最新化学反应工程基本概念
化学反应工程(第三版)第二章
得
dnA Vdt
12.34cA2
[mol/L h]
14
2.2 单一反应速率式的解析
反应速率的定义式是微分式，将其与动力学方程关联并积分，可
得到反应物浓度随时间变化的关系。该过程称为反应速率式的解析。
本节介绍等温、恒容、间歇操作条件下单一反应速率式的解析。
2.2-1 不可逆反应
一、一级不可逆反应
A
5
2.1 基本概念及术语
二、膨胀因子（气相反应）
物理意义：每消耗1mol反应物K，引起整个物系总物质的量的变化。
（1）由化学计量式计算
K
i K
（2-1-16）
（2）由总物料衡算计算
K
n n0 nK 0 xK
n n0 n0 yK 0 xK
（2-1-17）
整理得
n n0 (1 K yK 0 xK )
行分析的基本依据。
9
2.1.2 均相反应动力学方程
解：将Arrhenius式取对数，则有
E ln k RT ln k0
由式可见，lnk与1/T之间为线性关系。整理表2.1-1中数据可得
10
lnk
B
-7.2
-7.4
-7.6
-7.8
-8.0
-8.2
-8.4
2.30
2.32
2.34
2.36
2.38
nk nk0 (1 xk )
则组分A的反应速率可用转化率表示为：
(rA )
dnA Vdt
nA0 V
dxA dt
恒容条件下
(rA )
cA0
dxA dt
讨论：转化率是衡量反应物转化程度的量，若存在多种反应物
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。
化学反应工程知识点梳理（精华版）
化学反应工程学问点梳理第一章化学反应工程简介化学反应工程是讨论化学反应和工程问题的科学动量传递，热量传递，质量传递及化学动力学，可概括为“三传一反”－－第三个里程碑； 其次章均相反应动力学AA- dn A VdtBSSRBR（由于反应而消耗的 A 的摩尔数） (- r ) A (单位反应区域 )( 单位时间) dn dt1 V 1 dn S r SA ( r )A V dt反应进度：n A n A 0An Bn B 0Bn Rn R 0Rn P n P0Pn K i 0x ix K 某反应物的转化量 该反应物的起始量n i 0n K 0 n K 0n K转化率：x KKn n K 0 n 0 n Kn n 0 (n n 0 )膨胀因子：KKn K 0 x Kn y x 0 K 0 Ky i K 0 y ( 1x )i 0 K y ( 1 x i )y i i 0 Ky i1y x 1y x KK 0 K KK 0 Kn A Vn A 0 (1 x A ) (1 x A ) A y A0 x A)C AC A0V 0 (1A y A0 x A)(1ERT( r A ) kC A C Bk C( RT )k Pkk e0 E RTln kln k 0不行逆反应AABBSSdC C A 0 A kta b BC CC AAdC A dtab ( r A )kC ACB均相催化反应 CC 为催化剂浓度dC Adt( r )(kC )C A C A自催化反应 → A + C 2C + RdC A dt( r A )kC A C CR+S串联反应 PA + B总收率n P n A0 n P 0n AP单位时间内生成 单位时间内消耗 P 的摩尔数A 的摩尔r p ( r A )瞬时收率dC P / dt dC A / dtdC P dC A得率 yieldX ( n Pn P 0 ) / n A 0P总挑选性 目的产物 P 所生成的摩尔数与副产物S 生成的摩尔数之比，用 S0 表示：n P n S n P 0n S 0S 0αA2 αA1 AαS S 平行反应（ 副 ）αP P A（主）dC A dt（ r A ,1） k 1C A（ r A,2） k 2 C A（ r A ）（ r A,1） ( r A,2 )(k 1k 2 )C AdC dtdC P dtp P S S r P( r A ,1 )k 1C Ar Sk 2 C AA,1A ,1A ,2( k 1 k 2 ) tC AC A 0ek 1k 2AP串联反应S （均为一级反应）dC PdtdC S dtr Pk 1 C A k 2 C P r Sk 2 C P第三章 抱负均相反应器间歇反应器 (BSTR) 反应时间dx r dC x A C A A A t C 等容过程，液相反应A 