《化学反应工程》PPT课件
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《化学反应工程》PPT课件
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16
CR1[k10exp(R E T 1)C A k02k01e 0x ep x(p ( R E R T 2 E T 1 ) )k30exp(R E T 3)]
对上式求导并令其为零：
d d C T R 0 E 1 k 1 [ 1 ( k 1 k 2 k 3 )] k 1 ( k 1 E 1 k 2 E 2 k 3 E 3 ) 0
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14
解答： 图1
图2
（1）可逆反应
可逆反应
（2）放热反应
吸热反应
(3)M点速率最大，A点速率最小 M点速率最大，A点速率最小
(4)O点速率最大，B点速率最小 H点速率最大，B点速率最小
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15
【例题】在一定空时(空时=体积/流量)的全混釜中进行如 下反应，求R产量最大时的反应温度(注意和活化能联系起来)。
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11
【例题】在液体中，反应物A按下式生成R和S：
k1 R 一级反应 A k2 S 二级反应
原料（CA0=1、CR0=CS0=0）进入两个串联的全混流釜式反应器中 （τ1=2.5min，τ2=5min ），已知第一个反应器中的组成 （CA1=0.4,CR1=0.4,CS1=0.2）试求第二个反应器出口的组成。
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9
解：对于该气相均相反应A→R+S：
A21 11 , yA01
首先求解pA~xA的关系： 由 p v FR , p T A v F A R 可得T 到：
p A F A F A 0 (1 x A ) y A 0 (1 x A ) 1 x A
p FF 0 (1 y A 0A x A ) 1 y A 0A x A 1 x A
CCAR00==01.0 CS0=0
化学反应工程全套教学课件
可逆反应 不可逆反应
❖ 按照反应分子数分
单分子反应 双分子反应
多分子反应
❖ 按照反应机理分 单一反应
多重反应
平行反应 同时反应 连串反应 平行连串反应 集总反应
平行反应：一例如：氯苯的再氯化 k1
C6H5Cl + Cl2
k2
对-C6H4Cl2 + HCl 邻-C6H4Cl2 + HCl
❖ 本征动力学：又称化学动力学，是在理想条件下研究化学反 应进行的机理和反应物系组成、温度、压力等参数，不包括 传递过程及反应器结构等参数对反应速率的影响。
❖ 宏观反应动力学与本征动力学的区别：宏观反应动力学除了 研究化学反应本身以外，还要考虑到质量、热量、动量传递 过程对化学反应的交联作用及相互影响，与反应器的结构设 计和操作条件有关。
❖传递工程：涉及到动量传递、热量传递和质量传递。
❖工程控制：反应器的运转正常与否，与自动控制水平 相关。
1.4 化学反应工程学中涉及的定义
❖ 宏观反应过程：在工业规模的化学反应器中，化学反应过程 与质量、热量及动量传递过程同时进行，这种化学反应与物 理变化过程的综合称为宏观反应过程。
❖ 宏观反应动力学：研究宏观反应过程的动力学称为宏观反应 动力学。
❖ 停留时间分布：在非理想流动中，不同的质点在反应器中的停 留时间不同，形成停留时间分布。
寿命分布：指质点从进入到离开反应
停留时间分布有两种
器时的停留时间分布
年龄分布：指仍然停留在反应器中的
质点的停留时间分布。
寿命和年龄的关系：寿命是反应器出口处质点的年龄。
❖ 返混：不同停留时间的质点或粒子的混合称为返混，又称为 逆向混合。是不同年龄质点的混合，逆向是时间的概念上的 逆向，不同于一般的搅拌混合。
化学反应工程 课件-PPT课件
a A b B r R s S
21
化学反应计量式
• 化学反应计量式（化学反应计量方程）
a A b B r R s S
