化学反应工程第一章,第二章

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化学反应工程1_7章部分答案

第一章绪论习题1.1 解题思路:（1）可直接由式（1.7）求得其反应的选择性（2）设进入反应器的原料量为100 ，并利用进入原料气比例，求出反应器的进料组成(甲醇、空气、水)，如下表：组分摩尔分率摩尔数根据式（1.3）和式（1.5）可得反应器出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数、和。

并根据反应的化学计量式求出水、氧及氮的摩尔数，即可计算出反应器出口气体的组成。

习题答案:(1) 反应选择性(2) 反应器出口气体组成：第二章反应动力学基础习题2.1 解题思路:利用反应时间与组分的浓度变化数据，先作出的关系曲线，用镜面法求得反应时间下的切线，即为水解速率，切线的斜率α。

再由求得水解速率。

习题答案:水解速率习题2.3 解题思路利用式（2.10）及式（2.27）可求得问题的解。

注意题中所给比表面的单位应换算成。

利用下列各式即可求得反应速率常数值。

习题答案:(1)反应体积为基准(2)反应相界面积为基准(3)分压表示物系组成(4)摩尔浓度表示物系组成习题2.9 解题思路:是个平行反应，反应物A的消耗速率为两反应速率之和，即利用式（2.6）积分就可求出反应时间。

习题答案:反应时间习题2.11 解题思路:（1）恒容过程，将反应式简化为：用下式描述其反应速率方程：设为理想气体，首先求出反应物A的初始浓度，然后再计算反应物A的消耗速率亚硝酸乙酯的分解速率即是反应物A的消耗速率，利用化学计量式即可求得乙醇的生成速率。

（2）恒压过程，由于反应前后摩尔数有变化，是个变容过程，由式（2.49）可求得总摩尔数的变化。

这里反应物是纯A，故有：由式（2.52）可求得反应物A的瞬时浓度，进一步可求得反应物的消耗速率由化学计量关系求出乙醇的生成速率。

习题答案:（1）亚硝酸乙酯的分解速率乙醇的生成速率（2）乙醇的生成速率第三章釜式反应器习题3.1 解题思路:(1)首先要确定1级反应的速率方程式，然后利用式（3.8）即可求得反应时间。

(2)理解间歇反应器的反应时间取决于反应状态，即反应物初始浓度、反应温度和转化率，与反应器的体积大小无关习题答案:(1)反应时间t=169.6min.(2)因间歇反应器的反应时间与反应器的体积无关,故反应时间仍为169.6min.习题3.5 解题思路:（1）因为B过量，与速率常数k 合并成，故速率式变为对于恒容过程，反应物A和产物C的速率式可用式（2.6）的形式表示。

化学反应工程知识点梳理

化学反应工程知识点梳理第一章化学反应工程简介化学反应工程是研究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。

