化学反应工程原理—— 反应过程中的混合现象及其对反应的影响
化学反应工程的基本原理讲解
化学反应工程的基本原理讲解在我们的日常生活和工业生产中，化学反应无处不在。
从厨房里的食物烹饪，到工厂里大规模的化工生产，化学反应都在发挥着关键作用。
而化学反应工程就是研究这些反应如何在工业规模上进行，以实现高效、安全和经济的生产。
化学反应工程的核心在于理解和控制化学反应的速率和选择性。
让我们先来谈谈反应速率。
反应速率简单来说，就是化学反应进行的快慢。
它可以用单位时间内反应物的减少量或生成物的增加量来表示。
比如说，在一个合成氨的反应中，如果我们能知道每秒钟有多少氮气和氢气转化成了氨气，这就是反应速率。
影响反应速率的因素有很多。
首先是反应物的浓度。
一般来说，反应物浓度越高，分子之间碰撞的机会就越多，反应速率也就越快。
就像在拥挤的人群中，两个人相遇的机会会比在空旷的地方大得多。
温度也是一个重要因素。
温度升高，分子的运动速度加快，能量增加，更容易发生有效碰撞，从而加快反应速率。
就好像把一群人变得更加活跃，他们之间交流和互动的频率也会提高。
催化剂在化学反应中也起着至关重要的作用。
催化剂能够降低反应的活化能，使反应更容易进行，而自身在反应前后的质量和化学性质不变。
比如说汽车尾气处理中的催化转化器，它能让有害气体在催化剂的作用下转化为无害物质，减少对环境的污染。
接下来我们聊聊反应选择性。
反应选择性指的是在一个复杂的反应体系中，我们希望得到的产物占总产物的比例。
在实际的化学反应中，往往会同时发生多个反应，生成多种产物。
而我们的目标是尽可能让主要反应发生，减少副反应的发生，以提高目标产物的收率和纯度。
为了实现良好的反应选择性，我们需要对反应条件进行精确控制。
比如在一个有机合成反应中，通过调整反应温度、压力、溶剂等条件，可以改变反应的路径和产物分布。
此外，选择合适的催化剂也能显著提高反应的选择性。
在化学反应工程中，还需要考虑反应器的类型和设计。
不同的反应需要不同类型的反应器来实现最佳的反应效果。
常见的反应器类型有间歇式反应器、连续式反应器和半连续式反应器。
混合及对反应的影响
04
混合在实际应用中的案例
化学工业中的混合应用
化学反应
在化学工业中，混合是实现化学 反应的重要步骤之一。通过将不 同的化学物质混合在一起，可以 产生新的物质或改变原有物质的 性质。
催化剂
许多化学反应需要使用催化剂来 加速反应速度。催化剂的制备通 常涉及到将不同的物质混合在一 起，以形成具有催化活性的物质 。
混合对反应速率的影响
混合程度越高，反应物分子接触越充分， 反应速率越快。
适当的混合方式可以促进反应物分子的扩 散和碰撞，从而提高反应速率。
混合不均匀可能导致局物的影响
不同的混合方式可能导致不同的反应路径 和产物。
混合过程中可能产生新的化学物种或中间 体，影响最终的产物。
混合及对反应的影响
汇报人：文小库
2024-01-20
CONTENTS
• 混合的基本概念 • 混合对化学反应的影响 • 混合对物理变化的影响 • 混合在实际应用中的案例 • 未来混合技术的发展趋势和挑
战
01
混合的基本概念
混合的定义
混合是将两种或多种物质均匀地结合 在一起的过程。
在化学反应中，混合通常是指将反应 物按照一定的比例和顺序加入反应体 系中，使其充分接触并混合均匀。
食品添加剂
为了延长食品的保质期和改善食品的口感和 外观，通常需要添加一些食品添加剂。这些 添加剂的制备过程中，混合是必不可少的步 骤。
05
未来混合技术的发展趋势和挑战
高效混合技术的研发
研发新型混合设备
针对特定物料和工艺需求 ，研发更高效、更节能的 混合设备，提高混合效率
。
优化混合工艺参数
深入研究混合过程中的物 理和化学变化，通过优化 工艺参数，实现更高效的
第二章 化学反应器中的混合现象
14
2. 全混流反应器与平推流反应器串联
(1) 自催化反应，提高反应器的生产强度 (2) 平行-串联反应，提高目的产物的选择性
3. 分段(分批)进料反应器