• 是一个方程式，允许按方程式的运算规 则进行运算，如将各相移至等号的同一 侧。
a A b B r R s S 0
× 1 0 2 /k m o l.m -3
• 试求反应的速率方程。
48
• 解：由于题目中给的数据均是醋酸转化 率较低时的数据，可以忽略逆反应的影 响，而丁醇又大大过量，反应过程中丁 醇浓度可视为不变。所以反应速率方程 为：
rAdd ctAkB m ccA nkcA n
49
• 将实验数据分别按0、1和2级处理并得到 t-f(cA)的关系
26
组分A的选取原则
• A必须是反应物，它在原料中的量按照化 学计量方程计算应当可以完全反应掉 （与化学平衡无关），即转化率的最大 值应当可以达到100%，如果体系中有多 于一个组份满足上述要求，通常选取重 点关注的、经济价值相对高的组分定义 转化率。
27
• 转化率与反应程度的关系，结合
xA
nA 0 nA nA0
23
反应程度（反应进度）
• 引入“反应程度”来描述反应进行的深 度。
• 对 于 a 任A 一 化 学 b 反B 应 r R s S 0
• 定义反应程度
nI nI0 I
• 式中，nI为体系中参与反应的任意组分I 的摩尔数，αI为其计量系数，nI0为起始时24 刻组分I的摩尔数。
8
• 三、按反应器型式来分类，分为 • 1． 管式反应器，一般长径比大于30 • 2． 槽式反应器，一般高径比为1—3 • 3． 塔式反应器，一般高径比在3—30之
21
化学反应计量式
• 化学反应计量式（化学反应计量方程）
a A b B r R s S
• 是一个方程式，允许按方程式的运算规 则进行运算，如将各相移至等号的同一 侧。
a A b B r R s S 0
× 1 0 2 /k m o l.m -3
• 试求反应的速率方程。
48
• 解：由于题目中给的数据均是醋酸转化 率较低时的数据，可以忽略逆反应的影 响，而丁醇又大大过量，反应过程中丁 醇浓度可视为不变。所以反应速率方程 为：
rAdd ctAkB m ccA nkcA n
49
• 将实验数据分别按0、1和2级处理并得到 t-f(cA)的关系
26
组分A的选取原则
• A必须是反应物，它在原料中的量按照化 学计量方程计算应当可以完全反应掉 （与化学平衡无关），即转化率的最大 值应当可以达到100%，如果体系中有多 于一个组份满足上述要求，通常选取重 点关注的、经济价值相对高的组分定义 转化率。
27
• 转化率与反应程度的关系，结合
xA
nA 0 nA nA0
23
反应程度（反应进度）
• 引入“反应程度”来描述反应进行的深 度。
• 对 于 a 任A 一 化 学 b 反B 应 r R s S 0
• 定义反应程度
nI nI0 I
• 式中，nI为体系中参与反应的任意组分I 的摩尔数，αI为其计量系数，nI0为起始时24 刻组分I的摩尔数。
8
• 三、按反应器型式来分类，分为 • 1． 管式反应器，一般长径比大于30 • 2． 槽式反应器，一般高径比为1—3 • 3． 塔式反应器，一般高径比在3—30之
《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。
化学反应工程全套教学课件
❖“化学反应工程”的概念：1957年 荷兰
VanKrevelen 在荷兰Amsterdan召开的第一届欧洲反应工 程大会上首先提出的。意在系统深入地研 究伴有物理过程(即传递现象)的化学反应过 程，这标志着化学反应工程学科的初步形成
❖黄金时代：1957年~20世纪70年代
随着反应动力学和传递过程的领域的发 展，以及石油化工的大发展，使生产日 趋大型化和单机化等等促使反应工程学 科的发展，使其进入黄金时代。
❖ 返混：不同停留时间的质点或粒子的混合称为返 混，又称为逆向混合。是不同年龄质点的混合， 逆向是时间的概念上的逆向，不同于一般的搅拌 混合。
在非理想流动中，会出现以下几种现象：
死角：流体在反应器中流动时，由于搅拌不均匀会 造成死角
短路：在反应器中的物料，并不都达到了应有的停 留时间，一部分物料在应有的停留时间之前即已 溢流出去，而另一部分则较应有的停留时间长。 一般由于反应器进出口管线设置不好会引起短路
化学反应工程
第1章 绪论
化学反应工程教材
朱炳辰 化学反应工程 化学工业出版社
