化学反应工程的基本概念.docx
化学反应工程基本概念
第一章1. 化学反应工程是一门研究 (化学反应个工程问题）的科学。
2。
所谓数学模型是指 (用数学方法表达各变量间的关系)。
3。
化学反应器的数学模型包括 （动力学方程式、 物料横算式子、 热量衡算式、 动量衡算式 和 参数计算式）4. 所谓控制体积是指 （能把反应速率视作定值的最大空间范围）.5。
模型参数随空间而变化的数学模型称为 （ 分布参数模型）。
6。
模型参数随时间而变化的数学模型称为 （非定态模型）.7. 建立物料、热量和动量衡算方程的一般式为 （累积量=输入量-输出量)。
第二章1. 均相反应是指 （在均一的液相或气相中进行的反应).2. 对于反应aA + bB → pP + sS ，则r P =( p/a ）r A .3。
着眼反应物A 的转化率的定义式为(转化率Xa=转化了的物料A 的量/反应开始的物料A 的量）。
4. 产物P 的收率ΦP 与得率ХP 和转化率x A 间的关系为（ Xp/Xa ）。
5。
化学反应速率式为r A =k C C A αC B β，用浓度表示的速率常数为k C ，假定符合理想气体状态方程，如用压力表示的速率常数k P ，则k C =［ (RT)的a+B 次方］k P 。
6。
对反应aA + bB → pP + sS 的膨胀因子的定义式为 (P+S)—（A+B))/A 。
7。
膨胀率的物理意义为 (反应物A 全部转化后系统的体积变化率).8. 活化能的大小直接反映了 (反应速率） 对温度变化的敏感程度.9. 反应级数的大小直接反映了(反应速率） 对浓度变化的敏感程度。
10。
对复合反应，生成主产物的反应称为 (主反应)，其它的均为(副反应）。
11。
平行反应A → P 、A → S 均为一级不可逆反应，若E 1＞E 2，选择性S p 与 （A 的浓度）无关，仅是 (A 的浓度) 的函数.12。
如果平行反应A → P 、A → S 均为一级不可逆反应,若E 1＞E 2，提高选择性S P 应(提到温度).13. 一级连串反应A → P → S 在平推流反应器中,为提高目的产物P 的收率,应(降低)k 2/k 1。
化学反应工程
化学反应工程讲义郭锋第一章绪论1.1化学反应工程学的范畴和任务概念：化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的科学。
既以化学反应作为对象，就必须要掌握这些化学反应的特性；它又以工程问题为其对象，那就必须熟悉装置的特性，并把这两者结合起来形成学科体系。
化学热力学反应工程对这方面的要求，主要是确定物系的各种物性常数（如热容、反应热、压缩因子）等等。
反应动力学动力学是专门阐明化学反应速率（包括主反应及副反应）与各项物理因素（如浓度、温度、压力及催化剂等）之间的定量关系的。
催化剂催化剂的问题一般以为属于化学或工艺的范畴，但实际上牵涉到许多工程上的问题。
如粒内的传热、微孔中的扩散、催化剂中活性组份的有效分布、催化剂扩大制备时各阶段操作条件对催化剂活性结构的影响、催化剂的活化和再生等等。
反应过程的分析、反应技术的开发和反应器的设计化学反应工程学的知识应能用于：（1）改进和强化现有的反应技术和设备，挖掘潜力，降低消耗，提高效率。
（2）开发新的技术和设备。
（3）指导和解决反应过程开发中的放大问题。
（4）实现反应过程的最优化。
（5）不断发展反应工程学的理论和方法。
1.2 化学反应工程的基本方法在化学反应工程中，数学模型主要包括下列一些内容：（1）动力学方程式（2）物科衡算式（3）热量衡算式（4）动量衡算式（5）参数计算式1.3化学反应工程的学科体系和编排化学反应过程按操作方法可以分：1.分批（或称间歇）式操作2.连续式操作3.半分批（或称半连续）式操作表1-3-1 反应器的型式与特性第二章均相反应的动力学基础2.1基本概念与术语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，并确定表达这些影响伊苏与反应速率之间定量关系的速率方程。
2.1-1 化学计量方程一个由S个组份参与的反应体系，其计量方程可写成：a1A1+ a2A2+……+ asAs=0s或∑aiAi=0i=1式中：Ai表示i组份；ai为组份的计量系数。
(完整word版)化学反应工程学知识点总结
第一章1、过程工业：以物质转化为核心2、装置与产品制造工业：以物件的加工和组装为核心3、化工过程：原料获取(预处理）、化学反应过程、产品分离和提纯4、本科目研究的对象:以工业规模进行化学反应过程,目的：实现工业反应过程的优化5、实现工业反应过程的优化分两类:设计优化、操作优化6、反应过程优化的技术指标:反应速率、反应选择率、反应收率、能量消耗7、决策变量：结构变量、操作方式、工艺条件（结构变量：反应器类型，单相：均相管式反应器和均相釜式反应器，两相,：固定床反应器，液化床，气液相反应器，三相：）（操作方式：间歇、连续、半连续，加料方式：一次性、分批加料、分段加料）8、化学反应工程研究的内容：1化学反应过程（容积、表面反应过程）1、物理传递过程（反混合不均匀性、传质过程、传热过程）9、研究方法(数学模型法）:数学表达式即动力学方程式（一反）、物料、热量、动量衡算式(三传）、参数计算式10、数学模型法基本特征:过程分解、过程简化第二章1、化学反应动力学是研究化学反应速率和机理的科学2、本征动力学（微观）:排除物理过程，表观动力学（宏观)：包含物理过程3、反应速率定义：反应量/（反应时间）（反应区）4、均相前提：分子尺度上混合均匀、特征：无物理过程5、复杂反应（可逆反应、自催化反应、平行反应、串联反应）6、固体催化剂的组成及活化:特点:活性、选择性、稳定性,组成：活性成分、载体、助催化剂，活化：还原。