平行反应：
1 A B P 2 A B S
nA1 nA 2 nB1 nB 2
为提高目的产物的选择性，需要提高反应物A的浓度，降低反应物B浓度
2016/7/17
版权所有, By 曹志凯, 厦门大学化学工程与生物工程系
13
2.2.2 理想反应器的组合和操作方式的选择
对某些反应，返混的利弊在不同的阶段可能不同， 适宜的反应器型式、操作方式和加料方式有利于调节 反应器内的浓度和温度分布，适合特定的反应。 常见的反应器组合及加料方式： 1. 全混流反应器串联
k21=k2/k1
CSTR与PFR比较，反应物A和产物R浓度有
CA, PFR CA,CSTR CR,PFR CR,CSTR
因此，CSTR的选择性总是小于PFR
如图示,k21>>1时,两种反应器的选择性 差别趋小,但在高转化率下选择性很差。 当k21<<1时,两种反应器的选择性差异 较大,但在高转化率下选择性仍能保持 较高。
17
方案1
对动力学具有自催化反应特征的反应过程，采用 PFR一定要有循环流，
VR (1 R)Q0C
xAf A0 Rx Af 1 R
dxA ( A )
循环比R=0.56时，反应器所需的体积最小
VR 1.21m3
2016/7/17
版权所有, By 曹志凯, 厦门大学化学工程与生物工程系
根据反应的特征全面分析返混的利弊是决定反应器的选型的操作方式时要考虑的一个重要因222理想反应器的组合和操作方式的选择对某些反应返混的利弊在不同的阶段可能不同适宜的反应器型式操作方式和加料方式有利于调节反应器内的浓度和温度分布适合特定的反应
化学反应原理知识点总结
化学反应原理知识点总结引言化学反应是化学学科中最重要的基础知识之一，它揭示了物质的性质变化和能量转化的过程。
本文将对化学反应原理的一些关键知识点进行总结和探讨，帮助读者更好地理解化学反应的本质和基本原理。
一、化学反应的定义和基本概念化学反应是指原子、分子或离子之间发生碰撞、组合和重组，导致化学键的断裂和形成的过程。
在化学反应中，反应物转变为产物，伴随着能量的吸收或释放。
反应物与产物之间的化学键的破裂和形成是化学反应的关键。
二、反应物和产物反应物是指参与反应的化学物质，产物则是反应后形成的新物质。
化学反应中，反应物和产物的物质组成和化学性质发生了变化。
反应物和产物之间的摩尔比例称为化学计量比。
根据化学计量比，可以计算反应所需的物质的量。
三、守恒定律和能量转化化学反应中，守恒定律是一个基本原则。
根据守恒定律，质量、能量和电荷在反应中都是守恒的。
质量守恒指反应物的质量之和等于产物的质量之和；能量守恒指反应中的能量总量保持不变。
能量转化是化学反应的重要特征之一，反应过程中能量的转移和转化决定了反应的速率和放热、吸热性质。
四、化学平衡和反应速率化学平衡是化学反应达到稳定状态时的一种特性。
化学平衡的式子用化学方程式表示，可以用摩尔浓度或者压力来描述化学平衡。
平衡常数是一个定值，表征了反应物浓度与产物浓度之间的比率。
反应速率则指单位时间内反应物消耗或产物生成的速度。
反应速率受影响的因素包括浓度、温度、催化剂等。
五、反应类型和反应机理化学反应可以分为许多类型，例如酸碱中和反应、氧化还原反应、置换反应等。
每种反应类型都有其特定的反应机理，即反应过程中的中间态和步骤。
了解反应类型和反应机理可以帮助我们理解反应过程的具体细节和机制。
六、化学反应的应用化学反应的理论和实践应用非常广泛。
它们在日常生活中的应用包括化妆品、洗涤剂、药品等的合成和制备。
在工业生产中，化学反应用于制备合成材料、燃料、肥料等。
此外，化学反应还在环境保护和能源开发等领域发挥着重要作用。
化学反应工程第4章 反应器中的混合及对反应的影响
第四章 反应器中的混合对反应的影响 第一节 连续反应器中物料混合状态分析 一、 混合现象的分类 二、 连续反应过程的考察方法
不同的凝聚态，宜采用不同的考察方法 一、以反应器为对象的考察方法 二、以反应物料为对象的考察方法