陈甘棠 化学反应工程 化学工业出版社
李绍芬 反应工程 化学工业出版社
1.1 化学反应工程的发展史
❖最早：20世纪30年代 丹克莱尔(Dankǒhler)
系统论述了扩散、流体流动和传热对反应 器产率的影响，为化学反应工程奠定基础
制订 模型 测试
机 方法
作 及参
方 数范
案 研
围
究
小试 模型的放大实验
比较测试结果与 模型计算结果
中试
修正基础模型
图1.2 数学模拟放大方法示意图
用
计
算
机 作过
多程
方的
案基
VanKrevelen 在荷兰Amsterdan召开的第一届欧洲反应工 程大会上首先提出的。意在系统深入地研 究伴有物理过程(即传递现象)的化学反应过 程，这标志着化学反应工程学科的初步形成
❖黄金时代：1957年~20世纪70年代
随着反应动力学和传递过程的领域的发 展，以及石油化工的大发展，使生产日 趋大型化和单机化等等促使反应工程学 科的发展，使其进入黄金时代。
❖ 返混：不同停留时间的质点或粒子的混合称为返 混，又称为逆向混合。是不同年龄质点的混合， 逆向是时间的概念上的逆向，不同于一般的搅拌 混合。
在非理想流动中，会出现以下几种现象：
死角：流体在反应器中流动时，由于搅拌不均匀会 造成死角
短路：在反应器中的物料，并不都达到了应有的停 留时间，一部分物料在应有的停留时间之前即已 溢流出去，而另一部分则较应有的停留时间长。 一般由于反应器进出口管线设置不好会引起短路
化学反应工程
第1章 绪论
化学反应工程教材
朱炳辰 化学反应工程 化学工业出版社
陈甘棠 化学反应工程 化学工业出版社
李绍芬 反应工程 化学工业出版社
1.1 化学反应工程的发展史
❖最早：20世纪30年代 丹克莱尔(Dankǒhler)
系统论述了扩散、流体流动和传热对反应 器产率的影响，为化学反应工程奠定基础
制订 模型 测试
机 方法
作 及参
方 数范
案 研
围
究
小试 模型的放大实验
比较测试结果与 模型计算结果
中试
修正基础模型
图1.2 数学模拟放大方法示意图
用
计
算
机 作过
多程
方的
案基
化学反应工程全套教学课件
❖ 相似放大法：生产装置以模型装置的某些参数按 比例放大，即按照相同准数对应的原则放大，称 为相似放大法。
❖ 经验放大法：按照小型生产装置的经验计算或定 额计算，即在单位时间内，在某些操作条件下， 由一定的原料组成来生产规定质量和产量的产品。
数学模型放大法：
基础实 验测试
拟订过 程模型
用
电 子 计 算
工业反应器中宏观反应动力学模型是化学动 力学模型、流动模型及传递模型的综合。
❖数学模拟的简化要求：
各种工业反应工程是极为复杂的，一方面由 于对过程还不能全部地观测和了解，另一方面由 于数学知识和计算手段的限制，用数学模型来完 整地、定量地反映事物全貌目前还未能实现。因 此要将宏观反应过程的规律进行去粗取精的加工， 并在一定条件下进行合理简化。简化要求：
几个化学反应工程中常用的概念
❖ 停留时间：质点从反应器入口到出口所经历的时间
❖ 停留时间分布：在非理想流动中，不同的质点在反 应器中的停留时间不同，形成停留时间分布。
寿命分布：指质点从进入到离开反应
停留时间分布有两种
器时的停留时间分布
年龄分布：指仍然停留在反应器中的
质点的停留时间分布。
寿命和年龄的关系：寿命是反应器出口处质点的年龄。
（1）不失真 （2）能满足应用要求 （3）能适应当 前实验条件，以便进行模型鉴别和参数估值（4） 能适应现有计算机的能力
1.6 工程放大与优化
❖ 工程放大和优化：将实验室和小规模生产的研究 成果推广到大型工业生产装置，要综合各方面的 有关因素提出优化设计和操作方案，即工程放大 和优化。
❖ 工程放大的方法：主要有相似放大、经验放大法 和数学模型放大法。
1.5 化学反应工程的研究方法
化学反应工程全套课件完整版ppt全册电子教案
04
动力学方程式
定量描述反应速
率与影响因素之
间的关系式。
反应速率与影响反应
速率的影响因素之
间的函数表达式
r f (T、c)
均相反应：本征动力学方程
非均相反应：宏观动力学方程
反应速率
定义:在反应系统中，某一物质在单位时间，单位反 应体系内的变化量。
变化量
反应速率
反应时间 （反应体系）
注意：
1、上述定义无论对反应物和产物均成立。
若为反应物则为消失速度 .