7、化学反应过程分为：容积反应过程、表面反应过程8、气固相催化反应过程包括：(内、外)扩散过程、表面反应过程9、吸附模型:理想吸附模型、真实吸附模型10、反应级数的工程意义是：表示反应速率对于反应物浓度变化的敏感程度11、气液非均相反应过程的反应区取法分为：选用液相体积、选用反应器体积12、在包含物理过程影响下测得的反应速率称为表观反应速率。
13、物理传质过程与化学反应过程串联时，通常是慢一步速率的决定表现反应速率(过程速率的控制步骤）14、均相反应动力学是研究反应在同一项中进行的规律性.15、工程上实际的均相反应应满足两个条件：反应系统可以成为均相、预混合过程的时间远小于反应时间吸附分为物理、化学吸附16、化学吸附可分为：活化化学吸附、非活化化学吸附17、化学反应速率特征可以概括地表示为反应速率的浓度效应、温度效应18、基本的物理过程有：返混、传质、传热19、气固相催化反应是指气体在固体催化剂上进行的催化反应第三章1、反应器设计的基本内容：选择合适的反应器类型、确定最佳工艺条件、计算反应器体积2、反应器设计的基本方程包括反应动力学方程式、物料衡算方程式、热量衡算方程式、动量衡算方程式3、物料衡算和反应速率式式描述反应器性能的两个最基本的方程式4、辅助时间是指装料、升温、降温、卸料、清洗时间的总和5、反应后期转化问题的严重程度顺序是：二级＞一级＞零级6、反应物同时进行两个或两个以上的反应成为平行反应7、平行反应选择率的温度效应是：高温度有利于活化能高的反应8、串联反应：反应物能进一步反应生成其他副产物的反应9、间歇反应器的反应体积是指反应物在反应器中所占的体积第四章1、反应前后物料浓度变化不明显：衡容反应系统2、表征反应前后分子数变化程度的方法的有：膨胀率发、膨胀因子法3、膨胀率￠的定义是指反应组分全部转化后系统体积变化的分率第五章1、全混流：釜式反应器中，一边连续加料、另一边连续出料2、返混：停留时间不同物料的混合3、造成返混的原因：设备中存在不同尺度的环流、不均匀的速度分布4、限制返混的主要措施：分割（横向、纵向）5、连续釜反应器特点：反应物料浓度降低至出料水平，降低了反应速度6、返混是连续化反应时伴生的现象,原因是空间的反向运动和不均匀速度分布第六章1、混合现象：宏观、微观混合2示踪物的输入方法有阶跃注入法、脉冲注入法、周期注入法3、连续反应过程的考察方法：以反应器、反应物料为对象的的考察方法4、非理想流动模型分为：数学模型方法、扩散模型（适合于返混程度较小的非理想流动模型)、多级全混流模型。
化学反应工程知识点~讲义
知识点1.绪论一、主要讲解内容介绍化学反应工程相关的基本知识，包括化学反应工程的定义、化学反应工程学科的发展、化学反应工程的任务、化学反应工程和其他学科的关系。
二、学习要求本章要求学生能够掌握化学反应工程的定义，明确化学反应工程的任务。
三、视频（已录制完成）四、讲义1.1化学反应工程的定义在工业规模上开发和应用化学反应的工程活动。
1.2化学反应工程学科的发展自然界的物质的运动或变化过程由物理或化学的两类，物理过程不牵涉化学反应，但化学过程却总是与物理因素有着紧密联系。
所以化学反应过程是物理与化学两类因素综合体。
远溯古代，陶瓷制作、酿酒等工艺，但直到本世纪五十年代一直还未形成一门专门研究的独立学科，到1957年举行的第一次欧洲反应工程会议上确立了这一学科的名称。
1.3 化学反应工程的任务化学反应工程学是一门研究化学反应的工程问题的科学，既以化学反应作为研究对象，又以工程问题为研究对象，把二者结合起来的学科体系。
其主要任务包括：分析化学反应的特点、确定合适的反应条件；选择合适的反应器并对其进行最优化设计；对反应器进行最优操作和控制。
1.4 化学反应工程和其他学科的关系a. 数学，微积分、方程的解析求解和数值求解、极值问题等，均是化学反应工程问题求解的基础。
b. 反应动力学：专门阐明学反应速率与各项物理因素（如温度、压力、催化剂等）之间的定量关系。
为实现某一反应，要选定合易的条件及反应器的结构型式、尺寸和处理能力等，这些都依赖于对反应动力学特性的认识。
c. 化工热力学：确定物系的各种物性常数（热容、研所引资、反应热等），看化学反应是否能进行及其反应程度。
为化学反应工程提供反应热、反应平衡常数等基础数据。
d. 催化作用e. 传递工程和流体力学：装置中有动量、热量、质量传递（三传），当规模放大时，出现放大效应。
“三传一反”是三传和反应动力学。
五、小结本章介绍了化学反应工程的定义、学科的发展、任务极其与数学、化工热力学、催化作用及传递工程等学科之间的密切关系。
化学反应工程
化学反应工程一、化学反应工程的定义及意义化学反应工程是一门研究在化学反应过程中如何设计，建造，操作，监测和控制化学反应过程的学科。
在化学反应工程中，我们致力于优化反应条件，提高反应产率，降低反应副产品的生成率，并同时考虑了成本、环保和安全等因素。