第四章 反应器中的混合对反应的影响 第二节 停留时间分布的测定及其性质 一、停留时间分布 二、停留时间分布的实验测定 三、停留时间分布数字特征 四、理想流型反应器的停留时间分布 五、停留时间分布曲线的应用
柯尔莫哥洛夫(А.Η.Колмогоров)
Kolmogonov,1903-1987
苏联数学家。他对开创现代数 学的一系列重要分支作出了 重大贡献。柯尔莫哥洛夫建 立了在测度论基础上的概率 论公理系统，奠定了近代概 率论的基础，他也是随机过 程论的奠基人之一，1980年 由于他在调和分析、概率论、 遍历理论及动力系统方面出 色的工作获沃尔夫奖。此外 他在信息论、数理逻辑算法 论、解析集合论、湍流力学、 测度论、拓扑学等领域都有 重大贡献。
t< 0 t 吵0
Cin (t - ) =
0 C0
2.脉冲法(pulse input)
主流体V 注入
反应器VR
C(t)
C0 示踪剂
检测器
2.脉冲法
c(∞)
C0
c(t)
C(t)
C(t)
0
t=0 输入曲线
t
0
t
t 响应曲线
2.脉冲法
停留时间介于t ~ t + t的粒子分率 E (t ) = lim t ® 0 t
第五节 非理想流动反应器的计算
第四章 反应器中的混合对反应的影响
第一节 连续反应器中物料混合状态分析 第二节 停留时间分布的测定及其性质 第三节 非理想流动模型
混合物在化学反应中的作用
混合物在化学反应中的作用混合物是由两种或两种以上的物质混合而成的物质，其中每种物质保持其自身的性质和特点。
在化学反应中，混合物具有重要的作用。
混合物的反应速率控制当两种或更多种物质混合在一起时，它们的速率是不同的。
这是因为它们可能在混合物中以不同的速率反应，而这种速率取决于它们在混合物中的浓度。
在许多化学反应中，混合物的反应速率是由较慢的反应步骤所决定的。
这些步骤可能涉及中间产物的形成和分解，或者涉及较稳定的反应物之间的互换。
在这种情况下，混合物的成分、浓度和温度可以影响整个反应的速率。
混合物的化学平衡所有的化学反应都会达到一个化学平衡状态，这是一个反应物和产物浓度都保持恒定的状态。
化学平衡可以通过向混合物中增加或减少化学物质来改变。
其中，当我们增加某个化学物质的浓度时，反应会向产物方向逆转，反之则会向反应物方向逆转。
混合物还可以影响平衡常数（K）的值。
平衡常数被定义为一个反应物一旦形成产物，将保持产物状态的概率。
它也可以被视为一个反应物规定了产物而将自然发生的趋势。
使用混合物可以通过改变反应物和产物的浓度来改变平衡常数的值。
混合物的催化作用混合物中的化学物质可以提供某些反应所需的催化剂。
催化剂是一种能够减少反应能源并加速反应速率的化学物质，但不改变反应的化学性质和最终产物。
混合物中的催化剂可以减少反应物中所需能源的数量，从而简化反应并加速反应速度。
混合物的传质和分离混合物中不同物质之间的传质可以改变化学反应速率。
当化学反应中发生混合物的传质时，不同的反应物和产物可以在相互之间移动，因此加速了反应。
此外，混合物也可以被用来分离和提取化学物质。
例如，通过渗透技术，使用不同的温度和压力可以从混合物中分离出化学物质。
这种技术被广泛应用于工业和实验室中。
总之，混合物在化学反应中具有重要的作用。
它们可以影响反应速率、化学平衡、催化作用、传质和分离，以及其他方面。
因此，在化学反应中使用混合物可以提高反应效率和产率。
化学反应工程原理—— 反应过程中的混合现象及其对反应的影响66页PPT
混合现象及其对反应的影响
•
26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
•
28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
•
29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
化学选修《化学反应原理》知识点总结
化学选修《化学反应原理》知识点总结《化学反应原理》是化学选修课中的重要内容，它主要介绍了化学反应的基本原理和机理。
