化学反应工程31间歇釜式反应器
化学反应工程名词解释与简答题
1.反应动力学主要研究化学反应进行的机理和速率，以获得进行工业反应器的设计和操作所必需的动力学知识，如反应模式、速率方程及反应活化能等等。
包含宏观反应动力学和本征反应动力学。
2.化学反应工程化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的学科，即以化学反应为研究对象，又以工程问题为研究对象的学科体系。
3.小试，中试小试：从事探索、开发性的工作，化学小试解决了所定课题的反应、分离过程和所涉及物料的分析认定，拿出合格试样，且收率等经济技术指标达到预期要求。
中试：要解决的问题是：如何釆用工业手段、装备，完成小试的全流程，并基本达到小试的各项经济技术指标，规模扩大。
4.三传一反三传为动量传递（流体输送、过滤、沉降、固体流态化等，遵循流体动力学基本规律）、热量传递（加热、冷却、蒸发、冷凝等，遵循热量传递基本规律）和质量传递（蒸馏、吸收、萃取、干燥等，遵循质量传递基本规律），“一反”为化学反应过程（反应动力学）。
5催化剂在化学反应中能改变反应物的化学反应速率（提高或降低）而不改变化学平衡，且本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变的物质叫催化剂。
6催化剂的特征（1）.催化剂只能加速热力学上可以进行的反应。
（2）.催化剂只能加速反应趋于平衡，不能改变反应的平衡位置（平衡常数）。
（3）催化剂对反应具有选择性，当反应可能有一不同方向时，催化剂仅加速其中一种。
（4）.催化剂具有寿命，由正常运转到更换所延续时间。
7活化组份活性组分是催化剂的主要成分，是真正起摧化作用的组分。
常用的催化剂活性组分是金属和金属氧化物。
8.载体催化剂活性组分的分散剂、粘合物或支撑体，是负载活性组分的骨架。
9助催化剂本身没有活性，但能改善催化剂效能。
助催化剂是加入催化剂中的少量物质，是催化剂的辅助成分，其本身没有活性或活性很小，但是他们加入到催化剂中后，可以改变催化剂的化学组成，化学结构，离子价态、酸碱性、晶格结构、表面结构，孔结构分散状态，机械强度等，从而提高催化剂的活性，选择性，稳定性和寿命。
间歇釜式反应器
计算方法
1、已知V0与 ，根据已有的设备容积V，求算需用设备个数n 按设计任务每天需要操作的总次数为： α =
24V0 24V0 = VR V
β= 每个设备每天能操作的批数为：
n' =
24 24 = t τ +τ '
则需用设备个数为：
α V0 (τ + τ ') = β V
VR = V = V0 (τ + τ ' ) / n '
物料衡算式 依 据：质量守衡定律。 基 准： 取温度、浓度等参数保持不变的单元体积和 单元时间作为空间基准和时间基准。 衡算式：对任一组分A在单元时间Δτ、单元体积ΔV内： [A的积累量]=[A的进入量] [A的离开量] [A的反应量] [A的积累量]=[A的进入量]-[A的离开量]-[A的反应量] 的积累量]=[A的进入量 的离开量 的反应量 目的：给出反应物浓度或转化率随反应器内位置或时 间变化的函数关系。
热量衡算式 （1）依 据： 能量守衡定律。 （2）基 准： 取温度、浓度等参数保持不变的单元体积和单元时间作为 空间基准和时间基准。 （3）衡算式 在单元时间Δτ、单元体积ΔV内（以放热反应为例）： [积累的热量]=[原料带入的热量]+[反应产生的热量]-[出料带走的热量]积累的热量]=[原料带入的热量]+[反应产生的热量] 出料带走的热量] ]=[原料带入的热量]+[反应产生的热量 [传给环境或热载体的热量] 传给环境或热载体的热量] （4）目的：给出温度随反应器内位置或时间变化的函数关系。
BR体积和数量求算 体积和数量求算
已知条件 每天处理物料总体积VD（或反应物料每小时体积流量V0）
Vρ
操作周期——指生产第一线一批料的全部操作时间，由反应时 间（生产时间）τ和非生产时间τ‘ 组成。 反应时间理论上可以用动力学方程式计算，也可根据实际情 况定。 设备装料系数——设备中物料所占体积与设备实际容积之比， 其具体数值根据实际情况而变化，参见表3-1。
化学反应工程第三章包括答案.docx
3釜式反应器在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应：该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级。
反应开始时乙酸乙酯及氢氧化钠的浓度均为 l ，反应速率常数等于。
要求最终转化率达到 95%。
试问：3（ 1）（ 1）当反应器的反应体积为1m 时，需要多长的反应时间？3，（ 2）（ 2）若反应器的反应体积为2m ，所需的反应时间又是多少？解：（ 1）(2)因为间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关，所以反应时间仍为。
拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应：以生产乙二醇，产量为20 ㎏/h ，使用 15%（重量）的 NaHCO3水溶液及 30%（重量）的氯乙醇水溶液作原料，反应器装料中氯乙醇和碳酸氢钠的摩尔比为 1：1，混合液的比重为。
该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为一级，在反应温度下反应速率常数等于，要求转化率达到 95%。
（1）（ 1）若辅助时间为，试计算反应器的有效体积；（2）（ 2）若装填系数取，试计算反应器的实际体积。
62kg/kmol,每小时产解：氯乙醇，碳酸氢钠，和乙二醇的分子量分别为,84和乙二醇： 20/62= kmol/h每小时需氯乙醇：每小时需碳酸氢钠：原料体积流量：氯乙醇初始浓度：反应时间：反应体积：（2）（ 2）反应器的实际体积：丙酸钠与盐酸的反应：为二级可逆反应（对丙酸钠和盐酸均为一级），在实验室中用间歇反应器于 50℃等温下进行该反应的实验。
反应开始时两反应物的摩尔比为 1，为了确定反应进行的程度，在不同的反应时间下取出10ml 反应液用的NaOH溶液滴定，以确定未反应盐酸浓度。
不同反应时间下，NaOH溶液用量如下表所示：时间， min0 10 20 30 50∝NaOH用量， ml现拟用与实验室反应条件相同的间歇反应器生产丙酸，产量为500kg/h ，且丙酸钠的转化率要达到平衡转化率的 90%。
试计算反应器的反应体积。
假定（ 1）原料装入以及加热至反应温度（ 50℃）所需的时间为 20min，且在加热过程中不进行反应；（2）卸料及清洗时间为 10min；（3）反应过程中反应物密度恒定。
化学反应工程第三章答案
3 釜式反应器在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应：该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级。
反应开始时乙酸乙酯及氢氧化钠的浓度均为l，反应速率常数等于。
要求最终转化率达到95%。
试问：（1）（1）当反应器的反应体积为1m3时，需要多长的反应时间？（2）（2）若反应器的反应体积为2m3，，所需的反应时间又是多少？解：（1）(2) 因为间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关，所以反应时间仍为。
拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应：以生产乙二醇，产量为20㎏/h，使用15%（重量）的NaHCO水溶液及30%（重3量）的氯乙醇水溶液作原料，反应器装料中氯乙醇和碳酸氢钠的摩尔比为1：1，混合液的比重为。
该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为一级，在反应温度下反应速率常数等于，要求转化率达到95%。
（1）（1）若辅助时间为，试计算反应器的有效体积；（2）（2）若装填系数取，试计算反应器的实际体积。
解：氯乙醇，碳酸氢钠，和乙二醇的分子量分别为,84 和 62kg/kmol,每小时产乙二醇：20/62= kmol/h每小时需氯乙醇：每小时需碳酸氢钠：原料体积流量：氯乙醇初始浓度：反应时间：反应体积：（2）（2）反应器的实际体积：丙酸钠与盐酸的反应：为二级可逆反应（对丙酸钠和盐酸均为一级），在实验室中用间歇反应器于50℃等温下进行该反应的实验。
反应开始时两反应物的摩尔比为1，为了确定反应进行的程度，在不同的反应时间下取出10ml反应液用的NaOH溶液滴定，以确定500kg/h，且丙酸钠的转化率要达到平衡转化率的90%。
试计算反应器的反应体积。
假定（1）原料装入以及加热至反应温度（50℃）所需的时间为20min，且在加热过程中不进行反应；（2）卸料及清洗时间为10min；（3）反应过程中反应物密度恒定。
解：用A,B,R,S分别表示反应方程式中的四种物质，利用当量关系可求出任一时刻盐酸的浓度（也就是丙酸钠的浓度，因为其计量比和投量比均为1：1）为：于是可求出A的平衡转化率：现以丙酸浓度对时间作图：由上图，当CA=×l时，所对应的反应时间为48min。
反应工程-答案-第三章
3 釜式反应器3.1在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应：325325+→+CH COOC H NaOH CH COONa C H OH该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级。