化学反应工程的意义在于，它可以将实验室研究的成果转换为大规模生产的实际应用，满足人类社会的各种需求。
无论是医药、材料、化妆品、能源等领域，都需要化学反应工程的支持。
二、化学反应工程的步骤化学反应工程的一个标准流程包括以下步骤：1.设计化学反应过程：首先需要确定需要反应的物质，反应类型，反应条件等。
2.化学反应实验：在实验室中对已设计好的化学反应过程进行实验，获得反应的产物及产率、减少产物的副产物等数据，为后续的生产提供重要的数据支持。
3. 确定反应动力学：用数学模型定量描述反应速率、浓度和温度之间的关系。
4.数据分析：对实验数据进行分析，确定化学反应满足产品质量要求、成本和安全要求。
5.装备设计：选择适合规模化生产的反应器类型和形式，并开发相应的仪表控制系统。
6.生产过程操作：根据设计好的化学反应过程，通过正确的操作，监测和控制，达到预期的产品质量要求和工业安全要求。
7.成本评估：评估生产过程和装备设计的成本，调整成本结构，使之达到最低成本。
8.项目管理：建立生产计划，制定管理程序，开具生产报表。
9.产品营销：成功的化学反应工程管理不仅要满足客户的品质要求，还需要推销产品市场。
三、化学反应工程的关键问题1. 反应机理：通过对反应物的结构和反应条件之间的关系进行深入研究，掌握化学反应的本质规律，揭示反应机制及过程。
了解反应机理可以提供反应过程改革的线索。
2. 反应体系的热力学分析：化学反应工程涉及到多种多样的反应情况，可能伴随着放热、吸热、化学平衡等等。
反应体系的热力学分析可以指导反应过程的控制及优化。
3. 反应条件控制：化学反应过程容易受到外界环境影响，如温度、压力、光、氧化还原状态和组分间的质量传递等一系列因素。
化学反应工程的定义
化学反应工程的定义
化学反应工程是一门研究化学反应过程的学科，它涉及到化学反应的设计、优化和控制，以及相关的反应器的设计和操作。
化学反应工程的目标是通过科学的方法和工程技术，实现化学反应的高效、安全和可持续发展。
化学反应工程主要包括以下几个方面的内容：
1. 反应过程的设计和优化：研究如何选择合适的反应条件（温度、压力、反应物浓度等）和催化剂，以提高反应的转化率、选择性和产率，同时降低能耗和废物产生。
2. 反应器的设计和操作：研究如何设计和选择合适的反应器类型（如批式反应器、连续流动反应器、固定床反应器等），以及反应器的尺寸、形状和内部结构，以实现理想的反应条件和反应效果。
3. 反应工艺的控制：研究如何实现反应过程的自动化和精确控制，包括反应温度、反应物添加速率、反应物浓度等参数的控制，以确保反应的稳定性和一致性。
4. 安全与环保：研究如何评估和管理化学反应过程中的安全风险，设计和实施安全措施，以保障工作人员的安全和环境的保护。
通过化学反应工程的研究和应用，可以优化化学反应过程，提高产品质量和产量，降低生产成本和能耗，减少环境污染和废物排放，为化学工业的可持续发展提供科学的支持和指导。
化学反应工程》课程概述
04 化学反应工程应用案例
工业生产中的应用
石油化工
化学反应工程在石油化工领域中广泛应用 于烃类裂化、加氢裂化、催化重整等反应 过程，以提高石油产品的质量和产量。
制药工业
化学反应工程在制药工业中用于合成药物的 反应过程，如药物中间体的合成、生物碱的 制备等，提高药物合成的效率和纯度。
煤化工
在煤化工领域，化学反应工程用于煤 的气化、煤制油、煤制天然气等反应 过程，实现煤炭的高效清洁转化。
废气处理
化学反应工程在环境治理中用于废气处理，如烟气脱硫脱硝 、工业废气中有害物质的去除等，降低污染物排放，保护大 气环境。
废水处理
通过化学反应工程实现废水中重金属离子、有机污染物的去 除和降解，降低废水对环境的危害，实现废水的资源化和无 害化处理。
05 课程总结与展望
课程收获与体会
掌握化学反应工程的基本原理 和概念，如反应动力学、反应
新材料制备中的应用
高分子合成
化学反应工程在新材料制备中广泛应 用于高分子合成领域，如合成橡胶、 合成纤维、功能性高分子材料等，优 化反应过程以提高产物的性能。
纳米材料制备
通过化学反应工程实现纳米材料的制 备，如纳米碳管、纳米氧化物、纳米 金属等，在能源、环境、电子信息等 领域具有广泛应用前景。
环境治理中的应用
《化学反应工程》课程概述
目录
• 课程简介 • 化学反应工程基础知识 • 化学反应工程实验与实践 • 化学反应工程应用案例 • 课程总结与展望
01 课程简介
课程目标
01 掌握化学反应工程的基本原理和概念。
02 学会运用数学和工程知识分析化学反应过程 。
03
培养解决实际化学反应工程问题的能力。
化学反应工程 第一章 绪论
§1.3 化学反应工程学的学科系统和编排
●按操作方法分类： ★分批（或间歇）式操作（Batch reactor operation)： 物料浓度及反应速率都在不断改变，是一种非定常态过程。工 程放大问题比较简单（相似放大），生产弹性大，操作灵活。 ★连续式操作(Constant flow reactor operation)： 适用于产量较大、生产品种单一的情况。 ★半分批（或半连续）式操作：
◆机理模型(Experience Model)----从过程机理出发推导得到的； ◆经验模型(Mechanism Model)----从实验数据归纳得到的。