0( )C A 0( r )A A 实际操作时间 (operating time)= 反应时间 (t) + 帮助时间 auxiliary time(t')反应体积 V 是指反应物料在反应器中所占的体积V = v0 (t + t')VV 实际的反应器体积为：实际为装料系数 (the volume charge coefficient) ，通常在 ～ 平推流反应器 PFR 空时反应器的容积进料的体积流量V v 0反应期的容积dV vV Rt反应器中物料 的体积流量V v 0C A0 ( C A r A )C A0 x A 全混流反应器 (CSTR)( r A )50000 V F A 0dx Ar A )V v 0 C A 0x A VF A0x A r A )F v C R 0 0 R24 M 0( C A 0( Rdx dx dx x A x A x A A A At C A 0C A 0C A0绝热操作恒容间歇反应器的设计式为：nE x A 0( r A )x A 0kCAx A 0n nRTk 0 e C A0(1 x A )1 x A tI ( x A )dx An 1x A 0k C 0A02dx A dlD ( r A ) 4F A02变温平推流反应器F A 0dx A ( r A )dV P( r A ) D dl4化学反应工程讨论的目的是实现工业化学反应过程的优化全混流V mF A 0 x A 0 r AV B F A 0 t BC A 0d x A r Ax A mC A 0BR ：CST R:V PF A 0 d A x r Ax A 平推流PF R:PC A 0多级 CSTR 串联的优化 对于一级不行逆反应应有x A1 kC A0 (1 0 x A1 ) x A2 x A1x Am kC A 0 (1 x Am 1x Am )V v C ...R 0 A 0kC A 0 (1 x A 2 )x Ai 1 x Ai Aix Ai 1 x Ai Ai 111 V R x Aiv 0 k 1 (1 x Ai 11x Ai 10 (i 1,2,.....m 1)x x 2x Ai )1 ln( k / k )k 2( k 1 )k2 k 1k 2C P max C A01 2 k 2PFR ： X 同间歇釜optP maxk 1 C P max C A 01X 1P max12ＣＳＴＲ：2[( k 2 / k 1 )1]optk k 1 2全混流反应器的热衡算方程V ( r A )(v 0 c PH r )UAT m UA UAT m UA T (1) (T 0)Q rT (1) (T 0)v 0 c Pv 0 c Pv 0 c Pv 0 c P第四章非抱负流淌停留时间分布E(t) = P{t < residencetime< t + t}停留时间分布函数F ( t ) = P { residence time < t }t F (t)E(t )dt2(t t ) E (t )dt2 t22 2(t t ) E (t )dtt E (t ) d t t方差E (t) dtPFR0 t t tt 0 1t t t tE(t )t tF (t)2 t22(t t ) E(t)dt ( t t )CSTRttF(t) 1 et2t2 21et最大tE(t) tr2( ) [2 Rr( R 层流流淌)2]F (t) 22t 2轴向扩散模型tE z E z 2 uL / E 2( ) uL 2( ) (1 uLe Z) 2 Pe 1 2 ) (1 Pe 2( e ) Pe。
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。
化学反应工程知识点回顾
化学反应⼯程知识点回顾第⼀章知识点1.化学反应⼯程学的范畴和任务2.化学反应⼯程学的基本⽅法3.化学反应⼯程学的学科系统和编排第⼆章均相反应动⼒学基础知识点 1、概念:①化学计量⽅程：反应物 - ，产物 + ②化学反应速率等温定容反应dtdc r AA -=-反应速率之⽐等于各计量系数的⽐值。
③反应转化率反应程度膨胀因⼦δA 关键组分A 的膨胀因⼦物理意义：每反应掉⼀个摩尔A 所引起反应体系总摩尔数的变化量。