反应开始时乙酸乙酯及氢氧化钠的浓度均为0.02mol/l ，反应速率常数等于5.6l/mol.min 。
要求最终转化率达到95%。
试问：（1） （1） 当反应器的反应体积为1m 3时，需要多长的反应时间？ （2） （2） 若反应器的反应体积为2m 3，，所需的反应时间又是多少？解：（1）00222000001()(1)110.95169.6min(2.83)5.60.0210.95===⨯---=⨯=⨯-⎰⎰AfAf X X A A AA A A A A A A A dX dX X t C C R k C X kC X h(2) 因为间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关，所以反应时间仍为2.83h 。
3.2拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应：223222+→++CH ClCH OH NaHCO CH OHCH OH NaCl CO以生产乙二醇，产量为20㎏/h ，使用15%（重量）的NaHCO 3水溶液及30%（重量）的氯乙醇水溶液作原料，反应器装料中氯乙醇和碳酸氢钠的摩尔比为1：1，混合液的比重为1.02。
该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为一级，在反应温度下反应速率常数等于5.2l/mol.h ，要求转化率达到95%。
（1） （1） 若辅助时间为0.5h ，试计算反应器的有效体积； （2） （2） 若装填系数取0.75，试计算反应器的实际体积。
解：氯乙醇，碳酸氢钠，和乙二醇的分子量分别为80.5,84 和 62kg/kmol,每小时产乙二醇：20/62=0.3226 kmol/h每小时需氯乙醇：0.326680.591.11/0.9530%⨯=⨯kg h每小时需碳酸氢钠：0.326684190.2/0.9515%⨯=⨯kg h原料体积流量：091.11190.2275.8/1.02+==Q l h氯乙醇初始浓度：00.32661000 1.231/0.95275.8⨯==⨯A C mol l反应时间：02000110.952.968(1) 5.2 1.23110.95===⨯=-⨯-⎰⎰AfAf X X A A A A B A A dX dX t C h kC C kC X 反应体积：0(')275.8(2.9680.5)956.5=+=⨯+=r V Q t t l（2） （2） 反应器的实际体积：956.512750.75===r V V l f3.3丙酸钠与盐酸的反应：2525+⇔+C H COONa HCl C H COOH NaCl为二级可逆反应（对丙酸钠和盐酸均为一级），在实验室中用间歇反应器于50℃等温下进行该反应的实验。
3-3平推流管式反应器-化学反应工程
第三章理想均相反应器设计本章核心内容：从间歇釜反应器、稳态全混流反应器和平推流管式反应器这三种理想反应器的结构和流动特性出发，给出了它们数学模型的建立方法、不同反应过程中的反应体积设计公式和热量计算式以及具体的应用实例。
对这三种理想反应器性能进行了比较，特别是对稳态全混流反应器和平推流管式反应器及其组合内容进行了详细叙述。
针对不同反应过程讲述了优化设计方法。
化学反应工程学的主要目的是设计不同型式和大小的反应器，实现最佳的操作与控制，取得最佳的经济效益。
在用数学模型法来设计放大反应器的过程中，首先要了解进行化学反应的动力学特征、反应物的性质、产物的性质与分布，才能进行反应器的选型、操作方式的选择，进而进行反应器设计和计算。
由于生产中的化学反应器都很大，都或大或小存在着温度的差异和浓度的差异，都存在着动力消耗和反应器的各种结构的差异，对于实际生产中的化学反应过程一般很难做到反应物的温度、压力和流速完全均一，即非理想化。
这些差异给实际反应器的设计和放大带来了很大的困难。
实际反应过程的理想化是研究生产实践中千变万化的各种反应器的基础和前提，也是均相反应过程接近实际的反应器模型。
间歇釜式反应器（BSTR）、稳态全混流反应器(CSTR)和活塞流（平推流）管式反应器(PFR)，这三种理想反应器的设计原理具有普遍意义和广泛的应用性。
3-1 间歇釜式反应器3-2间歇釜示意图图3-1间歇釜式反应器如图3-1所示，间歇釜式反应器简称间歇釜，它的最大特点是分批装料和卸料。
因此，其操作条件较为灵活，可适用于不同品种和不同规格的液态产品生产，尤其适合于多品种而小批量的化学品生产，它在医药、助剂、添加剂、涂料、应用化学品等精细化工生产部门中经常得到应用，很少用于气相过程。
间歇釜的结构主要有釜体、搅拌装置、加热和冷却装置、进出料口和管件、温度和压力测量装置以及视孔、排污口和液位计等。