第二章均相反应动力学反应进度：转化率：膨胀因子：不可逆反应A(-)-()()AAdnrVdt==（由于反应而消耗的的摩尔数）单位反应区域单位时间RSBARSBAαααα+=+1()AAdnrV dt-=-dtdnVr SS1=PPPRRRBBBAAAnnnnnnnnααααξ0-=-=-=-=K KKKn nxn-==某反应物的转化量该反应物的起始量KiKKiixnnxαα=0000KK K K Kn n n nn n n xδ--==-00()KK Kn nn y xδ-=KKKKiKKiiKKKiii xyxyyyxyxyy1)1(1)1(δααδ+-=+-=000(1)(1)(1)(1)A AA AA AA A A A A An xn xC CV V y x y xδδ--===++()A A Br kC Cαβ-=()C Pk RT kαβ+=ERTk k e-=RTEkk-=lnlnSBASBAααα→+bBaAAACkCdtdCr=-=-)(⎰=0AACC bBaAACCdCkt均相催化反应 CC 为催化剂浓度自催化反应A + C → 2C + R …串联反应总收率瞬时收率得率yield总选择性目的产物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：平行反应串联反应()()AA C A dC r kC C dt-=-=CA A A C kCdt dCr =-=-)(A + B P R+S 00PP P A A n n n n -Φ=-/()/p P P A A A r dC dt dC P A r dC dt dC φ====---单位时间内生成的摩尔数单位时间内消耗的摩尔数00/)(A P P P n n n X -=000PP S S n n S n n -=-αA2A αS S （副）αA1A αP P （主）,11A A r k C -=（）,22A A r k C -=（）,1,212()()AA A A A dC r r r k k C dt-=-+-=+=（）（）A A P A A p P P C k r dt dC r 11,1,1,)(αααα-=--==AA S S S C k dt dC r 22,αα-==tk k A A eC C )(021+-=A P S （均为一级反应）k 1k 2P A P P C k C k dt dC r 21-==PSS C k dt dC r 2==第三章理想均相反应器间歇反应器(BSTR)反应时间实际操作时间(operating time)= 反应时间(t) + 辅助时间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')为装料系数(the volume charge coefficient)，通常在0.4～0.85平推流反应器PFR 空时全混流反应器(CSTR)绝热操作恒容间歇反应器的设计式为：变温平推流反应器⎰⎰--=-=A A A C C A Ax A A A r dC r dx C t 0)()(00等容过程，液相反应 VV ϕ=实际实际的反应器体积为：0V v τ==反应器的容积进料的体积流量0R V dV t v ==⎰反应器中物料反应期的容积的体积流量000()()A A A AA A C C C x V v r r τ-===--0()A A A x V F r =-005000024R R R F v C M ==⨯00000000()(1)A A A A A A x x x A AA A A A E nx x x n n A ART A A dx dx dx t C C C r kC k e C x -===--⎰⎰⎰1001()A A x A A n xA t I x dx k C -=⎰20()()4A A A P A F dx r dV r D dl π=-=-20()4A A A dx D r dl F π-=00000()A x A A A A A dx V V F r v C C τ===-⎰化学反应工程研究的目的是实现工业化学反应过程的优化全混流平推流多级CSTR 串联的优化对于一级不可逆反应应有PFR：同间歇釜ＣＳＴＲ：全混流反应器的热衡算方程第四章非理想流动停留时间分布()⎰-==A x AAA B A B r dx C t F V 000BR ： ()⎰-==Ax A AA P A P r dxCF V 000τPF R: ()000m m A A A A V x F C r τ-==-CST R: 112100010200...(1)(1)(1)Am Am A A A R A A A A A A Am x x x x x V v C kC x kC x kC x -⎛⎫---=+++ ⎪---⎝⎭0121110(1,2,.....1)(1)1Ai RAi Ai Ai v x V i m x k x x -+⎡⎤-∂=-==-⎢⎥∂--⎣⎦11111Ai Ai Ai Ai Ai Ai x xx x x x -++--=--221max 1max 02()k k k P P A C k X C k -==max max 1202211[(/)1]P P A C X C k k ==+1212ln(/)opt k k k k τ=-121opt k k τ=)()1())((0000Pm P P r A c v UAT T c v UA T c v H r V ρρρ+-+=∆--)()1(000P m P r c v UAT T c v UAT Q ρρ+-+= (){}E t P t residence time t t ∆=<<+停留时间分布函数 (){}=<F t P residence time t方差PFRCSTR最大层流流动轴向扩散模型 0()()d t F t E t t=⎰22222()()()()()()t t t E t dtt t E t dt t E t dt tE t dtσ∞∞∞∞-==-=-⎰⎰⎰⎰0 t t () t t 0 t t E t <⎧⎪=∞=⎨⎪>⎩2220()()()0t t t E t dt t t σ∞=-=-=⎰0 t t () 1 t tF t <⎧=⎨≥⎩()11()t tt tF t e E t et---=-=222 1.0ttθσσ==22()()[2()]r r F t R R =-222/222()2()(1)212()(1)Z t uL E z z Pe tE Ee uL uL e Pe Peθσσ--==--=--。