化学反应工程中的数学模型： ◆ 动力学方程式(Chemical Reaction Kinetics Equation) ◆ 物料衡算式(Material Equilibrium Equation) ◆ 热量衡算式(Energy Equilibrium Equation) ◆ 动量衡算式(Momentum Equilibrium Equation) ◆ 参数计算式(Parameter Equation)
系统工程：反应过程的动态特性与反应系统的控制及
相关的最优化问题；
化学反应工程与相关学科的联系：
化学热力学：确定物系的各种物性常数，反应的可行性及可能达到
的程度。
反应动力学：反应器的选型、设计及操作方式选择都依赖于对反应
动力学特性(characteristics of reaction kinetics)的认识。 例如： ★裂解制乙烯； ★乙烯氧化制环氧乙烷； ★合成氨催化
化学与工艺：化学热力学(thermodynamics)、化学反
应动力学(chemical kinetics)，催化剂(catalysts)制备工 艺及反应条件；确定反应工艺路线、流程与设备。
化学反应工程原理 第二版 华东理工大学出版社
AoC 2121t an n p n n A Ao Po P )()(--=-βAf Ao Pf C C C -=βAoPf C C =ϕ1 基本概念 1.1 优化：在一定的范围内，选择一组优惠的决策变量，使系统对于确定的评价标准达到最佳的状态。
1.2 反应速率：反应系统中某一物质在单位时间、单位反应区内的反应量。
1.3 反应转化率：反应物中某一组分转化掉的量（摩尔）与其初始量（摩尔）的比值。
常用x 表示。
1.4 选择率：对于复杂反应过程，同一反应原料可以生成几种不同的产物和无用的副产物。
此时，不同产物之间的分配比例对该反应过程的经济效益是一个非常重要的指标。
产物之间的这种分配比例可以用反应选择率 表示。
定义为已经转化掉的反应物量（摩尔）中，转化为目的产物的摩尔分率。
例：（主反应） （副反应）或又称为平均选择率。
瞬时选择率 β1.5 反应收率：得到的产物的量与投入反应系统的原料的量的比值φ。
该指标综合了选择率和反应速率两个指标的特点。
可采用摩尔收率和质量收率来表示。
以摩尔收率为例：总收率1.6 单耗：产品的原料消耗若以每份产品所需的反应原料份数来表示，就称为原料单耗，也可以用摩尔分率或质量分率来表示。
单耗与收率互成倒数。
1.7 返混：使早先进入的存在于反应器内的物料有机会与刚进入的反应物料相混合，这种混合现象称为返混现象。
1.8 排除了一切物理传递过程的影响，得到的化学反应动力学称为微观动力学或本征动力学。
在包含物理过程影响的条件下所测得的反应动力学称为宏观动力学（或称为表观反应动力学）。
1.9 基元反应和非基元反应：如果一个化学反应，反应物分子在碰撞中相互作用直接转化为生成物分子，这种化学反应称为基元反应(elementary reaction)，否则就是非基元反应。
1.10 反应机理或反应历程：复杂反应要经过若干个基元反应才能完成，这些基元反应代表了反应所经过的途径，动力学上就称为反应机理或反应历程。
工业生产中的化学反应工程分析
工业生产中的化学反应工程分析化学反应工程是一门交叉学科，涉及到化学、化工、机械、控制等方面的知识。
在工业生产中，很多产品都要通过化学反应来得到，因此化学反应工程的分析和优化对于工业生产的发展和创新至关重要。
一、化学反应工程的基本概念化学反应是指两种或以上物质的相互作用，形成新的物质。
化学反应包括各种类型，如酸碱反应、氧化还原反应、复分解反应等。
在工业生产中，化学反应的目的是制得具有一定的市场需求和经济效益的化学品。
化学反应工程是将化学反应过程应用于工业生产中的技术方法。
在化学反应工程中，需要考虑反应的标准条件、反应速率、反应平衡、化学动力学等因素，以及反应产生的能量、质量传递等问题。
二、反应器设计的基本原则反应器设计是化学反应工程的重要组成部分，其目的是确保反应达到预期目标的同时，保证操作安全和经济效益。
反应器设计的基本原则包括以下几个方面：1.反应器的选择：反应器的类型有很多种，如批式反应器、连续式反应器、循环式反应器等。
对于不同种类的反应，要选择适合的反应器。
2.反应器的尺寸：反应器的尺寸决定了反应的规模，要根据生产需求和经济效益来确定反应器的尺寸。
3.反应器的构造：反应器的构造要符合反应的特点，比如要考虑反应的温度、压力、催化剂、反应介质等。
4.反应器的操作：反应器的操作要安全可靠，保证反应达到预期目标的同时，最大限度地节约资源和成本。
三、化学反应过程的分析和优化化学反应工程的核心是分析和优化化学反应过程。
化学反应过程的分析和优化可以通过下面几种方法来实现：1.化学反应的机理研究：了解化学反应的机理有助于优化反应过程，提高反应效率和产物质量。
2.反应动力学分析：反应动力学研究反应速率与反应物浓度、温度等因素的关系，有助于预测反应过程的发展趋势。
3.反应条件的调节：反应条件包括反应温度、压力、催化剂等，通过调节反应条件，可以改善反应过程，提高化学品的收率和品质。
4.反应器的操作和控制：反应器的操作和控制是反应工程的关键，通过智能化的控制系统，可以实时调节反应条件和采取相应的措施。
化学反应工程大纲