釜体上部釜盖用法兰与釜体连接，釜体上一般不开孔，都在釜盖上开孔用以安装管阀件，釜体上有四个吊耳用于固定反应釜，釜体外部是换热夹套。
第三章 釜式反应器
������������
1
= − ln 1 − ������
1 − ������
������
化学反应工程——釜式反应器
7
t与CA0有关 t与CA0无关
2. 间歇反应器的反应体积：
������ = ������ ������ + ������
式中： Q0— 单位时间内处理的反应物料的体积（由生产任务决定） t— 反应时间 t0— 辅助时间
1 − ������
������������
������������
1 反应时间：������ =
������������
������������ 1 − ������
若 ������ ≠ 1
t = 1 − ������
−1
������ − 1 ������������
若 ������ = 1
1 ������ = ������
������ = = ������ ������
(5)
������������
初 始 条 件 ： t=0时，CA=CA0 ; CP=0; CQ=0
对 ( 4 ) 积 分 得 ： ∴ ������ =
ln =
ln
(6)
由此式可求得为达到一定的XA所需要的反应时间,式（6）也可写成：
������ = ������ exp − ������ + ������ ������
1 − exp − ������ + ������ ������
������ + ������
两种产物的浓度之比，在任何反应时间下均等于两个反应的速率常数之比。
化学反应工程——釜式反应器
16
18秋西南大学[0751]《化学反应工程》习题答案
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1、平推流反应器中，。
反应器中任一横截面上各质点浓度或转化率不同浓度或转化率沿轴向不变浓度或转化率沿轴向变化反应器中沿轴向反应速度不变2、反应A + B → C，已知，则反应级数n=_______。
1233、对于一非恒容均相化学反应，反应产物B的化学反应速率=_______。
4、如果平行反应均为一级不可逆反应，若，提高收率应。
降低浓度提高温度提高浓度降低温度5、一级连串反应A → P → S在平推流管式反应器中进行，使目的产物P浓度最大时的反应时间_______。
6、对于一非恒容均相化学反应，反应组分A的化学反应速率_______。
7、管式反应器的特点是 。
返混小，所需反应器容积较小，比传热面积大，但对慢速反应，管要很长，压降大温度、浓度容易控制，产品质量可调结构简单，返混程度与高径比及搅拌有关，轴向温差大 流体与固体（催化剂）颗粒呈逆流流动8、反应，已知，则反应级数n=_______。
F. 23 0 19、下列哪些现象不属于非理想流动现象？活塞流循环流沟流短路10、下面几种操作过程中，不能按恒容过程处理。
总摩尔数不发生变化的等温气相反应均相的液相反应间歇操作的液相反应或气相反应体系中有少量惰性气体的等温气相反应11、如果平行反应均为一级不可逆反应，若，提高选择性应_______。
提高浓度提高温度降低温度降低浓度12、在理想全混流反应器中，物料。
浓度相同，温度不同浓度不同，温度也不同浓度不同，温度相同浓度相同，温度也相同13、如果连续操作的反应器达到定态，那么反应器中的浓度、温度等参数（）随时间变化，也随位置变化不随时间变化，可能随位置变化不随时间变化，也不随位置变化随时间变化，但不随位置变化14、测量气—固相催化反应速率，在确定有无外扩散影响时是在没有改变_______的条件下进行实验的。
催化剂装置进料流量催化剂装量15、下列属于理想吸附等温方程的是_______。
BET型Freundlich型Temkin型Langmuir型16、反应，已知k=0.8 L/(s·mol)，则反应级数n= 。
化学反应工程第三章
反应级数 反应速率
残余浓度式
转化率式
n=0
n=1
n=2 n级 n≠1
rA k
rA kCA
rA
kC
2 A
kt CA0 CA
kt CA0 xA
CA CA0 kt
xA
kt CA0
kt ln CA0 CA
CA CA0ekt
kt ln 1 1 xA
xA 1 ekt
kt 1 1
kt 1 xA
VR
V0CA0 xAf (rA ) f
式中 (rA) f 指按出口浓度计算的反应速率。
N A,CAf X Af
, 若 xA0 0 则物料衡算方程为:
[A流入量]－[A流出量]－[ A反应量]＝累积量
NA '
NA
(rA ) f VR
0
N A ' N A0 (1 xA0 ) N A N A0 (1 xAf )