化学反应工程复习题

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8.结合下图说明可逆放热反应最优温度序列的实施。
9、画出多段绝热反应器段间用原料冷激气和惰性气体冷凝时的最佳温度序列的实施情况。 10. 比较物理吸附和化学吸附的不同。 11. 简述全混流反应器的特点 12.可逆反应最优温度条件的实施有哪些方法?画图说明。四、计算题 1．等温下在间歇反应器中进行一级不可逆液相分解反应 A → B ＋Ｃ ,在 5 分钟内有 50% 的 A 分解,要达到分解率 7５%问需多少时间? 2．在温度 555Ｋ、压力 0.２9４MPa 条件下在平推流反应器中进行反应,其动力学方程为 rA kCA ,已知 k＝０.27s-1 ,进料中含 A30%（摩尔分数)其余为惰性物料，Ａ的加料流率为６.3moｌ/s ,ｙA0=0．5 ，为使反应器出口转化率达 95% ，求反应器的体积。 3．一级不可逆反应 A → R ,在８5℃时 k=3.45ｈ-1 ，在一容积为 10m3 的连续釜式反应器
kmoｌ/L·mｉｎ,已知：2０℃时
k＝1.9７ L/kmoｌ.min , CA０＝0．0０4ｋmol/L ,加料速度为 V0＝1７1L/ｈ，转化率为０.8，
求:
①在平推流反应器中完成该反应所需的体积。
②在全混流反应器中完成该反应所需的体积。
10、有一液相二级不可逆反应，反应速率方程为: r A
６.循环比 R 表示循环物料的流量与
流量之比。
7.多级全混流模型的模型参数为
,其值可由实验确定。
8.对可逆放热反应，随温度升高,反应速率常数
;平衡常数
。
9.在若干个过程串连组成的系统中，若其中某一步的速率与其他各步相比慢了许多，则该步
骤就是整个过程的_____＿_＿＿步骤。
1０.气固相催化反应中消除外扩散影响常用的措施是

化学反应工程-第1章

1.3 化工放大
第一章绪
论
放大效应：由试验室小型生产到放大生产,出现了导致反应器结构和操作条件发生变化的现象。温度、浓度、时间分布是工业反应器不同于实验室反应器的特征所在。放大是指部分依据小型装置的试验和示范对较大装置进行设计和制定操作方法并使其成功开车和运转的过程。从实验室试验到成功的工业规模设计的过程就是放大过程。放大方法：逐级经验放大法实型规模试验法数学模拟放大法
公用工程
原材料
化学反应、分离以及物料、能量的输送和转换
半成品或成品
副产品及三废
可见，化工生产过程往往由许多步骤组成，并力求最经济地生产产品，减少废弃物量。其中的化学加工步骤就是化学反应工程的研究对象。实现化学加工步骤的设备称为反应器。
1.1 化学反应工程学的范畴和任务
第一章绪
论
• 能否选择恰当的化学加工方式、采用合适的反应器型式，往往是一个化工生产过程的关键。 • 通过化学反应工程的学习，可解决：如何分析化学加工过程及反应器状况，制定最优化条件。如何选择和设计反应器，以完成所需的化学加工过程。
按参数空间分布程度：集中参数模型和分布参数模
型。按参数与时间关系：定态模型和非定态模型。按参数性质：确定模型和随机模型。按建立模型的方法：机理模型和经验模型。
按参数连续性：连续体模型和细胞室模型。
按数学关系：线性模型和非线性模型。
2.数学模型法的建立步骤
• 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。不失真、满足应用要求、适应现有的实验条件和适应现有的计算能力。 • 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

化学反应工程的分类

第一章均相绪反应论动力学
Chemical Reaction Engineering
第
§1-2 化学反应工程的分类
一一、按反应系统涉及的相态分类章
1．均相反应，包括气相均相反应和液相均相反应。
均
相绪反
2．非均相反应，包括气—固相，气—液相，气— 液—固相反应等。
应论
动力
例如： so2 o2 钒 so3 为一气固催化反应
学二、按反应器形式来分类
Chemical Reaction Engineering
第一章均相绪反应论动力学
Chemical Reaction Engineering
第一章均相绪反应论动力学
Chemical Reaction Engineering
第一
三、按反应器操作方式分类
章 1．间歇操作，是指一批物料投入反应器后，经过一定时间的反应
均相绪
再取出的操作方法（一次性投料，卸料。反应物系参数如浓度或组成等随时间变化）。
反 2．连续操作，指反应物料连续地通过反应器的操作方式（原料不
应论
断加入,产物不断引出,反应器内物系参数均不随时间变化）。
动 3．半连续操作，指反应器中的物料，有一些是分批地加入或取出，
力 3．非等温、非绝热反应
学
器，与外界有热量交换，但不等温。
Chemical Reaction Engineering
第一章均相绪反应论动力学
Chemical Reaction Engineering
第一章均相绪反应论动力学
Chemical Reaction Engineering