④反应速率⽅程:反应级数 a 、b 由实验确定 k 遵循Arrhenius ⽅程i α1A A dn r V dt-=-00-=K KK K n n x n 0kk k n nξα-=1sii A A αδα==∑a bA AB r kC C -=2、单⼀反应的速率⽅程重点：求取动⼒学参数 1)不可逆反应微分⽅程: 积分⽅程: 2)可逆反应微分⽅程: 反应平衡时： 3)均相催化反应微分⽅程积分⽅程4)⾃催化反应当C A = C M0/2 时，反应速率最⼤ 3、复合反应:平⾏反应串联反应总收率选择性exp[]a E k k RT=-a bA A A BdC r kC C dt-==-0A A C Aa b C ABdC kt C C =?'A A A SdC r kC k C dt-=-=-0A Ae Se r kC k C '-=-=()AA C A dC r kC C dt-=-=A A A C dC r kC C dt-=-=0max 0001ln[]A M M A C t C kC C =-0121()ln ln1A C A A C k k C t C x +==-A B P R +→+A B S +→A B P R S+→→+0000()/()///--Φ==P P P P P A A n n p C C pn a C a 0000()/()/;;()/()/--==--p p p p p p A A A A n n P C C PS S n n a C C a第三章理想反应器1返混的基本定义2⼏个时间的定义反应持续时间t r－－在间歇反应器中反应达到⼀定转化率所需时间（不包括辅助时间）。
化学反应工程
管式及釜式连续流动反应器：反应物连续不断地 加入反应器，同时产物连续不断地流出反应器， 如果是定态下操作，反应物进料时的组成和流量 及产物的组成和流量都不随计时器显示的时间而 变。 加料
均匀混合
加料
产物 产物 图2.3 釜式连续流动反应器
图2.2 管式连续流动反应器
半间歇反应器：将反应物 A 先放入反应器中，在 一定温度和压力下，反应物 B 连续加入反应器， 反应产物保留在反应器中，即为半间歇反应器。
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因素与反应 速率之间定量关系的速率方程
3.1 化学反应速率
化学反应速率：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。反应速率 是指某一瞬间的“瞬时反应速率”
生成目的产物所消耗的关键组分的物质的量 S 已转化的关键组分的物质的量
而
Y
生成目的产物所消耗的关键组分的物质的量 进入反应系统的关键组分的物质的量
由上两式可得：
Y Sx
第3章 均相反应动力学基础
均相反应：参与反应的各物质均处于同一个相内 进行化学反应则称为均相反应。 均相反应的前提：参与反应的所有物料达到分子 尺度上的均匀，成为均一的气相或液相
工业反应过程的原料中，各反应组分之间往往不 符合化学计量数的关系，此时通常选择不过量的 反应物计算转化率，这样的组分称为关键组分。 一般选择价格高的为关键组分。
2.2.4 多重反应的收率及选择性 对于单一反应，反应物的转化率即为产物的生成率 对于多重反应（如同时反应、平行反应、连串反应 等），除了反应物转化率的概念外还必须由目的产 物的收率的概念，收率以Y表示，其定义如下：
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 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)k2/k1。
化学反应工程
数学模型法
1．建立简化物理模型 对复杂客观实体，在深入了解基础上， 进行合理简化，设想一个物理过程(模型)代 替实际过程。简化必须合理，即简化模型 必须反映客观实体，便于数学描述和适用。
2．建立数学模型 依照物理模型和相关的已知原理，写 出描述物理模型的数学方程及其初始和边 界条件。 3．用模型方程的解讨论客体的特性规律
反应工艺流 程与设备 最 佳 化
反程的研究对象
无论是化学工业还是冶金、石油炼制和能源加工等工业过程，均采 用化学方法将原料加工成有用的产品。其生产过程包括如下三个组成部分：
第1、3两部分属于单元操作的研究范围;而第2部分是化学反应工程 的研究对象，是生产过程的核心。
1、化学反应工程研究的对象。
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要的动力学知识 和信息，如反应模式、速率方程、反应活化能等。 其中速率方程可表示为：