2级反应：CA
CA0 1 CA0kt
CA 随 t 缓慢下降。
对于一级或二级不可逆反应，在反应后期，CA的下降 速率，即xA的上升速率相当缓慢。若追求过低的残余 浓度，即过高的转化率，则在反应后期要花费大量的
反应时间。（见书上例3-1）
例 3-1 在间歇反应器中进行等温二级反应
A→B
反应速率
r
0.01C
应器中达到x=0.99，需要反应时间为10min，问：
（1）在全混流反应器中进行时， 应为多少？
（2）在两个串联全混流反应器中进行时， 又为多少？
第四节 多级全混流反应器的串联及优化
设有一反应，A的初始浓度为CA0，反应结束后最终浓度为 CAf,反应的平衡浓度为CA*，考察平推流反应器和全混流反应器 的浓度推动力。
化学反应工程名词解释与简答题
化学反应⼯程名词解释与简答题1.反应动⼒学主要研究化学反应进⾏的机理和速率，以获得进⾏⼯业反应器的设计和操作所必需的动⼒学知识，如反应模式、速率⽅程及反应活化能等等。
包含宏观反应动⼒学和本征反应动⼒学。
2.化学反应⼯程化学反应⼯程是⼀门研究化学反应的⼯程问题的学科，即以化学反应为研究对象，⼜以⼯程问题为研究对象的学科体系。
3.⼩试，中试⼩试：从事探索、开发性的⼯作，化学⼩试解决了所定课题的反应、分离过程和所涉及物料的分析认定，拿出合格试样，且收率等经济技术指标达到预期要求。
中试：要解决的问题是：如何⾤⽤⼯业⼿段、装备，完成⼩试的全流程，并基本达到⼩试的各项经济技术指标，规模扩⼤。
4.三传⼀反三传为动量传递（流体输送、过滤、沉降、固体流态化等，遵循流体动⼒学基本规律）、热量传递（加热、冷却、蒸发、冷凝等，遵循热量传递基本规律）和质量传递（蒸馏、吸收、萃取、⼲燥等，遵循质量传递基本规律），“⼀反”为化学反应过程（反应动⼒学）。
5催化剂在化学反应中能改变反应物的化学反应速率（提⾼或降低）⽽不改变化学平衡，且本⾝的质量和化学性质在化学反应前后都没有发⽣改变的物质叫催化剂。
6催化剂的特征（1）.催化剂只能加速热⼒学上可以进⾏的反应。
（2）.催化剂只能加速反应趋于平衡，不能改变反应的平衡位置（平衡常数）。
（3）催化剂对反应具有选择性，当反应可能有⼀不同⽅向时，催化剂仅加速其中⼀种。
（4）.催化剂具有寿命，由正常运转到更换所延续时间。
7活化组份活性组分是催化剂的主要成分，是真正起摧化作⽤的组分。
常⽤的催化剂活性组分是⾦属和⾦属氧化物。
8.载体催化剂活性组分的分散剂、粘合物或⽀撑体，是负载活性组分的⾻架。
9助催化剂本⾝没有活性，但能改善催化剂效能。
助催化剂是加⼊催化剂中的少量物质，是催化剂的辅助成分，其本⾝没有活性或活性很⼩，但是他们加⼊到催化剂中后，可以改变催化剂的化学组成，化学结构，离⼦价态、酸碱性、晶格结构、表⾯结构，孔结构分散状态，机械强度等，从⽽提⾼催化剂的活性，选择性，稳定性和寿命。
釜式反应器--化工ppt课件
VR V0
，量纲： 时间
09.06.2020
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13
3.3 等温条件下，分批式操作的完全混 合反应器（BR）理想反应器的设计分析
3.3.1 概述
★分批式（又称间歇）操作：
是指反应物料一次投入反应器内，而在反 应过程中不再向反应器投料，也不向外排出 反应物，待反应达到要求的转化率后再全部 放出反应产物。
例题3.2—P62~63，自学。
09.06.2020
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31
3.3.5 连串反应
设在等温间歇反应器中进行如下的一级不 可逆连串反应（恒容）：
各组分的动力学方程： rAk1CA rPk1CAk2CQ rQ k2CP
设初值条件为：当t=0时， C AC A 0,C P0 ,C Q0
则有：
09.06.2020
★充分（完全）混合：
指反应器内的物料在搅拌的作用下，其参数（如
温度，浓度等）各处均一。
14
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15
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★间歇反应器特点
反应物料一次加入，产物一次取出。 物料充分混合，无返混；同一瞬时，反应器内各点温度相
同、浓度相同；而且出料与反应器内物料的最终组成相同； 所有物料在反应器内的反应时间（停留时间）相同。 非稳态操作，反应器内浓度、温度随反应时间连续变化。 具有周期性 具有灵活性
令
dC P dt
0
topt
lnk2 k1 k2 k1
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33
09.06.2020
.