下面是该课程的核心知识点总结。
第一部分：化学反应的基本概念1.反应物和生成物：化学反应的起始物质称为反应物，经过反应转化而形成的物质称为生成物。
2.化学方程式：用化学式表示化学反应过程的方程式。
3.反应的宏观现象：气体的生成、溶液的颜色变化或是溶解度的改变等，可以作为宏观反应的观察指标。
4.反应的微观机理：化学键的形成和断裂，原子磁性的变化，以及电荷迁移等可以揭示反应的微观机理。
第二部分：化学反应的速率和能量变化1.反应的速率：反应速率衡量了反应物消耗或生成的速度，它与反应物浓度的变化率相关。
2.反应速率的影响因素：反应活性、温度、浓度、催化剂等都可以影响反应的速率。
3.反应动力学：研究反应速率与反应条件之间的关系。
4.反应的能量变化：反应过程中涉及能量的吸收和释放，反应物的能量差可以通过焓变来衡量。
第三部分：化学平衡和平衡常数1.化学平衡：当反应物和生成物的浓度达到一定比例，反应达到动态平衡状态。
2.平衡常数：反应物浓度与生成物浓度的比值关系称为平衡常数，根据平衡常数可以预测反应的进行方向。
3.平衡常数的影响因素：温度和压力可以影响平衡常数的数值。
4.平衡常数的计算：根据平衡常数的表达式可以计算出平衡常数的数值。
第四部分：酸碱中和反应1.酸碱概念：酸是能够释放H+离子的物质，碱能够释放OH-离子的物质。
2.中和反应：酸和碱之间有化学反应，生成盐和水的反应称为中和反应。
3.酸碱指示剂：能够通过颜色变化指示溶液中酸碱性质的物质。
4.酸碱滴定：通过滴定溶液中的酸碱物质，确定它们的摩尔比例。
第五部分：氧化还原反应1.氧化还原反应：涉及电子转移的化学反应称为氧化还原反应，其中氧化剂接受电子，还原剂失去电子。
2.氧化还原反应的表示方式：半反应方程式将氧化和还原过程分别表示，化简后通过平衡反应物的酸碱性质来平衡整个反应方程式。
化学反应的基本原理
化学反应的基本原理化学反应是化学领域中至关重要的概念，它涉及物质之间发生的转变和变化。
了解化学反应的基本原理对于理解化学现象、加深对化学知识的掌握以及应用化学于实际生活中都非常重要。
本文将介绍化学反应的基本原理，包括反应物、生成物、摩尔比和化学方程式等。
1. 反应物和生成物在化学反应中，反应物是指参与反应的起始物质，生成物则是指在反应中形成的新物质。
例如，在氧化铁的制备过程中，铁（Fe）和氧气（O2）是反应物，而生成的氧化铁（Fe2O3）是生成物。
反应物和生成物的种类可以各不相同，取决于具体的化学反应类型。
2. 摩尔比和化学方程式化学反应的发生需要满足一定的摩尔比。
摩尔比是指反应物之间在化学反应中的相对数量关系。
化学方程式是用化学符号和化学式表示化学反应的方法。
例如，用化学方程式表示氢气与氧气的反应为：2H2 + O2 -> 2H2O其中，2H2表示2个氢气分子，O2表示1个氧气分子，2H2O表示2个水分子。
方程式中的系数代表反应物和生成物的摩尔比，通过这个比例关系，可以推断出反应物的化学量和生成物的化学量。
3. 反应类型化学反应可以分为多种类型，包括酸碱反应、氧化还原反应、置换反应等。
不同类型的反应具有不同的特点和条件。
例如，在酸碱反应中，酸和碱发生中和反应，生成盐和水。
在氧化还原反应中，电子的转移导致物质的氧化和还原。
在置换反应中，原子或离子的位置发生交换。
了解不同类型的反应有助于预测反应的产物和了解化学反应的机理。
4. 反应速率和能量变化化学反应的速率是指单位时间内物质转化的量。
反应速率受到多种因素的影响，包括温度、浓度、催化剂和表面积等。
高温、高浓度、适当的催化剂和较大的表面积通常会加快反应速率。
反应过程中还伴随着能量的变化，包括放热反应和吸热反应。
放热反应释放能量，而吸热反应则吸收能量。
5. 化学平衡在化学反应中，反应物和生成物之间可能达到一种动态平衡，即化学反应同时进行正反两个方向，但反应物和生成物的浓度保持一定的稳定状态。
化学反应工程_第六章_混合现象及对反应的影响
2012-4-3