若为产物则为生成速度.
1 dnA
V dt
1 dni
ri
V dt
(rA )
反应速率
2、反应速率恒为正值
1 dni
ri
V dt
3、速度的表示形式和化学计量系数有关
对于 A A B B P P S S
05
工业指标
反 应 程 度
对于下列化学反应：
AA BB RR S S
初始：
某一时刻：
nA0
nA
nB0
nB
nR0
nR
ns0
ns
反应的量 nA- nA0 <0 nB- nB0 <0 nR- nR0＞0 nS- nS0＞0
其中 为化学计量系数。对反应物而言为“－”，对生成物而
I
言为“＋”。
3. 示踪剂必须是能用简便而又精
确的方法加以确定的物质
4.示踪剂尽量选用无毒、不燃、无
腐蚀、价格便宜的物质
示
踪
物
的
选
择
03
反应器流体流动
脉冲法
过 程：
在反应器中流体达到定态流动后，在极短的时间内将示踪物注入进料中，然后立刻
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PPT演示课件
方程。
非均相模型（考虑流体和粒子表面间 1.按动力学 的拟温均度相和模浓型度（差忽）略流体和粒子表面间
的温度和浓度差，假设流体与粒子为 浑然一体的均相）
2.床层温度二 一维 维模 模型 型（ （轴 平向 推和 流径 模向 型） 和轴向扩散模型）
3.按流体流动非 理理 想想 流流 动动 模模 型型
26
• 解：①求颗粒的平均直径。
dS
1 xi
0.60 0.25 0.15 1 3.96mm 3.96103 m 3.40 4.60 6.90
di
• ②计算修正雷诺数。
Re m
g
dSG
1 B
3.96 103 6.2
2.3105 1 0.44
dV
19
•（2）外表面积当量直径： (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：SS
4π
d 2
2
SS π
1
2
da
• （3）比表面积当量直径： (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）
球形比表面积：
SV
SS VS
－P f
L de
um2 2 B 2
＝f
L
2 3
.
(1
B
B
)
.d
S
um2 2 B2
＝3 f 4
L dS
1B
3 B
u m2
f L dS
1B
3 B
u
非均相模型（考虑流体和粒子表面间 1.按动力学 的拟温均度相和模浓型度（差忽）略流体和粒子表面间
的温度和浓度差，假设流体与粒子为 浑然一体的均相）
2.床层温度二 一维 维模 模型 型（ （轴 平向 推和 流径 模向 型） 和轴向扩散模型）
3.按流体流动非 理理 想想 流流 动动 模模 型型
26
• 解：①求颗粒的平均直径。
dS
1 xi
0.60 0.25 0.15 1 3.96mm 3.96103 m 3.40 4.60 6.90
di
• ②计算修正雷诺数。
Re m
g
dSG
1 B
3.96 103 6.2
2.3105 1 0.44
dV
19
•（2）外表面积当量直径： (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：SS
4π
d 2
2
SS π
1
2
da
• （3）比表面积当量直径： (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）
球形比表面积：
SV
SS VS
－P f
L de
um2 2 B 2
＝f
L
2 3
.