34
C P ma x k k 1 1 C A k 0 2ex kp 2top tex kp 1 topt
化学反应工程讲稿2009第3章1：釜式反应器BR
kt ln CA0 CA
CA CA0ekt
kt 1 1 CA CA0
CA
CA0 1 CA0kt
kt CA0 xA
xA
kt CA0
1 kt ln
1 xA
xA 1 ekt
kt 1 xA
CA0 1 xA
xA
CA0kt 1 CA0kt
kt
n
1
1
(C1An
设计计算/操作分析、优化
*Batch stirred tank reactor 间歇搅拌釜
*Continuous stirred tank reactor 连续搅拌釜
*Tubular flow reactor 平推流管式反应器
反应器设计计算的目的与任务： 设备）t(反～应V0时（间体)积~x流（量转：化生率产）任~V务R（）反应容积：
rA kCA
t CA dCA
CA0 kCA
CA CA0ekt
xA 1 ekt
kt ln CA0 CA
kt ln(1 xA )
实际操作时间=反应时间(t) + 辅助时间 (t’)
反应体积VR是指反应物料在反应器中所占的体积
VR=V0(t+t’)
据此关系式，可以进行反应器体积的设计计算
等辅助操作时间为1h。反应在100℃下等温操作，其反应速率方
程为
rA k(CACB CRCS / K )
100℃时，k=4.76×10-4 L/（mol·min），平衡常数K=2.92。
试计算乙酸转化35 % 时所需的反应体积。根据反应物料的特性， 若反应器填充系数取0.75，则反应器的实际体积是多少？
化学反应工程第三章答案
化学反应⼯程第三章答案3 釜式反应器3.1在等温间歇反应器中进⾏⼄酸⼄酯皂化反应：325325+→+CH COOC H NaOH CH COONa C H OH该反应对⼄酸⼄酯及氢氧化钠均为⼀级。
反应开始时⼄酸⼄酯及氢氧化钠的浓度均为0．02mol ／ｌ，反应速率常数等于5.6l/mol.m ｉn 。
要求最终转化率达到9５%。
试问：（1） (1）当反应器的反应体积为１m 3时，需要多长的反应时间? （2） (2) 若反应器的反应体积为２m 3，,所需的反应时间⼜是多少？解:（1）00222000001()(1)110.95169.6min(2.83)5.60.0210.95===?---=?=?-?AfAf X X A A AA A A A A AA A dX dX X t C C R k C X kC X h（２）因为间歇反应器的反应时间与反应器的⼤⼩⽆关，所以反应时间仍为2.８3h 。
３.２拟在等温间歇反应器中进⾏氯⼄醇的皂化反应:223222+→++CH ClCH OH NaHCO CH OHCH OH NaCl CO以⽣产⼄⼆醇,产量为2０㎏／ｈ,使⽤15％（重量）的Na ＨCO 3⽔溶液及30％（重量）的氯⼄醇⽔溶液作原料，反应器装料中氯⼄醇和碳酸氢钠的摩尔⽐为１：１，混合液的⽐重为1．0２。
该反应对氯⼄醇和碳酸氢钠均为⼀级,在反应温度下反应速率常数等于5．２ｌ／m ｏｌ.h ，要求转化率达到9５％。
（1）（1）若辅助时间为0．5ｈ，试计算反应器的有效体积；（2）（2）若装填系数取0.7５，试计算反应器的实际体积。
解：氯⼄醇，碳酸氢钠,和⼄⼆醇的分⼦量分别为8０.5,84 和 6２ｋg/kmol,每⼩时产⼄⼆醇：２0/62=0.3226 kmol/ｈ每⼩时需氯⼄醇：0.326680.591.11/0.9530%?=?kg h每⼩时需碳酸氢钠：0.326684190.2/0.9515%?=?kg h原料体积流量：091.11190.2275.8/1.02+==Q l h氯⼄醇初始浓度：00.32661000 1.231/0.95275.8?==?A C mol l反应时间：02000110.952.968(1) 5.2 1.23110.95===?=-?-??AfAf X X A A A A B A A dX dX t C h kC C kC X 反应体积：0(')275.8(2.9680.5)956.5=+=?+=r V Q t t l（2）（２) 反应器的实际体积：956.512750.75=3.3丙酸钠与盐酸的反应：2525+?+C H COONa HCl C H COOH NaCl为⼆级可逆反应(对丙酸钠和盐酸均为⼀级），在实验室中⽤间歇反应器于50℃等温下进⾏该反应的实验。
化学反应工程 第三章
t xAf
x cA cAf 图3－3 等温间歇液相反应 过程反应时间t的图解积分4 cA0
图3－2 等温间歇液相反应 过程t/cA0的图解积分
1. 等温等溶液相单一反应 在间歇反应器中，若进行等容液相单一不可逆 反应，则关键反应物A的反应速率式为：
dc A (rA )V k c f (c A ) dt c Af dcA 所需反应时间为：t c k f (c ) A0 c A
2. 增加组分B的回收费用，所以这也是一个需优化的参数。
17
