化学反应工程教案3(化工13)-胡江良
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1
原物料的组成相同。这种混合不会影响反应过程的进行。 返混：流动反应器内，处于不同进料时间的两股物料之间发生的混合。 • 由于物料在反应器内的停留时间不同，则反应程度不同，二者的组
成也不相同，混合后形成的新物料其组成将与原物料的组成不同，化学反 应速率也将随之发生变化。 与正常通过反应器的物料相比，返混存在死角、短路/近路和回流等工 程因素。 原因： （1） 机械搅拌引起物料运动方向与主体流动方向相反； （2）反应器结构造成物料流速不均匀，例如死角、分布器等 2、按物料在反应器内返混情况进行分类： （1）间歇反应器 （2） 理想置换反应器
（2）、能量衡算 描述温度的变化规律。 温度对化学反应速率有着显著作用，为了确定某一时间每一点的温度 和组成，必须将物料衡算方程和热量衡算方程结合起来。 对反应器中的体积元进行热量衡算，有：
单位时间内 单位时间内 单位时间内与 单位时间内 单位时间内 输入的热量 输出的热量 环境交换的热量 关键组分 关键组分 关键组分 输入速率 输出速率 转化速率 累积速率
Fin Fout Fr Fb
间歇反应 稳态连续
Fr Fb 0
Fin Fout Fr
参考资料（含参考书、文献等）
《化学反应工程》 （第二版） ，郭 锴， 化学工业出版社， 2015 年出版； 《化学反应工程》 （第三版） ，陈甘棠， 化学工业出版社， 2011 年出版； 《反应工程》 （第三版） ，李绍芬 主编，化学工业出版社 ，2013 年出版。
教学反思：
5
3
持续时间。 主要用于间歇反应器，其中不包括装料、卸料、升温、降温等非反 应的辅助时间。 2、停留时间 t 和平均停留时间 t 停留时间 流体微元从反应器入口到出口所经历的时间，又称为接触时间，主要 用于连续流动反应器。 在反应器中，由于流动状态和化学反应的不同，物料微元体在反应器 中的停留时间是各不相同的，存在一个分布，称为停留时间分布。 平均停留时间 各流体微元从反应器入口到出口所经历的平均时间。 3、空间时间 反应器有效容积与流体特征体积流率之比值。
VR V0
用空间时间可以方便地表示流动反应器的基本设计方程。 空间时间表示的是在进口条件下，处理一个反应器体积的流体所需要 的时间。如
1 min 即表示每 1 min 可处理与反应器有效容积相等的物
料量，反映了连续流动反应器的生产强度。但空间时间不是停留时间。 4、空间速度 SV 单位时间内投入单位有效反应器容积内的物料体积
重点：反应器的分类、混合与返混、停留时间等几个时间概念。 难点：反应器设计基础方程。
教 学 基 本 内 容
方法及手段
讲解
1.3 化学反应器设计基础
反应器的开发大致有下述三个任务：①根据反应动力学特性来选择合 适的反应器型式；②结合动力学和反应器两方面特性来确定操作方式和优 化操作条件；③根据给定的产量对反应装置进行设计计算，确定反应器的 几何尺寸并进行评价。 本章讨论均相理想反应器模型：间歇反应器、连续流动搅拌槽式反应 器、活塞流反应器并进行各种理解反应器的设计分析。 1.3.1 反应器的分类 1、反应器：在工业上化学反应必然要在某种设备内进行，这种设备就 是反应器。 从本质上来讲，反应器的形式并不会影响化学反应动力学特性，但物 料在不同类型的反应器中流动情况是不同的，物料在反应器中的流动必然 会引起物料之间的混合。 简单混合：相互混合的两部分物料是在相同时间进入反应器的。 • 这两部分物料的组成是相同的，混合后形成的新物料其组成必然与
Qin Qout Qu Qr Qb
对于稳态操作，累积热为 0，有；
Qin Qout Qu Qr 0
对于稳态操作的绝热反应器，累积热为 0，同时与外界无热交换， 有： Qin Qout Qr 0 即反应热完全用来升高或降低物料温度。
1.3.3 几个时间概念
1、反应时间 (t r ) 反应物料进行反应 ,达到所要求的转化率所需要的时间，也称反应
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化学反应工程 课程教案
课 型 课次
3
课时
2
（请打 √）
理论课√ 讨论课□ 实验课□ 习题课□ 其他□