反应器设计分析：研究反应器内上述因素的 变化规律，找出最优工况和适宜的反应器型式 和尺寸。 2、化学反应工程研究的目的：优化 在一定范围内（约束条件）选择一组合适的 变量，使系统对评价标准(优化指标)达到最优。 设计型
理想均相反应器 1、理想间歇反应器 反应器理想化的条件：反应物粘度小、搅拌均匀、压强、 温度均一（任一时刻物料的组成，温度均一），这就是理 想间歇反应器（batch reactor简称BR）
特点：操作具有较大的灵活性，操作弹性大，相同设备可 以生产多个品种。 缺点：劳动强度大，装料、卸料、清洗等辅助操作常消耗 一定时间，产品质量难以控制。 2、活塞流反应器 在等温操作的管式反应器中，物料沿着管长，齐头并 进，象活塞一样向前推进，物料在每个截面上的浓度不变， 反应时间是管长的函数，象这种操作称为理想置换，这种 理想化返混量为零的管式反应器称为活塞流反应器 （plug flow reactor简称PFR）。
化学反应工程第1章
aA bB rR sS 0
化学反应计量式只表示参与化学反应的各 组分之间的计量关系，与反应历程及反应可以 进行的程度无关。 化学反应计量式不得含有除1以外的任何公因
子。具体写法依习惯而定，
SO 2 1 2 O2 SO3 与 2SO2 O2 2SO3
反应进行到某时刻，体系中各组分的
摩尔数与反应程度的关系为：
nI nI0 I
4. 转化率
目前普遍使用着眼组分A的转化率来描述
一个化学反应进行的程度。
⑴ 定义：
转化了的A组分量 nA 0 nA xA A组分的起始量 nA0
⑵ 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。
应速率方程为：
dcA m n n cA rA kcB cA k dt
将实验数据分别按0、1和2级处理并得到t-f(cA)的关系
t/hr cA cA0-cA
cA ln c A0
0 0.07298 0.1245 0.1707 0.2160 0.2630 0.3030 0.3470 0.3820
①由于剧烈搅拌、混合，反应器内有效空间中
各位置的物料温度、浓度都相同；
②由于一次加料，一次出料，反应过程中没有 加料、出料，所有物料在反应器中停留时间相同，不 存在不同停留时间物料的混合，即无返混现象； ③出料组成与反应器内物料的最终组成相同； ④为间歇操作，有辅助生产时间。一个生产周 期应包括反应时间、加料时间、出料时间、清洗时间、
化学反应工程
1、化学反应工程学是一门研究涉及化学反应的工程问题的学科。
其主要任务是：对已经在实验室中实现的化学反应，如何将其在工业规模上实现。
2、化工生产从原料到产品可概括为：原料的预处理、化学反应过程、产物的后处理。
而化学反应过程是整个化工生产的核心。
3、三传一反是指：动量、热量、质量传递和反应动力学。
它是反应工程学的核心。
4、化学反应工程的基本研究方法：数学模型法。
5、化学反应式的计量系数恒大于0，化学反应式与化学反应计量式的计量系数的关系：若是产物，二者相等；若是反应物，二者数值相等，符号相反。
化学反应计量式不含除1以外的任何公因子。
6、反应程度ξ：描述反应进行的深度。
ξ=(n I-n I0)/αI. αI对反应物小于0，对产物大于0.ξ恒为正值，具有广度性质，因次为mol.7、关键组分A选取原则： A必须是反应物，可以完全反应掉（转化率可达100%），选取重点关注的、经济价值相对高的组分。
8、转化率定义：转化了的A组分量与A组分的起始量的比值。
9、反应动力学方程:r=-r A=k c c A m c B n.适用范围：体系中只进行一个不可逆反应且a=1。
10、建立动力学方程的方法：积分法、微分法。
11、简单混合：发生在停留时间相同的物料之间的均匀化过程。
12、返混: 发生在停留时间不同的物料之间的均匀化过程。
13、按返混情况不同反应器可分为：间歇反应器BR,平推流反应器PFR，全混流反应器CSTR.14、反应持续时间t r用于间歇反应器。
15、停留时间t和平均停留时间t-用于平推流及全混流反应器。
16、空间时间η=V R/V0. V0为特征体积流率，是在反应器入口温度及入口压力下的体积流率。
17、空间速度S V =1/η.标准空速S V=V NO/V R. V NO为进口流体在标准状态下的体积流率。