设流动反应器，稳定过程，同时进入N个质点，同 时离开N个质点。 停留时间是指物料质点从进入反应器开始到离开反 应器为止，在反应器内的停留时间，实际上是物料质点 的寿命。 考察在同一时刻离开反应器的N个质点的停留时间 情况，列表如下。
１. 按物料的年龄分类
6
化学反应工程/混合现象及对反应的影响 化学反应工程 混合现象及对反应的影响 Chemical Reaction Engineering
2012-4-3
物料混合程度的好坏是相对于一定的取样尺度而言的。 物料混合程度的好坏是相对于一定的取样尺度而言的。尺度就是取 样的多少，所以取样尺度可以理解为取样的范围。 样的多少，所以取样尺度可以理解为取样的范围。 （1）宏观混合 宏观混合是设备尺度上的混合现象，取样尺度是设备， 宏观混合是设备尺度上的混合现象，取样尺度是设备，即设备内的 物料。 物料。 ① 全混流 物料刚进入反应器就和反应器内的物料达到完全混合， 物料刚进入反应器就和反应器内的物料达到完全混合，物料在设备 尺度上达到均一。 尺度上达到均一。 ② 平推流 物料进入反应器后，在流动方向上互相不混合， 物料进入反应器后，在流动方向上互相不混合，在设备尺度上没有 混合。 混合。 全混流和平推流是流动状况的两种理想的极端状况， 全混流和平推流是流动状况的两种理想的极端状况，混合程度也是 两种极端状况。 两种极端状况。
∑
i =0
i
停留时间小于t 的粒子数 F (t ) = ＝停留小于t 的粒子所占分率 流过反应器的粒子总数
２.性质 1.0
t =0
第六章反应过程中的混合现象及其对反应的影响文件
第六章反应过程中的混合现象及其对反应的影响非理想流动:所有偏离平推流和全混流的流动。
反应器内反应物料流动、混合和分散的尺度：* 分子尺度* 凝聚态6.1 混合现象的分类按混合发生的尺度大小分类可分为两大类：（1）宏观混合。
指设备尺度上的混合现象。
如在连续流动釜式反应器中，如果搅拌作用强烈到足以使物料得到充分的混合，使反应器内的物料在设备尺度上达到均一，这就是全混流的状态。
如物料在设备尺度上没有任何混合作用，如平推流反应器的情况那样，物料自进入反应器后，在流动方向上互不相混，这又是另一种极端的流动状态———平推流。
全混流和平推流在宏观混合上是两种极限的流动状态。
6.1 混合现象的分类（2）微观混合。
是一种物料微团尺度上的混合。
微团是指固体颗粒、液滴或气泡等尺度的物料聚集体。
在发生混合作用时，各个微团之间可以达到完全相混，也可能完全不混或是介于二者之间。
*微团之间达到完全均一的混合状态——均相反应过程*微团之间完全不发生混合——固相加工反应过程*介于中间混合状态——互不相溶的液液反应过程6.2.1 停留时间分布的表达f（t）和F（t）的关系，由定义可知：若时间为无限长，则必有6.2.2 停留时间分布的实验测定示踪物的输入方法: 阶跃注入法、脉冲注入法及周期输入法等。
A 脉冲法当反应器中流体达到定态流动后，在某个极短的时间内，将示踪物脉冲注入进料中，然后分析出口流体中示踪物浓度随时间的变化，以确定停留时间分布。
代入6.2.2 停留时间分布的实验测定脉冲法的输入信号及输出响应曲线用脉冲法直接测得的是停留时间分布密度函数f（t）。
实验装置6.2.2 停留时间分布的实验测定阶跃注入与出口应答曲线阶跃法测定的停留时间分布曲线代表了物料在反应器中的停留时间分布函数，即F（t）。
阶矩，也就是平均停留时间。
数学期望离散型随机变量ξ的一切可能的取值x i 与概率P (ξ=x i )之积的和(设级数绝对收敛)其含义实际上是随机变量ξ的平均取值.6.2.3 停留时间分布的数字特征数学期望为随机变量的分布中心，在几何图形上也就是f（t）曲线下面这块面积的重心在横轴上的投影。
化学反应工程原理——反应过程中的混合现象及其对反应的影响
F（t）=C/C0
用阶跃法测得的是停留时间分布函数F(t)
18
6.2.3 停留时间分布的数字特征
1.数学期望
对原点的一阶矩，即平均停留时间
t