4. 反应温度 对于间歇釜式反应器，可以在反应时间的不同 阶段，反应物系处于不同组成时，调整反应温度。 一般说来，高转化率时，反应物的浓度减少，反应 速率也随之减少，可以通过提高反应温度，促进反 应速率常数增大而增加反应速率。 如间歇釜式反应器中的硝化反应，在反应前期， 温度为40～45℃；反应中期，温度为60℃；而反应 后期，温度提高到70℃。
19
解：首先计算原料处理量V0根据题给的乙酸乙酯产量， 12000 可算出每小时乙酸需用量为 16.23kmol / h
88 24 0.35
由于原料液中乙酸:乙醇:水=1:2:1.35，当乙酸为1kg 时，加入的总原料为1+2+1.35=4.35kg 由此可求单位时间需加入反应器的原料液量为：
rA 1.045c kmol /(m h)
2 A 3
对1kmol A而言，投料情况是：
醋 酸 A 1kmol 60kg 0.062m3
正丁醇 B
4.96kmol
368kg
0.496m3
可求出，投料总体积VR=0.559m3
c A0 nA0 1.79kmol / m3 VR
化学反应工程复习资料
化学反应工程复习资料一．填空1。
理想反应器是指_______、_______.2。
全混流反应器的返混_______。
平推流反应器的返混为_______。
3.反应器物料的停留时间的分布曲线是通过物理示踪法来测定的,根据示踪剂的输入方式不同分为_______、_______、_______.4。
平推流管式反应器时，E(t）=____.；平推流管式反应器时，E（t）=_____.；平推流管式反应器时，F(t）=___.;平推流管式反应器＜时，F（t)=____。
5。
平推流管式反应器其E（θ)曲线的方差_______。
；平推流管式反应器其E（t）曲线的方差_______。
6.全混流反应器t=0时E(t）=_______。
;全混流反应器其E（θ)曲线的方差_______。
;全混流反应器其E（t）曲线的方差_______。
7。
催化剂“三性”是指、和。
8。
凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作_______.9。
化学反应过程按操作方法分为_______、_______、_______操作。
10。
化学反应工程中的“三传一反”中的三传是指_______、_______、_______。
11.化学反应的总级数为n，如用浓度表示的速率常数为，用逸度表示的速率常数，则=_______。
12。
在构成反应机理的诸个基元反应中，如果有一个基元反应的速率较之其他基元反应慢得多,他的反应速率即代表整个反应的速率,其他基元反应可视为处于_______。
13. 一级连串反应在全混流釜式反应器中，则目的产物P的最大浓度______、______。
14. 一级连串反应在平推流反应器中，则目的产物P的最大浓度_______、______。
15。
全混流反应器的空时τ是_______与_______之比.17。
脉冲示踪法测定停留时间分布对应曲线为_______。
18。
阶跃示踪法测定停留时间分布对应曲线为_______.19。
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V cA,0V
空速表明反应器的生产能力，一般说来，空 速越大，反应器的生产能力越大。
反应设计的基本计算方程式
物料衡算方程：A组分累积量=A组分流入量-A组分 流出量-A组分反应消耗量
反应器 间歇式
反应单元 带入量 带出量 反应量 累积量
整个反应器 0
0
√
√
全混釜（稳 整个反应器 √
√
√
0
态）
平推流（稳 微元长度 √
√
√
0
态）
非稳态
√
√
√
√
3.2间歇搅拌釜式反应器（BSTR）
本节所要掌握的内容
1.间歇反应器的设计方程、操作方程的建立及应 用；
2.等温间歇釜式反应器的计算（单一反应） 3.变容间歇釜式反应器的计算（单一反应） 4.确定最佳操作条件，计算完成规定的生产任务
rP
1 V
dNP dt
对设计方程进行积分
t
dt
NA
1
dN A
0
V r N A0
A
A组分的转化率
xA
N A0 N A N A0
间歇反应的反应时间
t xA N A0 dxA 0 V rA
dxA
dN A N A0
rA
kc
n A
rA kcAn
rA
k cAn
V vT t t
求得反应器的体积V后，根据实际反应过程的 装料系数，可以求得反应器实际体积
VT V
例题
例题 工厂采用间歇反应器以硫酸为催化剂使已二酸 与已二醇以等摩尔比在70℃下进行缩聚反应生产醇酸 树脂，实验测得该反应的速率方程式为：
rA=kCACB 式中：
rA----以已二酸组分计的反应速率，kmol.L-1.min-1 k----反应速率常数，1.97L.kmol-1.min-1
k
N
n A
Vn
k
N
n A0
1 xA Vn
n
1
t
k
N n1 A0
V xA n1
0
dxA 1 xA n
恒容间歇反应器
t
V n1
k
N n1 A0
xA 0
dxA 1 xA n
t
1
k
cn 1 A0
xA 0