化学反应工程大纲《化学反应工程》教学大纲一、课程基本信息课程名称：化学反应工程课程类型：专业课总学时： 68适用专业：煤化工技术先修课程：基础化学化工原理二、课程的性质与任务化学反应工程是化学工程学科的一个分支，以工业反应过程为主要研究对象，研究过程速率及其变化规律、传递规律及其化学反应的影响，以达到反应器的开发、设计和放大以及优化操作的目的。
化学反应工程课程是煤化工类的一门专业课程，是在学生学完基础化学和化工原理等课程之后的一门必修的主干课程。
三、课程教学基本要求通过本门课程的学习，学生应比较牢固地掌握化学反应工程最基本的原理和计算方法，能够理论联系实际，增长提出问题、分析问题和解决问题的能力。
四、理论教学内容和基本要求1．均相反应动力学掌握化学反应速率的不同表示方式及其相互关系。
理解反应进度的意义。
掌握转化率、收率和选择性的概念及其在反应器设计计算中的应用。
理解温度和浓度对反应速率的影响。
掌握速率议程的变换与应用。
理解可逆反应、平行反应及连串反应的动力学特征。
掌握复合反应系统反应组分的转化速率或生成速率的计算方法。
了解多相催化作用和固体催化剂，理解气体在固体催化剂表面上的吸附及吸附等温线，掌握定态近似及速率控制概念，学会推导多相催化反应速率方程的方法。
理解用实验确定反应速率方程的方法，及用实验数据对动力学参数估值。
2．反应器内的流体流动理解流动系统停留时间分布的意义及其数学表达式。
掌握停留时间分布的实验测定方法。
理解和会用全混流反应器和活塞流反应器的停留时间分布的表达式，理解反应器偏离理想流动的原因。
掌握返混的概念。
理解多釜串联模型、轴向扩散模型和离析流模型的物理含义和数学模型建立的基本思路，能根据反应器停留时间分布的实验测定数据，确定模型参数。
理解等温非理想反应器进行简单反应时最终转化率的计算方法。
了解流体的微观混合与宏观混合，及其对流动反应器转化率的影响。
3. 均相理想反应器了解反应器的基本类型。
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）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。
反应工程
第一章 绪论 本章内容: 1.1化学反应工程概念 1.2化学反应的转化率、收率和选择性 1.3化学反应器的类型 1.4化学反应器的操作方式 1.5反应器设计的基本方程 1.6工业反应器的放大
1.1化学反应工程 1.1.1典型化工过程
✓化学反应速率 ➢化学反应速率是指单位时间内单位反应 混合物体积中反应物的反应量或产物的 生成量（物质的量）。
2.1化学反应的速率
➢消耗速率：反应系统中，某一反应组分（i）在 单位时间、单位反应体积内，因反应所消耗的物
质的量。消耗速率ri为正值。
恒容过程
ri
1 V
dni dt
ri
dci dt
2.1化学反应的速率
等温恒容反应系统
➢工业生产中，液相反应一般按恒容过程处理，无 论反应是否引起总摩尔数的改变，都不会带来很 大的误差。
➢对于气相反应，反应前后体系物质的总摩尔数可 能变化，进而影响到反应体积的变化，此为变容 过程，最终对反应过程造成较大影响。
➢分子数发生变化的气相反应在间歇反应器中，由 于容积恒定，仍按恒容过程处理。
1.5.2反应器设计的基本方程
输入=输出+消耗+累积
➢ 能量衡算式 输入的热量=输出的热量+反应热+累积的热量
反应热吸热取正值，放热取负值。
➢物料衡算式
对反应组分有：输入量=输出量+转化量+累积量 对产物组分有：输入量=输出量-生成量+累积量
(反应组分A的输入速率)=(A的输出速率)+(A的转 化速率)+(A的累积速率)
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我对化学反应工程的理解
我对化学反应工程的理解化学反应工程是化学工程领域的重要分支，它主要研究和应用化学反应过程的工程化设计和优化。
化学反应工程的目标是将实验室中的化学反应过程转化为大规模生产中的可控、高效的工业化生产过程。
在化学反应工程中，需要考虑多个因素，包括反应条件、催化剂选择、反应器设计等，以实现化学反应的高效进行。
化学反应工程的首要任务是确定适当的反应条件，包括温度、压力、浓度等因素。
这些条件对反应速率、选择性和产率都有重要影响。
通过调整反应条件，可以控制反应速率，提高产品纯度和产量。
此外，反应条件还与反应的热力学和动力学参数密切相关。
热力学参数描述了反应体系的能量变化，而动力学参数则描述了反应速率的变化。
通过综合考虑热力学和动力学参数，可以确定适当的反应条件，实现反应的高效进行。
在化学反应工程中，催化剂的选择也是非常重要的。
催化剂可以提高反应速率，降低反应温度和能耗，并且能够选择性地促进特定的化学反应路径。
催化剂的选择需要考虑多个因素，包括活性、稳定性、可再生性等。
此外，催化剂的形态和分布对反应速率和选择性也有重要影响。
通过合理选择和设计催化剂，可以实现高效、低能耗的反应过程。
反应器设计是化学反应工程中的另一个关键环节。
反应器的设计应考虑反应物料的均匀混合、热量传递和质量传递等因素。
不同的反应器类型适用于不同的反应条件和反应物料。
例如，批量反应器适用于小规模实验和多相反应，而连续流动反应器适用于大规模生产和连续反应。