tf (t)dt
0
f (t)dt
tf (t)dt
停留时间在90~100s间物料所占分率为： F(110)－F(90)＝0.667－0.593＝0.074
（3）停留时间在>100s物料所占分率为： 1－F(100)＝1－0.632＝0.368
38
PFR和CSTR串联反应器的停留时间分布 （对比例6-2）
CPFSRTR中在的前停，留P时FR间在为后，p。在用C脉ST冲R中法的在停CS留TR时的间入为口注s，入在示
停留时间分布密度ƒ(t)、E(t) 停留时间分布函数F(t)
7
1.停留时间分布密度ƒ(t)
定义：
t=0时瞬间流入反应器的物料中，停留时 间介于t与t+dt之间的物料所占的分率为 ƒ(t)dt。
归一化的性质：
0 f (t)dt 1.0
8
2.停留时间分布函数F(t)
定义
f (t) dF(t) dt
t
ƒ(t)曲线上t时的值＝ F(t)曲线上对应点的斜率
10
小结
停留时间分布表征了发生在化学反应器内物 料混合的特性。
f(t)是指出口处物料的停留时间分布密度 在分析反应器特性时， f(t)是最有用的参数，
它描述了反应物流参与化学反应的时间长短
F (t) t f (t)dt 停留时间小于 t时流出物料所占的分率 0
化工行业中的化学反应原理解析
化工行业中的化学反应原理解析化学反应是化工行业中最基本且最重要的过程之一。
通过了解化学反应原理，可以帮助我们深入理解化工生产过程，并为解决问题提供有效的方法。
本文将解析化工行业中常见的化学反应原理，为读者提供更深入的了解。
一、酸碱中和反应酸碱中和反应是化工行业中常见且重要的一类化学反应。
酸碱中和反应的原理是酸和碱反应产生盐和水。
这种反应通常以酸的氢离子(H+)和碱的氢氧根离子(OH-)的结合为基础。
例如，硫酸和氢氧化钠反应：H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O这个反应中，硫酸释放出两个氢离子（H+），氢氧化钠释放出两个氢氧根离子（OH-），两者结合形成水，并生成硫酸钠。
二、氧化反应氧化反应是指某一物质与氧气发生反应，通常产生氧化物的化学反应。
在化工行业中，氧化反应主要用于合成某些化合物，或者进行催化反应。
例如，乙醇的氧化反应：C2H5OH + O2 → CH3COOH + H2O这个反应中，乙醇与氧气反应生成乙酸和水。
氧化反应在合成酮类、醛类等有机化合物的过程中起着重要作用。
三、加氢反应加氢反应是指在反应中加入氢气，将某一物质还原成更高价态的化学反应。
在化工行业中，加氢反应常用于合成化学品或改变某一物质的性质。
例如，苯的加氢反应：C6H6 + 3H2 → C6H12这个反应中，苯与氢气反应生成环己烷。
加氢反应在石油化工、有机合成等领域具有广泛应用。
四、酯化反应酯化反应是指酸与醇反应生成酯的化学反应。
在化工行业中，酯化反应常用于合成香料、染料、润滑剂等化学品。
例如，甲酸与乙醇的酯化反应：HCOOH + C2H5OH → HCOOC2H5 + H2O这个反应中，甲酸与乙醇反应生成乙酸甲酯和水。
酯化反应在化妆品、食品添加剂等领域具有广泛应用。
五、聚合反应聚合反应是指将小分子物质通过化学键的重组而成长链高分子或网络结构的化学反应。
在化工行业中，聚合反应常用于制备塑料、橡胶、纤维等材料。
反应器中的混合及其对反应的影响
第三章 反应器中的混合及其对反应的影响 用反应物料质点在反应器内的停留时间来描述不同反应器内流体流动类型是 很好的主意， 平推流反应器具有相同地停留时间， 而全混流反应器则具有不同的停 留时间， 不同的停留时间可以用停留时间分布来描述， 工业反应器流动类型往往偏 离了两种理想流动模式， 其停留时间分布特征也与两种理想流动模式不同。
通过了 解工业反应器地停留时间分布，能较好的反映出它偏离理想流动模式地程度。
§ 3.1 连续反应器中物料混合状态分析 按混合对象的年龄来分类① 相同年龄物料之间混合－同龄混合，如间歇反应器② 不同年龄物料之间的混合－返混，如连续流动釜式反应器。