授课题目（教学章、节或主题） ： 第 1 章 均相单一反应动力学和理想反应器 1.3 化学反应器设计基础 教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次） ： ： 1.掌握反应器设计的任务 2.掌握反应的分类 3.理解混合与返混、几个时间的概念 4.掌握反应器的基础方程 教学重点及难点：
（平推流反应器或活塞流反应器）
简单混合
可有径向混合（简单混合），但无轴向混合（即无返混）
例如物料在管内流速较快的管式反应器。 （3）全混流反应器 返混达最大值
连续操作，充分搅拌的槽式反应器 （4）非理想流动反应器 存在一定程度的返混，但是物料返混程度介于平推流反应器与全混流 反应器之间 3、物料在反应器内的流动状况看不见摸不着。人们采用流动模型来描 述物料在反应器内的流动状况。 理想流动模型 流动模型 非理想流动模型 特别强调的是，对于流动反应器，必须考虑物料在反应器内的流动状 况；流动模型是专指反应器而言的。
SV
VO VR
标准空速 标准空速通常用于比较设备生产能力的大小。 标准空速是在标准状况下测量的体积流率；而空间时间是在进口条件 下测量的体积流率。 对于气固相催化反应，空间速度的定义为：单位时间内，通过单位催 化剂体积/质量的物料标准体积流率。
SV
VNO Vcat
4
作业、讨论题、思考题：
名词解释：混合、返混、平推流反应器、全混流反应器、非理想流动反应器、停留时 间、平均停留时间、空间时间、空间速度
1.3.2、反应器设计的基础方程
1、反应器的工艺设计包括两部分内容： （1）所需反应器体积的计算：已知生产任务条件（原料量、原料组成 及对产品的要求），通过设计计算，确定反应器的工艺尺寸（反应器直径、 高度）；
2
（2）反应器的校核计算：即有一给定的反应器（已知反应器大小）， 确定产品达到一定质量要求的前提下，能否完成产量；或保持一定产量时， 质量是否合格 2、反应器设计计算所涉基础方程式： 动力学方程、物料衡算方程、热量衡算方程和动量衡算方程。 （1）、物料衡算方程 描述浓度的变化规律。 针对的是体积元，在所选体积元中，物料温度和浓度必须是均匀的。 在满足这个前提下，应尽可能使该体积元更大。
原物料的组成相同。这种混合不会影响反应过程的进行。 返混：流动反应器内，处于不同进料时间的两股物料之间发生的混合。 • 由于物料在反应器内的停留时间不同，则反应程度不同，二者的组
成也不相同，混合后形成的新物料其组成将与原物料的组成不同，化学反 应速率也将随之发生变化。 与正常通过反应器的物料相比，返混存在死角、短路/近路和回流等工 程因素。 原因： （1） 机械搅拌引起物料运动方向与主体流动方向相反； （2）反应器结构造成物料流速不均匀，例如死角、分布器等 2、按物料在反应器内返混情况进行分类： （1）间歇反应器 （2） 理想置换反应器
（2）、能量衡算 描述温度的变化规律。 温度对化学反应速率有着显著作用，为了确定某一时间每一点的温度 和组成，必须将物料衡算方程和热量衡算方程结合起来。 对反应器中的体积元进行热量衡算，有：
单位时间内 单位时间内 单位时间内与 单位时间内 单位时间内 输入的热量 输出的热量 环境交换的热量 关键组分 关键组分 关键组分 输入速率 输出速率 转化速率 累积速率
Fin Fout Fr Fb
间歇反应 稳态连续
Fr Fb 0
Fin Fout Fr
参考资料（含参考书、文献等）
《化学反应工程》 （第二版） ，郭 锴， 化学工业出版社， 2015 年出版； 《化学反应工程》 （第三版） ，陈甘棠， 化学工业出版社， 2011 年出版； 《反应工程》 （第三版） ，李绍芬 主编，化学工业出版社 ，2013 年出版。
教学反思：
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持续时间。 主要用于间歇反应器，其中不包括装料、卸料、升温、降温等非反 应的辅助时间。 2、停留时间 t 和平均停留时间 t 停留时间 流体微元从反应器入口到出口所经历的时间，又称为接触时间，主要 用于连续流动反应器。 在反应器中，由于流动状态和化学反应的不同，物料微元体在反应器 中的停留时间是各不相同的，存在一个分布，称为停留时间分布。 平均停留时间 各流体微元从反应器入口到出口所经历的平均时间。 3、空间时间 反应器有效容积与流体特征体积流率之比值。
VR V0
用空间时间可以方便地表示流动反应器的基本设计方程。 空间时间表示的是在进口条件下，处理一个反应器体积的流体所需要 的时间。如
1 min 即表示每 1 min 可处理与反应器有效容积相等的物