18、间歇反应器特性：①反应器内有效空间中各位置的物料温度、浓度都相同②所有物料在反应器中停留时间相同，无返混现象③出料组成与反应器内物料的最终组成相同④为间歇操作，有辅助生产时间。
第一章化学反应工程
转化率、收率和选择率的关系
已转化的关键组分的量 mol） （ xA 进入反应系统的关键组 分的量（mol）
可见，三者之间有关系式：
Y=xAS
2-8 空速和空时
1.空间速度 空间速度简称空速，其定义是单位反应器体积所能 处理的反应混合物的体积流量。 反应混合物体积流量 空速＝—————————————— 反应体积 反应混合物的性质，状态以及反应体积的表示方式 有所不同，所计算的空速以及单位也各不相同，应 加以具体说明，一般有以下几种表示方式。
2-5 自催化反应
普通催化反应——催化剂的量在反应前后保持恒定 自催化反应——生成的产物本身是反应的催化剂，
随反应进行和催化剂量的增加，反
应速率加快
2-6 反应速率与温度的关系
m n 1. 不可逆反应 r kCA CB
a.对于基元反应，有Arrhenius式： k k 0T m exp( E )
b. 对于非基元反应，可从基元反应速率方程推导表观速率常 数随温度的变化关系。
2.可逆反应
可逆反应随温度变化关系与不可逆反应随温
度的变化关系呈不同特点。因温度对正、逆 反应的影响程度因各自活化能的差别而表现 出较大差异。
a.吸热反应：其反应速率与不可逆反应类似， 随温度升高而增大。
b.放热反应：反应速率随温度的变化关系存 在一极值（最佳反应温度）。
反应速率：a.实验测得；b.通过基元反应推得。
2. 基元反应
定义：反应过程不能再分割的单一反应或反应路 径称为基元反应。 特征：基元反应的速率与参加反应的各组分浓度 的乘积成正比。
2-4 用定态近似法推导反应速率方程式
假设： 1）活性中间体的净反应速率极小，可近似取为0：
化学反应工程
2 3 10
化学反应工程(Chemical
Reaction Engineering)
西南科技大学
§2-3 复合反应
二、平行反应
1)速率方程积分式 为简化讨论，假定主、副反应均为一级不可逆反应，
其微分速率方程分别为：
化学反应工程(Chemical
Reaction Engineering)
§2-3 复合反应
二、平行反应
根据选择性的定义可得：
aP aA,2 k1 SP aS aA,1 k2
2 3 26
将式(2-3-17)分别代入式(2-3-20)和(2-3-23)中可得：
CP CPO
a p k1 1 exp k1 k2 t C AO a k k A,1 1 2
2 3 1
西南科技大学
Reaction Engineering)
§2-3 复合反应
一、基本概念及术语
２）如果几个反应是依次发生的，这样的复合反应称为
串联反应，如下式所示： A B P R S
2 3 2
３）此外，还有由平行和串联反应组合在一起的复合反 应，如下两式所示：
摩尔数与反应掉的着眼反应组份Ａ的摩尔数之比值。
P
4. 得率
np npo nAO nA
2 3 5
得率，以符号Xp记之，它表示生成的目标产物P的摩尔 数与着眼反应物姓的起始摩尔数之比，即：
X P n p n po / nAO
化学反应工程(Chemical
2 3 6
rA.1 k1CA 主
化学反应工程 第二章 均相反应动力学基础
或者，
nK nK 0 (1 xK )
反应转化率和反应程度
以转化率表示的反应速率
rA
1 V
dnA dt
1 V
d[nA0(1 dt
xA )]
nA0 V
dxA dt
反应转化率和反应程度
反应程度
反应各组分在反应前后摩尔数的变化与其计 量系数的比值，即：
ni ni 0 i
不论对哪一组分，反应程度ξ均相同。
Example, THE ROCKET ENGINE
A rocket engine burns a stoichiometric mixture of fuel (liquid hydrogen) in oxidant (liquid oxygen). The combustion chamber is cylindrical, 75cm long and 60cm in diameter, and the combustion process produces 108kg/s of exhaust gases. If combustion is complete, find the rate of reaction of hydrogen and of oxygen.