化学反应工程_百度文库

第一章气－固相催化反应本征动力学概论化工生产中大多数反应是过程，气-固相催化反应是重要反应之一。

本章讨论：1，2，连续过程中化学反应速率的有关问题；气-固相催化反应的化学动力学，即本征动力学。

第一节化学计量学1-1化学计量式化学计量学是研究化学反应系统中反应物和产物组成相互关系变化的数学表达式。

化学计量式是化学计量的基础。

化学计量式表示参加反应的各组分的娄量关系，等式左边的组分为反应物，等式右边的组分为产物，化学计量式的通式为：或或一般将反应物的化学计量取负值，产物的化学计量取正值。

如果反应系统中有m 个反应，则第j个反应的化学计量式的通式为或也可用矩阵表示为......1-2 反应程度、转化率及化学膨胀因子一．反应程度对于间歇反应中的单反应进行物料衡算按化学计量关系有R上式中的ξ称为化学反应程度。

注意上述表达式中各项的正负号。

（1-7）式也可表达为：为i组分已反应的量，所以，知道反应程度即可计算出所有反应物及产物已经反应（或生成）的量。

二、转化率反应物A的反应量与其初如量之比称为A的转化率:nA0nA0nA0工业反应过程中的原料中各组分之间往往不符合化学计量关系，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。

三、化学膨胀因子在恒温恒压的连续系统中发生反应对于液相反应，反应前后物料的体积流量变化不大，一般作为恒容过程。

对于气相反应，反应前后物料的体积流量变化较大。

定义每转化1mol的A时反应混合物增加或减少的量为化学膨胀因子，即：则有：由此，组分A的瞬时浓度可表示为：对于连续，则式中，大写字母表示摩尔流量，小写字母表示物质的量。

例1－1 计算下列反应的化学膨胀因子1. A+B→P+S2. A→P+S3. A+3B→2P解：1. δA=[(1+1)－(1+1)] / 1=02. δA=[(1+1)－1)] / 1=13. δA=[2－(1+3)] / 1=－21-4 多重反应的收率及选择率1，单一反应和多重反应单（一）反应：一组物定的反应物反应生成一组特定的产物。

化学反应工程第四版教学设计

化学反应工程第四版教学设计写在前面化学反应工程是化学工程领域的一门基础课程，主要涉及到化学反应的基本原理、动力学、热力学、平衡等方面的知识，并通过实例和案例介绍化工生产中的反应器设计、反应机理研究以及相关工业过程的优化设计等内容，是化工专业大学生必须要掌握的一种课程。

针对该课程，我们进行了第四版的教学设计，在教学方法、实践环节等方面进行了更加科学、可操作性更强的设计和优化，以期能够帮助学生更好地掌握和应用化学反应工程知识。

教学大纲第一章化学反应基本原理•化学反应动力学学习•化学反应的热力学基础•化学平衡原理的基本概念和应用第二章反应器设计•单相反应器的设计•多相反应器的设计•反应机理的研究方法第三章工业反应工程实例•生产乙酸工艺流程介绍•生产苯乙烯工艺流程介绍•硝化甘油工艺流程介绍教学方法理论教学理论教学主要采用模块化授课法和案例教学法相结合的方式进行。

