，干燥等专管物
理工序。
单元过程——磺化，水解，加氢等专管化学反
应工序。
1937年，丹克莱尔较系统的阐述了“扩散，流

《化学反应工程》第一至第六章作业答案

第一章1. Fogler 《化学反应工程》（英文版）Page 31，P1-11B.解：摩尔衡算：0Vj j j j dN F F r dV dt-+=⎰C ：the corn steep liquor ；R ：RNA ；P ：penicillin.假设细胞为全混釜反应器，C 完全反应，R 不排出反应器，P 全部排出反应器在非稳态操作条件的摩尔平衡：（质量平衡类似，将各量表示成以质量为基准就行）0C F =，0CdN dt=，00C C F r V += 00R F =，0R F =，R R dN r V dt=0P F =，0CdN dt=，0P P F r V -+=2. Fogler 《化学反应工程》（英文版）Page 33，P1-15B.解：由题目给出的条件可知，对于A B →的反应F A0=5 mol/h ，v 0=10 L/h ，C A0=0.5 mol/L对于CSTR ：摩尔衡算：0A AAF F V r -=- 动力学：（1）A r k -=（2）A A r kC -=（3）2A A r kC -=摩尔流率与浓度关系：000A A F C v =0A A A F C v C v ==浓度为变量的摩尔衡算方程：00000A A A AA AC v C v C C V v r r --==--当消耗99%的组分A 时，00.01A A C C =，代入上式可得：000000.010.99A A A A AC C C V v v r r -==--代入动力学：（1）00000.990.99A A A C C V v v r k==- 代入数据得到：V=99 L （2）000000000.990.990.9999(0.01)A A A A A A C C C v V v v v r kC k C k====- 代入数据得到：V=2750 L （3）000000022000.990.990.999900(0.01)A A A A A A A C C C v V v v v r kC k C kC ====- 代入数据得到：V=66000 L对于PFR ：摩尔衡算：AA dF r dV= 动力学：（1）A r k -=（2）A A r kC -=（3）2A A r kC -=摩尔流率与浓度关系：000A A F C v =0A A A F C v C v ==浓度为变量的摩尔衡算方程：0()A A d C v r dV= 0AAdC dV v r = 00AA C AC AdC V v r =⎰代入动力学：（1）000000000000.99()(0.01)AA A A C C A AA A A A A C C A v v v dC dC V v v C C C C C r k k k k ===-=-=-⎰⎰ 代入数据得到：V=99 L （2）00000000ln ln ln1000.01AA C A A AC A A A v C v C v dC V v kC k C k C k ====-⎰代入数据得到：V=127.9 L （3）000020001111()()0.01AA C A C AA A A A v v dC V v kC k C C k C C ==-=--⎰ 代入数据得到：V=660 L 对于BR ：摩尔衡算：AA dN r V dt= 动力学：（1）A r k -=（2）A A r kC -=（3）2A A r kC -=浓度为变量的摩尔衡算方程：AA C A A C dC dt r =⎰代入动力学：（1）000.001A A C C t k-=代入数据得到：t=9.99h （2）001ln0.001A A C t k C =代入数据得到：t=19.2h （3）00111()0.001A A t k C C =- 代入数据得到：t=666h3. Fogler 《化学反应工程》（中文版）Page 23，P1-12C.解：由题目条件可知，反应A B C →+，在恒体积、等温、完全混合的间歇釜中进行，且V=20 L ，N A0=20 mol ，C A0=N A0/V=1 mol/L （1）摩尔衡算：AA dN r V dt= 动力学：A A r kC -=物质量与浓度的关系：A A N C V =浓度为变量的摩尔衡算方程：()A A d C V r V dt= A A dC V r V dt=AA dC dt r =0AA C AC AdC t r =⎰代入动力学：001ln AA C A A C A A C dC t kC k C ==-⎰代入数据得：t=7.99 min（2）摩尔衡算：AA dN r V dt= 动力学：2A A r kC -=物质量与浓度的关系：A A N C V = 浓度为变量的摩尔衡算方程：()A A d C V r V dt= A A dC V r V dt=AA dC dt r =0AA C AC AdC t r =⎰代入动力学：020111()AA C A C AA A dC t kC k C C ==--⎰ 代入数据得：t=9.5 min（3）假设反应气体为理想气体：状态方程：PV NRT =00208.31440033256000.02N RT P Pa Pa V ⨯⨯=== 408.31440066512000.02t t N RT P Pa Pa V ⨯⨯===第二章1. 在一个恒体积的间歇反应器中进行液相等温不可逆反应：A B →若反应为二级、一级、零级均相反应，分别求出转化率由0至0.9所需时间与转化率由0.9至0.99所需时间之比。