for the volume of the person in
question
V person
75kg 1000kg / m3
0.075m 3
Next, noting that each mole of glucose
consumed uses 6moles of oxygen and
release 2816kJ of energy, we see that
the reaction equation
化学反应工程的基础原理和应用
化学反应工程的基础原理和应用化学反应工程是研究化学反应的全过程，设计和开发实际化学反应装置以及控制化学反应过程的工程学科。
它是现代化学工业生产中的一个重要部分，应用广泛，可以制造各种产品，如化学品、制药品、塑料、聚合物、石油化工产品等等。
化学反应工程的基础原理和应用是工程学科中非常重要的一部分。
化学反应的基本原理化学反应是一种物质中原子、离子或分子的再组合过程。
两种或以上物质因发生转化而形成一种或多种新的物质的过程，称之为化学反应。
化学反应会产生一些新的化学物质，这些新物质的化学性质不同于原来的物质，而这种转化的过程，对于化学反应的研究及工业应用具有重大的意义。
化学反应的应用化学反应的应用非常广泛，在人类的日常生活中随处可见。
常见的有以下几个方面：1. 化学工业：可以制造各种化学品，如硫酸、氨水、氢氧化钠等等。
2. 制药工业：可以制造各种药品，如抗菌药、麻醉药等等。
3. 石油化工工业：可以制造各种石油化工产品，如石油、天然气、汽油等等。
4. 聚合物工业：可以制造各种聚合物，如塑料、橡胶、纤维等等。
化学反应工程的基本原理化学反应工程的目的是通过对化学反应的研究和了解，开发出合理的生产工艺和设备，来生产所需的各种产品。
因此，化学反应工程需要掌握一些基本原理：1. 反应动力学：研究化学反应的速率和反应机理，掌握化学反应的规律和机理。
2. 热力学：研究化学反应伴随的能量变化，掌握化学反应的热力学规律。
3. 流体力学：研究流体的流动规律，掌握化学反应的流动规律。
4. 物质传递：研究物质的传递规律，掌握化学反应的物质传递规律。
化学反应工程的应用化学反应工程的应用非常广泛，其中几个重要的应用如下：1. 催化剂的研究和开发：催化剂是化学反应中的重要因素，是可以提高化学反应速率和降低反应温度的重要工具。
催化剂的研究和开发，可以提高化学反应的效率和经济性。
2. 设计和开发化学反应装置：根据化学反应的要求和工艺条件，设计、开发和生产适用于不同化学反应的反应装置，是化学反应工程的重点之一。
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。
化学反应工程知识点
化学反应工程知识点化学反应工程知识点—郭锴主编1、化学反应工程学不仅研究化学反应速率与反应条件之间的关系，即化学反应动力学，而且着重研究传递过程对宏观化学反应速率的影响，研究不同类型反应器的特点及其与化学反应结果之间的关系。
2、任何化工生产，从原料到产品都可以概括为原料的预处理、化学反应过程和产物的后处理这三个部分，而化学反应过程是整个化工生产的核心。
3.化学反应工程的基本研究方法是数学模型法。
数学模型法是对复杂的、难以用数学全面描述的客观实体，人为地做某些假定，设想出一个简化模型，并通过对简化模型的数学求解，达到利用简单数学方程描述复杂物理过程的目的。
模型必须具有等效性，而且要与被描述的实体的那一方面的特性相似；模型必须进行合理简化，简化模型既要反映客观实体，又有便于数学求解和使用。
4.反应器按型式来分类可以分为管式反应器、槽式反应器（釜式反应器）和塔式反应器。
5反应器按传热条件分类，分为等温反应器、绝热反应器和非等温非绝热反应器。
第一章均相单一反应动力学和理想反应器1、目前普遍使用关键组分A 的转化率来描述一个化学反应进行的程度，其定义为：00A A A A A A n n n x -==组分的起始量组分量转化了的 2、化学反应速率定义（严格定义）为单位反应体系内反应程度随时间的变化率。
其数学表达式为dtd V r ξ1=。
3、对于反应D C B A 432+=+，反应物A 的消耗速率表达式为dt dn V r A A 1-=-；反应产物C 的生成速率表达式为：dtdn V r C C 1= 4.反应动力学方程：定量描述反应速率与影响反应速率之间的关系式称为反应动力学方程。
大量的实验表明，均相反应的速率是反应物系的组成、温度和压力的函数。
5.阿累尼乌斯关系式为RT E C C e k k -=0，其中活化能反应了反应速率对温度变化的敏感程度。
6、半衰期：是指转化率从0变为50%所需时间为该反应的半衰期。
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第一章11. 化学反应工程是一门研究 (化学反应个工程问题)的科学。
22. 所谓数学模型是指 (用数学方法表达各变量间的关系)。
33. 化学反应器的数学模型包括（动力学方程式、物料横算式子、4热量衡算式、动量衡算式和参数计算式）54. 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）。
65. 模型参数随空间而变化的数学模型称为（分布参数模型）。
76. 模型参数随时间而变化的数学模型称为（非定态模型）。
87. 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9量)。
10第二章111. 均相反应是指 (在均一的液相或气相中进行的反应)。
122. 对于反应aA + bB → pP + sS，则rP =( p/a )rA。