教师按照章节内容安排课程内容，可将部分理论知识应用到实际工业生产过程中进行案例分析。

如生产乙酸中所使用的醋酸加氧脱氢反应、硝化甘油的氧化反应等。

实验教学实验教学主要采用小组合作的方式进行。

以单相反应器的设计实验为例，学生将被分成四人小组，在实验室同一时间完成反应器的设计与搭建实验，通过实验的方式让学生更好地掌握反应器设计的基本原理和操作技巧。

课外实践针对本课程，我们还将开展相关课外实践活动，包括拜访企业、参加工业实践项目等方式，通过实践方式让学生在实际生产环境中体验学习到的知识。

例如参观乙酸生产厂家进行实地考察、参与部分工业过程实践项目等。

评价方式评价方式采用多维度评价方式进行，分为理论考试、实验报告评价、实验操作表现评价等多个方面进行考核，以期全面评价学生的学习情况。

结语化学反应工程第四版的教学设计旨在通过科学、实用的教学方法以及相关的课外实践，让学生更好地掌握化学反应工程的知识和技能，并更好地应用到相关的工业生产环境中，为相关领域的发展做出贡献。

化学反应工程第二版课后答案

第一章习题1化学反应式与化学计量方程有何异同?化学反应式中计量系数与化学计量方程中的计量系数有何关系?答：化学反应式中计量系数恒为正值，化学计量方程中反应物的计量系数与化学反应式中数值相同，符号相反，对于产物二者相同。

2 何谓基元反应?基元反应的动力学方程中活化能与反应级数的含义是什么?何谓非基元反应?非基元反应的动力学方程中活化能与反应级数含义是什么?答：如果反应物严格按照化学反应式一步直接转化生成产物，该反应是基元反应。

基元反应符合质量作用定律。

基元反应的活化能指1摩尔活化分子的平均能量比普通分子的平均能量的高出值。

基元反应的反应级数是该反应的反应分子数。

一切不符合质量作用定律的反应都是非基元反应。

非基元反应的活化能没有明确的物理意义，仅决定了反应速率对温度的敏感程度。

非基元反应的反应级数是经验数值，决定了反应速率对反应物浓度的敏感程度。

3若将反应速率写成tc rd d AA -=-，有什么条件? 答：化学反应的进行不引起物系体积的变化，即恒容。

4 为什么均相液相反应过程的动力学方程实验测定采用间歇反应器?答：在间歇反应器中可以直接得到反应时间和反应程度的关系，而这种关系仅是动力学方程的直接积分，与反应器大小和投料量无关。

5 现有如下基元反应过程，请写出各组分生成速率与浓度之间关系。

(1)A+2B ↔C A+C ↔ D (2)A+2B ↔C B+C ↔D C+D →E(3)2A+2B ↔CA+C ↔D 解(1)D4C A 3D D 4C A 3C 22BA 1C C22B A 1B D 4C A 3C 22B A 1A 22c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-=(2)E6D C 5D 4C B 3D E 6D C 5D 4C B 3C 22BA 1C D4C B 3C 22B A 1B C22B A 1A 22c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r +--=+-+--=+-+-=+-=(3)D4C A 3D D 4C A 3C 22B2A 1C C22B 2A 1B D 4C A 3C 22B 2A 1A 2222c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-=6 气相基元反应A+2B →2P 在30℃和常压下的反应速率常数k c =2.65×104m 6kmol -2s -1。