按混合发生的尺度大小来分类。
①宏观混合：指设备尺度上的混合现象。
②微观混合：一种物料微团尺度上的混合。
（微团如固颗、气泡、液滴等） §3.2 停留时间分布的测定 § Residence time distribution停留时间是指物料质点从进入反应器开始， 到离开反应器为止， 在反应器中总共停留的 时间，即质点的寿命分布。
物料在反应器中的停留时间分布是一随即过程， 按照概率论， 可用两种概率分布规律来 描述无聊在流动系统中的停留时间分布，即停留时间分布密度与停留时间分布函数。
一、停留时间分布密度 RTD定义：同时进入反应器的 N 各流体质点中， 停留时间介于 t 与 t ＋dt 间的质点所占分率 为 E （t ）dt ， E （t ） 称为停留时间分布密度函数，此函数具有归一化性质。
二、停留时间分布函数 F （t ） 定义：流过反应器的物料中停留时间小于 分率。
t=0 时， F （t ） ＝ 0 t时， F （t ） ＝ 1F （t ）与 E （t ）的关系，由定义可知： E （t ） dF（t ）dt反映在图上， E （t ）曲线在某一 t 时的值就是 F （t ）曲线对应点处切线的斜率，反之，若 E （t ）曲线已知， 0～t 区间 E （t ）曲线下的曲面面积即为 t 时刻 F （t ）的值。
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31
1. 平推流反应器的停留时间分布
ƒ(t)曲线：
t t 时，f(t)=0； t= t 时，f(t)=。
F(t)曲线：
t t时，F(t)=0； t t时，F(t)=1。
32
2. 全混流反应器的停留时间分布
测试的方法：阶跃法 假设：进料中示踪物的浓度C0＝1，物料流量v 出料中示踪物的浓度C（t） 对反应器作示踪物物料衡算（在dt时间内） 加入的B量－流出的B量＝留在反应器中的B量
38
PFR和CSTR串联反应器的停留时间分布 （对比例6-2）
CSTR在前，PFR在后，在CSTR中的停留时间为 s ，在 PFR中的停留时间为 p。用脉冲法在CSTR的入口注入示 踪剂，则在CSTR出口处浓度随时间的变化关系为：
C C0 e
则整个反应器体系的f(t)为：
t
s
0
t
第六章 非理想反应器和反应过 程中的混合现象
重点：
停留时间分布的定义、物理意义、测试方法 停留时间分布的数字特征及其应用 非理想流动模型及其在实际反应器计算中的应用 停留时间分布应用于连续釜式反应器中的固相反应
微观混合对反应结果的影响
1
概述
理想状态的反应器
BR—物料具有相同的停留时间，无返混 PFR—物料具有相同的停留时间，无返混 CSTR—物料具有停留时间分布，返混最大
F（t）=C/C0
用阶跃法测得的是停留时间分布函数F(t)
18
6.2.3 停留时间分布的数字特征
1.数学期望
对原点的一阶矩，即平均停留时间
t
0 0
tf (t )dt f (t )dt
tf (t )dt
0
V t v
意义：随机变量的分布中心 曲线下面积的重心在横轴上的投影
vC(t ) f (t ) Q
f (t ) C (t )
0
C (t )dt
用脉冲法可测得停留时间分布密度函数ƒ(t)
16
2. 阶跃法
流体达到定态流动后，自某
瞬间起连续加入示踪物流，
然后分析出口流体中示踪物 浓度随时间的变化，以确定 停留时间分布。
17
设：混合物流量=v 出口物料中示踪物浓度=C（t） 示踪物流出量=vC（t） 根据F（t）定义： ∵出口处停留时间<t的示踪物流出量＝vC0F(t) vC0F（t）= vC（t）
非理想反应器——工业反应器
特点：偏离理想状态，存在返混
2
描述非理想反应器的三个要素：
停留时间分布 混合程度
反应器模型
非理想流动反应器的研究思路：
首先考虑反应器流动模型，将其近似为PFR和CSTR 非理想流动，需要考虑宏观混合和微观混合 停留时间分布
3
6.1 混合现象分类
27
.