(1
B
B
)
.d
S
um2 2 B2
＝3 f 4
L dS
1B
3 B
u m2
f L dS
1B
3 B
u
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解答： 图1
图2
（1）可逆反应
可逆反应
（2）放热反应
吸热反应
(3)M点速率最大，A点速率最小 M点速率最大，A点速率最小
(4)O点速率最大，B点速率最小 H点速率最，B点速率最小
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【例题】在一定空时(空时=体积/流量)的全混釜中进行如 下反应，求R产量最大时的反应温度(注意和活化能联系起来)。
=_______。
A. 0
B. 1 C. 2 D. 3
反应 A + B → C， 已知k = 0 .15 s-1 ，则反应级数 n=_______。
A. 0
B. 1 C. 2 D. 3
8
•习题：丙烷的热分解反应式为：
C3H8（A）→C2H4（R）+CH4（S）
其速率方程式为：
dpA dt
k
pA
dpA dt
2p (1xA)2
dxA dt
k1xA 1xA
p
dxA dt
k 2(1xA)(1xA)
10
其三，求解V~t的关系：
dV FRT
d v tp p F 0 ( 1 y A 0A x A ) v 0 ( 1 y A 0A x A ) v 0 ( 1 x A )
将上述得到的二式相除，得到V~xA的关系：
dV 2 v0(1xA ) 2 v0 1 dA xk (1xA )1 (xA ) k 1xA
积分上式，得：
V 2v0 xA dxA 2v0 ln 1 k 0 1 xA k 1 xA
2 2.2 21 04
1
1.11104
ln 1 0.5
2.77m3
11
【例题】在液体中，反应物A按下式生成R和S：
所以： CR2=??， ??
13
下面是两个反应的T-X图，图中AB是平衡曲线，NP是最 佳温度曲线，AM是等温线，HB是等转化率线。根据下 面两图回答： （1）图1和图2分别是可逆反应还是不可逆反应？ （2）图1和图2分别是放热反应还是吸热反应？ （3）在图1和图2的等温线上，A, D, O, E, M点中哪一点 速率最大，哪一点速率最小？ （4） 在图1和图2的等转化率线上，H, C, R, O, F及B点 中，哪一点速率最大，哪一点速率最小？
[ k 1 k 2 ( E 2 E 1 ) k 1 k 3 ( E 3 E 1 ) ] k 1 E 1
k1 R 一级反应 A k2 S 二级反应
原料（CA0=1、CR0=CS0=0）进入两个串联的全混流釜式反应器中 （τ1=2.5min，τ2=5min ），已知第一个反应器中的组成 （CA1=0.4,CR1=0.4,CS1=0.2）试求第二个反应器出口的组成。
CCAR00==01.0 CS0=0
CAR1=0.4 CS1=0.2
A k 1 R rRk1C A
A k 2 S rSk2C A
A k 3 T rTk3C A
【解】(1)若E1>E2 、E3，应采用尽可能高温；
(2)若E1<E2 、E3，应采用尽可能低温；
(3)若E1介于E2 、E3之间，
对Ａ： 对Ｒ：
C A 0 r A C A ( k 1 C A k 0 2 C k 3 A ) C A C A 1 ( k 1 C k A 0 2 k 3 ) C R r R C R 0 k C 1 C R A C R k 1 C A 1 ( k 1 k 1 C k 2 A 0 k 3 )
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CR1[k10exp(R E T 1)C A k02k01e 0x ep x(p ( R E R T 2 E T 1 ) )k30exp(R E T 3)]
对上式求导并令其为零：
d d C T R 0 E 1 k 1 [ 1 ( k 1 k 2 k 3 )] k 1 ( k 1 E 1 k 2 E 2 k 3 E 3 ) 0