133.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14始的物料A的量)。
154. 产物P的收率ΦP 与得率ХP和转化率xA间的关系为( Xp/Xa )。
16175. 化学反应速率式为rA =kCCAαCBβ，用浓度表示的速率常数为kC，假定符合18理想气体状态方程，如用压力表示的速率常数kP ，则kC=[ (RT)的a+B次方]kP。
196.对反应aA + bB → pP + sS的膨胀因子的定义式为（P+S）-(A+B))/A 。
207.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)。
218. 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。
229. 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。
2310.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)。
2411. 平行反应A → P、A → S 均为一级不可逆反应，若E1＞E2，选择性25S p 与 (A的浓度)无关，仅是 (A的浓度) 的函数。
2612. 如果平行反应A → P、A → S均为一级不可逆反应，若E1＞E2，提27高选择性SP 应(提到温度)。
2813. 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29率，应(降低)k2/k1。
3014. 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 31的物质的量)3215. 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)3316. 产物P的选择性SP 的定义式为(单位时间内产物P的物质的量/单位时34间内生成产物S的物质的量) 3517. 由A和B进行均相二级不可逆反应αA A+αBB = αSS，速率方程为：36rA =－dCA/dt=kCACb。
37求：（1）当CA0/CB0=αA/αB时的积分式38（2）当CA0/CB0=λ≠αA/αB时的积分式3918. 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%40 需12.6min ，而在340K 时达到同样的转化率仅需3.20min ，求该反应的活化能E 。
41第三章42 1. 理想反应器是指(理想混合反应器 平推流反应器)。
432. 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。
443. 全混流反应器的放热速率Q G ={ 00()A A Hr Ft y x ∆ }。
454. 全混流反应器的移热速率Q r ={ 012()pm Ft C T T - } 465. 全混流反应器的定常态操作点的判据为{ G r Q Q = }。
47 6. 全混流反应器处于热稳定的定常态操作点的判据为{ G r Q Q =48 Gr dQ dQ dT dT>}。
497. 全混流反应器的返混 （无限大）。
50 8. 平推流反应器的返混为 (为零)。
51 9. 平推流是指 (反应物料以一致的方向向前移动)。
52 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53 能达到瞬间的完全混合)。
54 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55 混)。
56 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57 无限大)。
5813. 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59反应器为 (循环反应器)。
6014. 对循环反应器，当循环比β→0时为 (平推流) 反应器，而当β→∞61时则相当于(全混釜)反应器。
6215. 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63器为宜。
6416. 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65器为宜。
6617. 对于可逆放热反应如何选择操作温度？67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68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69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70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。
717218. 对于反应，rR ＝k1CA2，E1；rS＝k2CA，E2，当E1＞E2时如何选择操作温度可73以提高产物的收率？74答：对于平行反应ARTEEARTERTESRRCekkCekekrrS12212010/20/10---===，所以，当1E＞2E75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。