t /min C（t）
v0C (t ) f (t ) v0C (t )t
0 5 10 15
，t
tf (t ) f (t )
30 35 Σ
20
25
0
3
5
5
4
2
1
0
20
f（t） /min1
0
0.03
0.05
0.05
0.040.020.01 Nhomakorabea0
0.2
t.f（t）
0
0.15
0.5
11
6.2.2 停留时间分布的实验测定
方法—应答技术
用一定的方法将示踪物加入反应器进口，然后在 反应器出口物料中检测示踪物的信号，以获得示 踪物在反应器中停留时间分布规律的实验数据。
示踪物的输入方法
阶跃法；脉冲法。
12
示踪物的基本要求
示踪物与进料具有相同或非常接近的流动性质 和物理性质；
37
（1）0~100s
（2）90~110s
F (90) 1 e
t t
t t
1 e
90 / 100
110 / 100
0.593
0.667
F (110) 1 e
1 e
停留时间在90~100s间物料所占分率为：
F(110)－F(90)＝0.667－0.593＝0.074 （3）停留时间在>100s物料所占分率为： 1－F(100)＝1－0.632＝0.368
(t t ) f (t )dt
2 t 2 0
25
数字积分公式
xN
x0
h f ( x)dx ( f 0 4 f1 2 f 2 4 f 3 2 f 4 ＋4 f N-1 f N ) 3
26
0
t/min CA/g.L-1
f(t)
F(t)
1 5 3
以为自变量时ƒ(t)数值比以t为自变量时大 t 倍
24
方差
2
f ( ) t f (t )
2
( 1) f ( )d
0
0
t t 2 ( 1) f (t )t d ( ) t t
1 2 t
0
(t t ) 2 f (t )dt
t2
t2
0.75
0.8
0.5
0.3
0
3
28
.
t
2）
3 15 min 0.2
2
t
2
ˆ2 t
2
t
2
t E(t )t tˆ E(t )t
2
29
t C（t） . E（t ) t.E（t） t2.E(t)
0 5 10 15 20 0 3 5 5 4 0 0.03 0.05 0.05 0.04 0 0.15 0.5 0.75 0.8 0 0.75 5 11.25 16.0
示踪物
v
C0
反应器
C
v 检测器
脉冲输入
出口响应
14
设：物料流量v 脉冲注入示踪物总量Q 出口处示踪物浓度C（t）
当t=时，加入系统中的示踪物全部离 开 Q v C (t )dt vC(t )dt
0 0
15
停留时间介于t~t+dt之间的示踪物量
Qf (t )dt vC(t )dt
2
36
t
2
【例】
某全混流反应器体积为100L，物料流率为 1L/s，试求在反应器中停留时间为（1）0～ 100s，（2） 90～110s，（3）>100s的物 料在总进料中所占的分率。 解：
VR 100 t 100 s v0 1
F (100) 1 et t 1 e100 /100 0.632
f (t )dt
0
(t t ) f (t )dt t 2 f (t )dt t 2
2 0 0
PFR：所有物料的停留时间相同＝ t
0
2 t
方差愈小，流动状况愈接近PFR
21
对离散型实验数据
2 t
t f (t )t t f (t )t
25 2 0.02 0.5 12.5
30 1 0.01 0.3 9.0
35 0 0 0 0
Σ 20 0.2 3 54.5
54.5 2 15 272.5 225 t 0.2 2 47.5 (min )
2
t 47.5 2 2 0.211 t 15
2 2
30
6.2.4 平推流反应器和全混流 反应器的停留时间分布
0 t
0.8
F () f (t )dt 1.0
0
t
40min
9
3. ƒ(t)和F(t)的关系
F (t ) f (t )dt
0 t
图中的阴影面积＝ F(t)
F(t)
t
dF (t ) f (t ) dt
ƒ(t)曲线上t时的值＝ F(t)曲线上对应点的斜率
10
小结
6
微观混合—指物料微团尺度上的混合现象
6.2 停留时间分布及其性质
6.2.1 停留时间分布的表达
物料在反应器内的停留时间的长短—随机
物料在反应器内的停留时间的分布—随机
随机函数的表达方式
停留时间分布密度ƒ(t)、E(t) 停留时间分布函数F(t)
7
1.停留时间分布密度ƒ(t)
= 5/3[0+4(3+5+2)+2(5+4+1)]=100 g. min/L
f (t )
C (t )
0
C (t )dt
F (t ) f (t )dt
0
t
F(5)=5/2[f(0)+ f(1) ]= 5/2[0+ 0.03 ]=0.075 F(10)=5 {[f(0)+ f(2) ]/2 +f(1)}= 5 {[0+ 0.05 ]/2 +0.03}=0.275
定义：
t=0时瞬间流入反应器的物料中，停留时 间介于t与t+dt之间的物料所占的分率为 ƒ(t)dt。
归一化的性质：
f (t )dt 1.0