第一二章化学反应工程基础

结构型式
适用的相态
应用举例
反应釜（包括液相、气-液相、液-液苯的硝化、氯乙烯聚合、高压聚乙烯、
多釜串联）
相、液-固相
顺丁橡胶聚合等
管式鼓泡塔
气相、液相
石油裂解、甲基丁炔醇合成、高压聚乙烯等
气-液相、气-液-固（催硫酸的生产、苯的烷基化、二甲苯氧化、
化剂）相
乙烯基乙炔合成等
固定床
气-固（催化或非催化）二氧化硫氧化、氨合成、乙炔法制氯乙
• 由于反应过程中反应物料的浓度随时间不断变化，所以间歇反应是不稳定过程。这类反应器通常是使用釜式反应器。
• 间歇反应器能用一釜进行多品种的生产，操作灵活性与弹性大，投资小，适用于小规模多品种的生产过程。
• 但间歇反应器操作需要较多的辅助时间(投、出料，清洗、升温等)，所以设备的利用率低，产品质量不易均匀，特别在聚合物生产时会使聚合产物的聚合度及其分布发生变化，影响产品的性能。
第二章化学反应工程基础
第一节化学反应和反应器分类
第一节化学反应和反应器分类
一、化学反应的分类二、反应器的分类三、连续反应器内流体流动的两种理想型态
一、化学反应的分类
• 按化学反应的特性分类 • 按反应物料的相态分类 • 按反应过程进行的条件分类
（1）按化学反应的特性分类
反应机理
简单反应、复杂反应
3. 一级可逆反应
三复合反应动力学方程式
• 复合反应是有几个反应同时进行，要用几个动力学方程式来描述。
• 常见的复合反应有平行反应、连串反应、平行连串反应。
1. 平行反应
2. 连串反应
由上图可以看出，A的浓度呈指数下降，S的浓度随反应时间呈连续上升形状，而R的浓度随时间上升到一个最大值后再下降。将式2-32对t微分，就可以求出tmax

化学反应工程第一章

4 反应器的类型
釜式反应器
管式反应器
固定床反应器
流化床反应器
Agitating tank reactor
气液相反应器
Plug flow reactor
Packed bed reactor
Packed bed reactor
Packed bed reactor
Fluidized bed reactor
反应前后物料组成
组分反应前 % 反应后 % 组分反应前 % 反应后 %
正丁烷
正丁烯丁二烯异丁烷异丁烯
0.63
7.05 0.06 0.50 0.13
0.61
1.70 4.45 0.48 0
氧气
氮气水蒸气
7.17
27.0 57.44 -
0.64
26.10 62.07 1.20 1.80
CO2
ISCRE 1
ISCRE 2 ISCRE 3 ISCRE 4 ISCRE 5
Washington
Amsterdam Evanston Heidelberg Houston
USA
Netherlands USA Germany USA
1970
1972 1974 1976 1978
ACS/AIChE
EFChE ACS/AIChE EFChE ACS/AIChE
各因素（T, P, c）的变化规律最佳工况
化学反应速率：r=f(T,P,C…)
1.2.2 反应工程的研究方法
科学研究的两种主要方法： 1.经验归纳法
2.数学模型法(演绎法)
林语堂在“论东西思想法之不同”:总而
言之，中国重实践，西方重推理。中国重近
情，西人重逻辑。中国哲学重立身安命，西人重客观的了解与剖析。西人重分析，中国重直感。西洋人重求知，求客观的真理。中国人重求道，求可行之道。这些都是基于思

化学反应工程教案(1-3章)

第一章绪论1.1 化学反应工程学的范畴和任务1.1.1化学反应工程发展简述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。

1.1.2 化学反应工程的范畴和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。

一、研究的范畴1.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。

2.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。

3.催化剂4.设备型式、操作方法和流程有小试到扩是出现放大效应，因此工业装置的反映条件必须结合工程上的考虑才能合理的确定。

反应器型式：管式、釜式、塔式、固定床或流化床等。

操作方式：分批式、连续式或半连续式。

反应器的型式与特性表型式适用反应优缺点搅拌槽液相、液—液、液—固相适用性大，操作弹性大，温度、浓度易控制，产品质量均一管式气相、液相返混小，反应器容积小，比传热面大空塔或搅拌塔液相、液—液相结构简单，返混程度与高/径比及搅拌有关，轴向温差大鼓泡塔或挡板鼓泡塔气—液相，气—液—固相气相返混小，液相返混大，温度较易调节，气体压降大，流速有限制填料塔液相、气—液相结构简单，返混小，压降小，有温差，填料装卸麻烦板式塔气—液相逆流接触，气液返混均小，流速有限制，如需传热，常另加传热面喷雾塔气—液相快速反应结构简单，液体表面积大，停留时间受塔高限制，气流速度有限制固定床气—固相返混小，催化剂用量少，不易磨损，装卸麻烦，传热控温不易流化床气—固相，特别是催化剂失活很快的反应传热好，温度均匀，易控制，催化剂有效系数大，磨损大，返混大，对转化率不利，操作条件限制大移动床同上固体返混小，固气比可变性大，床内温差大，调节困难滴流床气—液—固相催化剂带出少，分离易，气液分不要均匀，温度调节困难蓄热床气相，以固相为热载体结构简单，调节范围较广，切换频繁，温度波动大，收率低喷嘴式气相，高速反应的液相传热、传质速度快，流体混合好，反应物急冷易分批式（或间歇）操作：是指一批反应物料投入反应器内后，让它经过一定的反应，然后再取出的操作方法。