料量，反映了连续流动反应器的生产强度。但空间时间不是停留时间。 4、空间速度 SV 单位时间内投入单位有效反应器容积内的物料体积
重点：反应器的分类、混合与返混、停留时间等几个时间概念。 难点：反应器设计基础方程。
教 学 基 本 内 容
方法及手段
讲解
1.3 化学反应器设计基础
反应器的开发大致有下述三个任务：①根据反应动力学特性来选择合 适的反应器型式；②结合动力学和反应器两方面特性来确定操作方式和优 化操作条件；③根据给定的产量对反应装置进行设计计算，确定反应器的 几何尺寸并进行评价。 本章讨论均相理想反应器模型：间歇反应器、连续流动搅拌槽式反应 器、活塞流反应器并进行各种理解反应器的设计分析。 1.3.1 反应器的分类 1、反应器：在工业上化学反应必然要在某种设备内进行，这种设备就 是反应器。 从本质上来讲，反应器的形式并不会影响化学反应动力学特性，但物 料在不同类型的反应器中流动情况是不同的，物料在反应器中的流动必然 会引起物料之间的混合。 简单混合：相互混合的两部分物料是在相同时间进入反应器的。 • 这两部分物料的组成是相同的，混合后形成的新物料其组成必然与
Qin Qout Qu Qr Qb
对于稳态操作，累积热为 0，有；
Qin Qout Qu Qr 0
对于稳态操作的绝热反应器，累积热为 0，同时与外界无热交换， 有： Qin Qout Qr 0 即反应热完全用来升高或降低物料温度。
1.3.3 几个时间概念
1、反应时间 (t r ) 反应物料进行反应 ,达到所要求的转化率所需要的时间，也称反应
该文档贡献者很忙什么也没留下
化学反应工程 课程教案
课 型 课次
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课时
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（请打 √）
理论课√ 讨论课□ 实验课□ 习题课□ 其他□
授课题目（教学章、节或主题） ： 第 1 章 均相单一反应动力学和理想反应器 1.3 化学反应器设计基础 教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次） ： ： 1.掌握反应器设计的任务 2.掌握反应的分类 3.理解混合与返混、几个时间的概念 4.掌握反应器的基础方程 教学重点及难点：
（平推流反应器或活塞流反应器）
简单混合
可有径向混合（简单混合），但无轴向混合（即无返混）
例如物料在管内流速较快的管式反应器。 （3）全混流反应器 返混达最大值
连续操作，充分搅拌的槽式反应器 （4）非理想流动反应器 存在一定程度的返混，但是物料返混程度介于平推流反应器与全混流 反应器之间 3、物料在反应器内的流动状况看不见摸不着。人们采用流动模型来描 述物料在反应器内的流动状况。 理想流动模型 流动模型 非理想流动模型 特别强调的是，对于流动反应器，必须考虑物料在反应器内的流动状 况；流动模型是专指反应器而言的。
SV
VO VR
标准空速 标准空速通常用于比较设备生产能力的大小。 标准空速是在标准状况下测量的体积流率；而空间时间是在进口条件 下测量的体积流率。 对于气固相催化反应，空间速度的定义为：单位时间内，通过单位催 化剂体积/质量的物料标准体积流率。
SV
VNO Vcat
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作业、讨论题、思考题：
名词解释：混合、返混、平推流反应器、全混流反应器、非理想流动反应器、停留时 间、平均停留时间、空间时间、空间速度
1.3.2、反应器设计的基础方程
1、反应器的工艺设计包括两部分内容： （1）所需反应器体积的计算：已知生产任务条件（原料量、原料组成 及对产品的要求），通过设计计算，确定反应器的工艺尺寸（反应器直径、 高度）；
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（2）反应器的校核计算：即有一给定的反应器（已知反应器大小）， 确定产品达到一定质量要求的前提下，能否完成产量；或保持一定产量时， 质量是否合格 2、反应器设计计算所涉基础方程式： 动力学方程、物料衡算方程、热量衡算方程和动量衡算方程。 （1）、物料衡算方程 描述浓度的变化规律。 针对的是体积元，在所选体积元中，物料温度和浓度必须是均匀的。 在满足这个前提下，应尽可能使该体积元更大。