在反应器设计中，还需要考虑反应器的尺寸、形状和材料等因素，以满足工业化生产的要求。
化学反应工程还涉及到反应过程的优化。
通过优化反应条件、催化剂和反应器设计，可以实现反应过程的高效、可控和经济的生产。
优化方法包括数学模型、实验设计和计算机模拟等。
数学模型可以描述反应过程的动力学和热力学行为，从而指导实际生产中的操作。
实验设计可以通过系统的实验来确定最佳的反应条件和操作参数。
计算机模拟则可以通过数值模拟和计算方法来预测反应过程的性能和行为。
化学反应工程(ChemicalReactionEngineering)
§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：
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例如： so2 o2 为钒 一 气固催s化o反3 应
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三、反应过程的举例
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§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
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化学反应工程
化学反应工程化学反应工程是研究和应用化学反应的一门学科，主要涉及反应基础、反应动力学、反应工程、反应器设计、反应工艺优化等方面。
本文将介绍化学反应工程的基本概念、关键内容和应用领域。
一、化学反应工程的基本概念化学反应工程是将化学反应原理与工程技术相结合，研究化学反应的机理、动力学和应用，以达到控制和优化反应过程的目标。
它是化工过程工程的重要组成部分，也是化工工业中最基本、最关键的环节之一。
化学反应工程主要研究反应的速率、选择性、稳定性和收率等关键问题，通过设计合适的反应器以及优化反应工艺，来实现预期的反应目标。
反应体系的研究对象包括单一物质和复杂物质之间的化学反应，如气相反应、液相反应、固相反应、催化反应等。
二、化学反应工程的关键内容1. 反应动力学反应动力学研究反应速率与反应物浓度、温度、压力等因素之间的关系。
通过实验和理论模型的建立，可以确定反应的速率常数、反应机理和反应动力学方程。
反应动力学的研究对于反应过程的深入理解和反应器设计具有重要意义。
2. 反应器设计反应器是进行化学反应的装置，其设计旨在实现高效率、高选择性和高产率的反应过程。
根据反应条件的不同，常见的反应器有批式反应器、连续式反应器、循环式反应器等。
反应器设计考虑到传热、质量传递、混合和流动等因素，以最大程度地实现反应条件的控制和反应物的利用率。
3. 反应工艺优化反应工艺优化是指通过调整反应条件、改变反应器结构和优化操作参数等手段，提高反应过程的经济效益和可行性。
优化方法包括响应面法、遗传算法、模拟退火算法等，通过建立反应过程的数学模型，寻求最优解，以达到能源节约、资源利用和环境友好的目标。
三、化学反应工程的应用领域化学反应工程广泛应用于化工领域的各个环节，包括新材料制备、能源开发、环境保护、医药制造等。
以下列举几个典型应用案例：1. 新材料制备化学反应工程在新材料制备中发挥重要作用，如高分子材料的合成、纳米材料的制备和催化剂的研发等。
化学反应工程》课程概述
数学模型方法
是60年代发展起来的一种比较理想的反应器放大方法。
步骤： 1)实验室规模实验：新产品的合成、新型cat.的开发、 反应动力学。侧重过程的化学反面，属于基础性工作。 2)小型试验：仍属于实验室规模，但比上一步大，且 反应器结构大体上与将来工业装置相接近。如采用列管式 固定床反应器时，可采用单管试验。 目的：考察物理过程对化学反应的影响，工业原料的影 响等等。 3)大型冷模试验：用空气，水，砂（废催化剂）代替 反应原料中的（g-l-s三相）；用玻璃，有机玻璃等代替 钢材。 目的：考察传递过程规律。 因为化学反应过程总是受到传递过程的影响，而传递过 程的影响总是随着设备规模的改变而改变。
连续操作——连续反应器（流动反应器）
原料连续地流入反应器，反应产物也连续地从 反应器中流出。（连续进，连续出） 所有反应器均可采用连续操作。 特点： 1）多属于定（常）态操作。反应器内物料浓 度及温度都不随时间变化,但随位置而变。 2）连续反应器适用于大规模生产。它产品质 量稳定，劳动生产率高，易实现自动化管理生产。 但要改变产品品种十分困难。
半连续(半间歇)操作
原料与产物只要其中有一种为连续流入 或流出，而其余则为分批加入或卸出，这 样的操作方式——半连续操作。
反应器设计的基本方程
反应器设计最基本的内容： 选择合适的反应器型式 确定最佳操作条件 计算反应体积，确定主要尺寸。
反应体积的确定，是反应器设计的核心内 容。 反应体积的大小，是由反应组成的反应速率 决定的。反应速率快，完成同样的产量所需 体积就小。但反应速率又取决于反应物的浓 度、压力和反应温度。而反应器内反应物的 浓度，压力和温度又随反应时间或位置而变。 因此，在反应器内反应速率是不断变化着的。 为了确定反应体积，就要找出这些物理量在 反应器内变化的数学关系式。即反应器设计 的基本方程。