767719. 在间歇釜中一级不可逆反应，液相反应A →2R，78rA ＝kCAkmol/m3·h79k=9.52×109exp[-7448.4/T] h -180 C A 0＝2.3 kmol/m 3，M R ＝60，C R 0＝0，若转化率x A ＝0.7，装置的生产能81 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82 于非生产性操作时间t 0=0.75 h ）83 解：)/(22.3230m kmol x C C A A R ==84A x A A x AA A x k x dx k kC dx C t A A-=-==⎰⎰11ln111000 85 92.0502734.7448ex p 1052.99=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-⨯=k86 )(31.17.011ln 92.01h t =-= 87 24500000=+t t M VC R R 88 )(2.226022.32406.2500003m V =⨯⨯⨯=89 90 91 929394 20. 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95 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96 k=0.92h -1，原料液的进料速度v 0＝10m 3/h ，要求最终转化率x A ＝0.9，97 试求V 1、V 2和总容积V 。
98 解：对于一级不可逆反应应有9921010111)1(1)1(1)1(A A A A A A A x kC x kC x x r -=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-∂∂=∂-∂100代入⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡----=∂-∂+-i A i A i A iA iA iA r r x x x r ,1,1,,,,111)1(101得 ⎥⎦⎤⎢⎣⎡----=-)1(1)1(11)1(1102001210A A A A A A A A x kC x kC x x x kC102整理得 022121=+-A A A x x x103 ∵9.02=A x ， ∴6838.01=A x104∴)(35.2)6838.01(92.06838.0)1(111h x k x A A =-=-=τ105 )(5.233101m v V ==τ106 )(35.2)9.01(92.06838.09.0)1(2122h x k x x A A A =--=--=τ107)(5.233202m v V ==τ108 总容积)(47321m V V V =+=109110 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111 作温度下k ＝0.92m 3/（kmol.h ），C A 0＝2.30kmol/m 3，v 0＝10m 3/h ，要求112 出口x A =0.9，计算该操作最优容积比V 1/V 2和总容积V 。
113解：31202120111)1(2])1(1[)1(A A A A A A A x kC x kC x x r -=-∂∂=∂-∂ 114代入]11[1)1(1,2,0,1,1,1,A A A A A A r r x x x r ----=∂-∂115])1(1)1(1[1)1(221,2021,201,31,20A A A A A A A x kC x kC x x kC ---=-116741.0099.001.33112131==-+-A A A A x x x x117∴ h x kC x x A A A A 22.5)741.01(3.292.1741.0)1(2210011=-⨯⨯=--=τ 118 h x kC x x A A A A 51.7)9.01(3.292.0741.09.0)1(2220122=-⨯⨯-=--=τ119695.051.722.52121===ττV V120 总容积021v V V V ⨯=+=τ121∴33.127)22.551.7(10m V =+⨯=122123 22.在平推流反应器中进行等温一级反应，出口转化率可达0.85。
现将反应转124 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125 将为多少？126解 ： 00110000102121111ln()(1)1(1)11ln()(1)10.850.655xA xA AA A A A A A A A A A A A A A A A A dx dx V C C v KC KC x K x C C x KC K x x K x K x x x ττττ====---==-==--==⎰⎰127128 23. 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129 二级反应A → B,r A =0.01C A 2mol/(l.s)，当C A0为1mol/l 时，求反应至C A ＝130 0.01mol/l 所需时间。
131解：00.0102010.01111()99000.010.011AA A x C A AA A C A AA dx dC dC C r r C s τ==-=---=-=⎰⎰⎰13224. 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/133 （mol.s ），求：134 1） 平均停留时间为1s 时该反应器的x A ；1352） 若v 0＝1l/s ，x A ＝0.56，求反应器的体积。