在772℃ 下，k=1.11×10-4s-1，若系统恒定在总 压P=1kg/cm2；在772℃ 和1kg/cm2压力下气体 的容积进料速率为v0=2.22×10-4m3/s。当要求 出口转化率xA达0.5时所需平推流反应器的容积 为多少？
9
解：对于该气相均相反应A→R+S：
A21 11 , yA01
对第二只反应器中A的消失而言：
2C A 1-rA C 2A2(k1 C k A 1 2C -C A2 A )2C A25
解得： CA2=?? 因两个反应器的级数相同，且CR2+CS2=CA0-CA2则得：
2C R 2 r R 2 C R 1C R k2 1C A C 2R 1C k R 2 1C A 0 2.4 2C S2 rS 2C S1C k S2 2 C 2C A 2 S1C k S 2 2 C 20 A 2 .2
1
2
3
4
5
6
化学反应速率式为−rA= KCCAαCBβ，如用浓度表示的速 率常数为KC ，用压力表示的速率常数为KP ，则 Kp =_______ K c
A.(RT) –(α+β) C. (RT)α-β
B. (RT) (α+β) D. (RT) –α+β
7
反应 3A → P，已知k = 0.15 mol/s⋅l ，则反应级数 n
CCAR22 CS2
τ1=2.5min τ2=5min
解：利用全混流釜式反应器的设计方程求解：
τ1 = C R 1 rR 1 C R 0= k C 1 C R A 1 1⇒ k 1 = τ C 1 C R A 1 1= 2 .5 0 × .4 0 .4 = 0 .4 m -1in τ 1 = C S 1 r S 1 C S 0= k C 2 C S 1 2 A 1⇒ k 2 = τ 1 C C S 1 2 A 1= 2 .5 0 × .2 0 .4 2= 0 .5 m 3 .m - 1 .m o 12 - 1li
首先求解pA~xA的关系： 由 p v FR , p T A v F A R 可得T 到：
p A F A F A 0 (1 x A ) y A 0 (1 x A ) 1 x A
p FF 0 (1 y A 0A x A ) 1 y A 0A x A 1 x A
其次，求解xA~t的关系： 将上述得到的结果代入题目给定的速率方程：
解答： 图1
图2
（1）可逆反应
可逆反应
（2）放热反应
吸热反应
(3)M点速率最大，A点速率最小 M点速率最大，A点速率最小
(4)O点速率最大，B点速率最小 H点速率最，B点速率最小
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【例题】在一定空时(空时=体积/流量)的全混釜中进行如 下反应，求R产量最大时的反应温度(注意和活化能联系起来)。
=_______。
A. 0
B. 1 C. 2 D. 3
反应 A + B → C， 已知k = 0 .15 s-1 ，则反应级数 n=_______。
A. 0
B. 1 C. 2 D. 3
8
•习题：丙烷的热分解反应式为：
C3H8（A）→C2H4（R）+CH4（S）
其速率方程式为：
dpA dt
k
pA
dpA dt
2p (1xA)2
dxA dt
k1xA 1xA
p
dxA dt
k 2(1xA)(1xA)
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其三，求解V~t的关系：
dV FRT
d v tp p F 0 ( 1 y A 0A x A ) v 0 ( 1 y A 0A x A ) v 0 ( 1 x A )
将上述得到的二式相除，得到V~xA的关系：
dV 2 v0(1xA ) 2 v0 1 dA xk (1xA )1 (xA ) k 1xA
积分上式，得：
V 2v0 xA dxA 2v0 ln 1 k 0 1 xA k 1 xA
2 2.2 21 04
1
1.11104
ln 1 0.5
2.77m3
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【例题】在液体中，反应物A按下式生成R和S：
所以： CR2=??， ??