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第一章1.化学反应工程是一门研究 ( 化学反应个工程问题 ) 的科学。
2.所谓数学模型是指 ( 用数学方法表达各变量间的关系 ) 。
3.化学反应器的数学模型包括（动力学方程式、物料横算式子、热量衡算式、动量衡算式和参数计算式）4.所谓控制体积是指（能把反应速率视作定值的最大空间范围）。
5.模型参数随空间而变化的数学模型称为（分布参数模型）。
6.模型参数随时间而变化的数学模型称为（非定态模型）。
7.建立物料、热量和动量衡算方程的一般式为( 累积量=输入量-输出量)。
第二章1.均相反应是指 ( 在均一的液相或气相中进行的反应) 。
2.对于反应aA + bB→ pP + sS，则r P=( p/a )r A。
A 的量 / 反应开始的物料 A 的3. 着眼反应物 A 的转化率的定义式为( 转化率 Xa=转化了的物料量) 。
4.产物 P的收率ΦP与得率ХP和转化率 x A间的关系为 ( Xp/Xa ) 。
5.化学反应速率式为r A=k C C AαC Bβ，用浓度表示的速率常数为k C，假定符合理想气体状态方程，如用压力表示的速率常数k P，则 k C=[ (RT)的a+B次方]k P。
6. 对反应 aA + bB→ pP + sS的膨胀因子的定义式为（P+S）-(A+B))/A。
7.膨胀率的物理意义为 ( 反应物 A 全部转化后系统的体积变化率 ) 。
8.活化能的大小直接反映了 ( 反应速率 ) 对温度变化的敏感程度。
9.反应级数的大小直接反映了 ( 反应速率 ) 对浓度变化的敏感程度。
10.对复合反应，生成主产物的反应称为( 主反应 ) ，其它的均为 ( 副反应 ) 。
11.平行反应A→ P、A→ S均为一级不可逆反应，若E1＞ E2，选择性S p与 (A 的浓度 )无关，仅是(A 的浓度 ) 的函数。
12.如果平行反应 A → P 、A → S 均为一级不可逆反应，若 E1＞ E2，提高选择性 S P应( 提到温度 ) 。
13.一级连串反应 A → P→ S在平推流反应器中，为提高目的产物P 的收率，应 ( 降低)k 2/k 1。
14.产物 P 的收率的定义式为 ( 生成的全部 P 的物质的量 / 反应掉的全部 A 的物质的量 )15.产物 P 的瞬时收率φP的定义式为 ( 生成的物质的量 / 反应的 A 的物质的量 )16.产物 P 的选择性 S P的定义式为 ( 单位时间内产物P 的物质的量 / 单位时间内生成产物 S的物质的量 )17.由 A 和 B 进行均相二级不可逆反应αA A+αB B =α S S，速率方程为：r =－ dC /dt=kC C。
AA A b求：（ 1）当 C A0/C B0=αA/ αB时的积分式（2）当 C A0/C B0=λ≠αA/ αB时的积分式18.反应 A → B 为 n 级不可逆反应。
已知在 300K 时要使 A 的转化率达到 20%需，而在 340K 时达到同样的转化率仅需，求该反应的活化能E。
第三章1.理想反应器是指 ( 理想混合反应器平推流反应器 ) 。
2.全混流反应器的空时τ是 ( 反应器容积 ) 与( 进料的体积流量 ) 之比。
3.全混流反应器的放热速率Q G={ (Hr ) Ft 0 y A0 x A}。
4.全混流反应器的移热速率Q r ={Ft 0 C pm (T1T2 ) }5.全混流反应器的定常态操作点的判据为{ Q G Q r}。
6.全混流反应器处于热稳定的定常态操作点的判据为{Q G Q r dQ r dQ G}。
dT dT7. 全混流反应器的返混 （无限大）。
8. 平推流反应器的返混为 ( 为零 ) 。
9. 平推流是指 ( 反应物料以一致的方向向前移动 ) 。
10. 全混流是指 ( 刚进入反应器的新鲜物料与已存在的反应器中的物料能达到瞬间的完全混合 ) 。
11. 平推流的特征为 ( 所有物料颗粒在反应器中的停留时间相同不存在反混) 。
12. 全混流的特征为 ( 反应器中各处浓度温度相等且都与出口处一致 反混无限大 ) 。
13.如果将反应器出口的产物部分的返回到入口处与原始物料混合， 这类反应器为 ( 循环反应器 ) 。
14. 对循环反应器，当循环比β→ 0 时为 ( 平推流 ) 反应器，而当β→∞时则相当于 ( 全混釜 ) 反应器。
15. 对于反应级数 n ＜ 0 的反应，为降低反应器容积，应选用 ( 全混流 ) 反应器为宜。
16. 对于反应级数 n ＞ 0 的反应，为降低反应器容积，应选用 ( 平推流 ) 反应器为宜。
17. 对于可逆放热反应如何选择操作温度答：对于放热反应要使反应速率尽可能保持最大必须随转化率的提高，按最优温度曲线相应降低温度，这是由于可逆放热反应，由于逆反应速率也随反应温度的提高而提 高，净反应速率出现一极大值；而温度的进一步提高将导致正逆反应速率相等而达到化学平衡。
18. 对于反应， r R ＝ k 21C A ， E 1； r S ＝ k 2C A ， E 2，当 E 1＞ E 2 时如何选择操作温度可以提高产物的收率E / RTE 2 E 1S Rr R k 10e E 1/ RT C A k 10e RT C A答：对于平行反应r Sk 20 e 2k20，所以， 当E1 ＞E2时应尽可能提高反应温度，方可提高R 的选择性，提高 R 的收率。