dxA 1 xA
n
当n1
t
1
所需的反应器体积
3.2间歇搅拌釜式反应器（BSTR）
排除了物质的传递（搅拌良好） 无需考虑的反应器内热量传递 非定常态过程，cA、产物随时间
而变，化学反应的结果将唯一地 由化学反应动力学确定，反应进 行的程度决定于反应时间的长短 具有周期性，一个周期包括操作 （反应）时间t，也包括辅助（非 生产性）时间t’ 生产灵活性大
t N A 1 dNA A P V N A0 rA
t NA dN A 1 ln N A
k N N A0
A
k N A0
xA
N A0 N A N A0
1
NA N A0
t
1 k
ln 1
xA
35.7s
rA kcA
恒压间歇反应器
AA PP RR
反应器的形式和最佳操作条件 ●复完成生产任务所必需的反应器体积及生产能力
理想反应器特性 ●理想混合反应器特性
返混无穷大，完全混合，混合瞬间完成，器内物料具有完全相 同的温度和浓度，且等于反应器出口的温度和浓度。 如：搅拌良好的釜式反应器。
●平推流反应器特性
器内物料以相同的速率和一致的方向进行移动、返混为0，所有 物料在器内具有相同的停留时间。 如：长径比较大、流速较高的管式反应器。
A
P
R A
A
N A0 NT 0
N A0 NT 0
V V0
NT NT 0
1 AxA
V V0 1 AxA
t
V n1 0
k
N n 1 A0
xA 0
1 AxA
n 1
dxA 1 xA n
k
cn 1 A0
1
n
1
x 1n A
n1x A
1 k
ln
1
1 xA
xA 1 ekt
例题
对于一级不可逆反应方程：
A B, rA kcA
在一间歇反应器完成上述反应，如k＝0.01s-1， 试计算转化率达到30%时所用的反应时间。
N A N A0 N A0xA
NP
NP0
P A
N A0xA
NR
NR0
R A
N A0xA
惰性气体
NI NI0
NT
NT 0
P
vR
A
A
N A0xA
NT NT 0
1 P
vR
A
A
N A0 NT 0
xA
1 AxA
设计间歇反应器的计算： ○反应时间 t：由设计方程与动力学方程联立求解，即可求得达到一
定转化率所需时间t； t xA N A0 dxA 0 V rA
○有效容积：VR VR=v(t+t0) v----单位时间所需处理的物料体积（根据产量计算） t0----每批生产的辅助时间
○实际体积：V V=VR /φ φ----装填系数
1
k
cn 1 A0
xA 0
1 AxA
1 xA
n 1 n
dxA
间歇反应器的体积计算
生产任务给定后，平均每小时需要处理的物料量 ，根 据每批操作所需要的时间可以算出反应器的体积。其 中每批操作所需要的时间包括两部分，一是物料的反 应时间t，另外还有反应以外的加料、生温、冷却、卸 料、清洗等时间，称为辅助时间t’。因此反应器体积V 计算公式为：
第三章 理想反应器
概述
化学反应器是化工生产中的关键设备，反应器 的类型很多，在不同类型的反映器中，能量与 物质的传递特性有很大差异，因此反应器的类 型对产品的质量及整个工艺过程的经济性都起 着决定性的作用。
反应器的选型就是要根据给定反应体系的动力 学特性，选择具有适宜传递特性的反应器设备
本章将以均相反应为背景，讨论理想流动反应 器设计的基本理论。
连续流动反应器的空时、空速
空时：是空间时间的简称。它是指在规定的条 件下，反应器有效容积和进料体积流量的比值，
反应器容积 进料的体积流量
V vT
反应器容积 t 反应器中物料的体积流 量
空时与平 均停留时 间
连续流动反应器的空时、空速
空速（SV）：是空间速度的简称，它是空时 的倒数。指在规定的条件下，单位时间内通过 单位反应器容积的物料体积
cA、cB----分别为已二酸和已二醇的浓度，kmol.L-1 cA0、cB0均为0.004 kmol.L-1
总结
由间歇釜式反应器的设计方程可知： ○反应物达到一定的转化率所需反应时间只取决于过程的反应速率， 也就是说取决于反应动力学因素，与反应器的大小无关。 ○反应器的大小仅取决于反应物料的处理量。（即生产强度）
理想反应器的三种基本形式
●间歇反应器 (Batch reactor) ●活塞流反应器 (Plug flow reactor – PFRs) ●全混流反应器 (Continuous stirred tank reactors – CSTRs)
本章内容
●掌握工业反应器设计和开发计算中所为基本原理 ●以反应动力学为基础，根据反应的特点和反应器的性能，确定化学
◇间歇釜式反应器的物料衡算
对整个反应器中A组分物料进行衡算：
单位时间进入 单位时间流出 单位时间 单位时间内在 反应器的物料 反应器的物料 反应掉的 反应器内物料
A的量
A的量
物料A的量
A的累积量
0
0
rAVt
N A t t N A t
N A t t N A t 0 0 rAVt
NA
t t N A t
t
rAV
当t趋于0时
dN A dt
rAV
rA
1 V
dN A dt
定义产物P组分的生成速率：rP 反应速率为单位 时间单位体积生成P的摩尔量