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下面是两个反应的T-X图，图中AB是平衡曲线，NP是最 佳温度曲线，AM是等温线，HB是等转化率线。根据下 面两图回答： （1）图1和图2分别是可逆反应还是不可逆反应？ （2）图1和图2分别是放热反应还是吸热反应？ （3）在图1和图2的等温线上，A, D, O, E, M点中哪一点 速率最大，哪一点速率最小？ （4） 在图1和图2的等转化率线上，H, C, R, O, F及B点 中，哪一点速率最大，哪一点速率最小？
[ k 1 k 2 ( E 2 E 1 ) k 1 k 3 ( E 3 E 1 ) ] k 1 E 1
k1 R 一级反应 A k2 S 二级反应
原料（CA0=1、CR0=CS0=0）进入两个串联的全混流釜式反应器中 （τ1=2.5min，τ2=5min ），已知第一个反应器中的组成 （CA1=0.4,CR1=0.4,CS1=0.2）试求第二个反应器出口的组成。
CCAR00==01.0 CS0=0
CAR1=0.4 CS1=0.2
A k 1 R rRk1C A
A k 2 S rSk2C A
A k 3 T rTk3C A
【解】(1)若E1>E2 、E3，应采用尽可能高温；
(2)若E1<E2 、E3，应采用尽可能低温；
(3)若E1介于E2 、E3之间，
对Ａ： 对Ｒ：
C A 0 r A C A ( k 1 C A k 0 2 C k 3 A ) C A C A 1 ( k 1 C k A 0 2 k 3 ) C R r R C R 0 k C 1 C R A C R k 1 C A 1 ( k 1 k 1 C k 2 A 0 k 3 )
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CR1[k10exp(R E T 1)C A k02k01e 0x ep x(p ( R E R T 2 E T 1 ) )k30exp(R E T 3)]
对上式求导并令其为零：
d d C T R 0 E 1 k 1 [ 1 ( k 1 k 2 k 3 )] k 1 ( k 1 E 1 k 2 E 2 k 3 E 3 ) 0
在772℃ 下，k=1.11×10-4s-1，若系统恒定在总 压P=1kg/cm2；在772℃ 和1kg/cm2压力下气体 的容积进料速率为v0=2.22×10-4m3/s。当要求 出口转化率xA达0.5时所需平推流反应器的容积 为多少？
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解：对于该气相均相反应A→R+S：
A21 11 , yA01
对第二只反应器中A的消失而言：
2C A 1-rA C 2A2(k1 C k A 1 2C -C A2 A )2C A25
解得： CA2=?? 因两个反应器的级数相同，且CR2+CS2=CA0-CA2则得：
2C R 2 r R 2 C R 1C R k2 1C A C 2R 1C k R 2 1C A 0 2.4 2C S2 rS 2C S1C k S2 2 C 2C A 2 S1C k S 2 2 C 20 A 2 .2
1
2
3
4
5
6
化学反应速率式为−rA= KCCAαCBβ，如用浓度表示的速 率常数为KC ，用压力表示的速率常数为KP ，则 Kp =_______ K c
A.(RT) –(α+β) C. (RT)α-β
B. (RT) (α+β) D. (RT) –α+β
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反应 3A → P，已知k = 0.15 mol/s⋅l ，则反应级数 n
CCAR22 CS2
τ1=2.5min τ2=5min
解：利用全混流釜式反应器的设计方程求解：
τ1 = C R 1 rR 1 C R 0= k C 1 C R A 1 1⇒ k 1 = τ C 1 C R A 1 1= 2 .5 0 × .4 0 .4 = 0 .4 m -1in τ 1 = C S 1 r S 1 C S 0= k C 2 C S 1 2 A 1⇒ k 2 = τ 1 C C S 1 2 A 1= 2 .5 0 × .2 0 .4 2= 0 .5 m 3 .m - 1 .m o 12 - 1li
首先求解pA~xA的关系： 由 p v FR , p T A v F A R 可得T 到：
p A F A F A 0 (1 x A ) y A 0 (1 x A ) 1 x A
p FF 0 (1 y A 0A x A ) 1 y A 0A x A 1 x A
其次，求解xA~t的关系： 将上述得到的结果代入题目给定的速率方程：