19.在 间 歇 釜 中 一 级 不 可 逆 反 应 ， 液 相 反 应 A →2R ，r＝ kC A kmol/m3 · hAk= × 10 9 exp[T] h - 1C A0 ＝ kmol/m 3， M R ＝ 60 ， C R0 ＝ 0 ， 若 转 化 率 x A ＝ ， 装 置 的 生 产 能 力 为 50000 kg 产物 R/ 天 。
求 50 ℃ 等 温 操 作 所 需 反 应 器 的 有 效 容 积（ 用 于 非 生 产 性 操 作 时 间 t 0= h ）解 ：CR2C A 0 x A 3.22 (kmol / m 3 )1x Adx A1x Adx A1t C A 0 lnkC A k 0 1 x Ak 1 x Ak9.52 109 exp 7448.40.92273 50t1 ln 1 1.31(h)1 0.70.92 VC R M R 50000t t 024V50000 2.06 22.2(m 3 ) 24 3.22 6020. 应 用 两 个 按 最 优 容 积 比 串 联 的 全 混 流 釜 进 行 不 可 逆 的 一 级 液 相 反 应 ，假 定 各釜 的 容 积 和 操 作 温 度 都 相 同 ， 已 知 此 时 的 速 率 常 数 k= ， 原 料 液 的 进 料 速 度 v 0＝ 10m 3 /h ， 要 求 最 终 转 化 率 x A ＝ ， 试 求 V 1、 V 2 和 总 容 积 V 。
解 ： 对于一级不可逆反应应有(1 )r A111x A1x A1 kC A 0 (1 x A1 )kC A0 (1 x A1 ) 2( 1 )11 1r A,i代入x A ,ix A,i x A,i1r A ,i 1r A ,i1111得kC A0 (1 x A1 )2 x A1x A0 kC A0 (1 x A2 ) kC A0 (1 x A1 )整理得x A122x A1x A2 0∵ x A 2 0.9 ，∴ x A10.68381x A10.68382.35( h)k(1 x A1 )∴0.92(1 0.6838)V 1v 0 123.5( m 3 )2x A 2 x A1 0.90.68382.35(h)k(1x A 2 )0.92(1 0.9)V 2 v 0 223.5(m 3 )总容积 V V 1V 247( m 3 )21. 用 两 串 联 全 混 流 反 应 器 进 行 一 个 二 级 不 可 逆 等 温 反 应 ，已 知 在 操 作 温 度 下 k ＝ 0.92m 3/ （ ）， C A0 ＝ m 3，v 0 ＝ 10m 3 /h ，要 求 出 口 x A =，计 算 该 操 作 最 优 容 积 比 V 1/V 2 和 总 容 积 V 。
(1 )1 2rA1[]解 ：xA1xA1 kC A 0 2 (1 x A1 )2 kC A0 2 (1 x A1 )3(1 )1[ 11 ]r A ,1代入xA,1xA ,1x A ,0rA, 2rA ,1221 [2 1 kC A 0 2 1 x A,1 )2 ] kC A 0(1 x A,1 )3xA ,1 kC A0 (1 x A,1 ) 2 (1xA1 3 3x A1 2 3.01x A1 0.99xA10.741xA1xA 00.7415.22h1x A1 )21.922.3(1 0.741) 2kC A0 (12x A2x A10.90.7417.51hkC A 0 (1 x A 2 )20.92 2.3 (1 0.9) 2V 1V 215.220.6957.512总容积 V V 1 V 2v 0V10 (7.51 5.22) 127.3m 322. 在平推流反应器中进行等温一级反应，出口转化率可达。
现将反应转移至一个等体积的全混流反应器中进行，操作条件完全不变，试问出口转化率将为多少VxA dx ACA 0xA1dx A 1 11CA0KC Aln( )v 0KC A 0 (1 x A ) K 1 x A12C A 0 C A x AKC A K (1 x A )解 ：12x A 11K (1 x A ) Kln()1xA1xA10.85x A0.65523. 等温间歇反应器反应时间与反应物浓度的关系在间歇反应器中进行等温二级反应 A →B,r =，当 C 为 1mol/l 时，求反应至 C ＝ l 所需时间。
AA0AC A 0x Adx ACA dC A0.01 dC Ar A C A 0r A12解：0.01C A1119900s(0.01)0.01 124. 液相反应 A → R 在一全混釜中进行， C A0＝ 1mol/l ，反应速率常数 k ＝1l/ （） ， 求：1） 平均停留时间为 1s 时该反应器的 x A ； 2） 若 v 0＝1l/s ， x A ＝，求反应器的体积。
第四章1. 停留时间分布的密度函数在 t ＜ 0 时， E （ t ）=（ 0）。
2. 停留时间分布的密度函数在 t ≥ 0 时， E （ t ）（ >0）。
3. 当 t=0 时，停留时间分布函数F （ t ） =（ 0）。
4. 当 t= ∞时，停留时间分布函数F （ t ） =（ 1）。
5. 停留时间分布的密度函数E （θ） ={ t }E （t ）。