化学反应工程-第一章_绪论解析

11
发展简史

第二阶段：近代化学工业从十八世纪末开始，以硫酸，硝酸，纯碱的工业规模的生产过程为开端，至20世纪初，出现了载入化工发展史册的合成氨的工业生产。

20世纪初，英国的Davis,美
Walker,Lewis等提出了“化学工程”的概念，发展成为以“单元操作” （unit operations）为基本研究内容的化学工程学。 Fritz Haber (1868 - 1934)
12
发展简史
第三阶段：现代化学工业（二战前后），在原料路线，技术和设备方面都有巨大的变化和进步，在以石油和天然气为主要原料的化学工业中，各种催化反应被广泛应用，这就要求在反应技术和反应器设计方面作出重大努力。从动量传递、热量传递质量传递的角度深入研究化工生产的物理变化过程，以及从“化学反应工程”的角度来研究化工生产的化学过程。从而使化学工程学科上升为
环保工业、建材、印染、生物技术、医药、食品、造纸等工业部门。

PI的特点：原料产品、加工过程、增加产量
10
发展简史
第一阶段：古代的化学生产（17世纪以前）古代化学具有实用和经验的特点，尚未形成理论体系、是化学的萌芽时期；尚未形成有规模的化学加工实践。实用化学炼丹和炼金
冶金化学
医药化学生产硫酸
新的分支
集总方法聚合反应工程电化学反应工程生化反应工程冶金化学反应工程
17
化学反应工程的研究内容
以工业规模进行的化学反应的规律。化学动力学——研究浓度和温度对反应速度的影响的科学。（1）影响反应速度的各种因素以及如
何获得最优的反应结果等问题。
（2）化学反应的速度和平衡的规律。
大庆炼化
学反应过程的开发和反应器的可靠设计提出迫切要求；

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(第二版)第1章

反应程度（反应进度）
• 引入“反应程度”来描述反应进行的深度。 • 对于任一化学反应 aA bB rR sS 0

nI nI0
• 定义反应程度 • 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17 时刻组分I的摩尔数。
I
• 因此，该量ξ可以作为化学反应进行程度的度量。 • ξ恒为正值，具有广度性质，因次为[mol]。 • 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
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转化率
• 目前普遍使用关键(着眼)组分A的转化率来描述一个化学反应进行的程度。 • 定义
xA 转化了的A组分量 A组分的起始量 nA0 nA nA0
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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。
的独立变量数也就是
i= 1
反应体系的关键组分数。因为每个独立反应均可选定一个关键组分，所以关键组分数和独立反应数相等，均为n- R b 。
14
CO2 H2O H2 CH4 CO N2
H C O N
H2 CO2 H2O N2 CH4
CO
15
ˊ ˊ
H2 CO2 H2O N2 CH4 CO
N
O
16
H C
骣 4 ç ç ç 0 ç ç ç ç 0 ç ç ç 0 ç ç ç ç 0 ç ç ç ç 0 桫 - 5 2 5 - 1 1 - 2 4 - 4 - 10 - 2 - 2 0 6 0 0 0 0 0 0 2 5 0 1 - 1 0÷ ÷ ÷ 0÷ ÷ ÷ ÷ 0÷ ÷ ÷ ÷ 2÷ ÷ ÷ ÷ 0÷ ÷ ÷ ÷ 2÷

化学反应工程1-2章习题答案

化学反应工程1-2章答案（华东理工大学张濂版课后习题）第一章1-1 乙苯循环量：46kg/h 补充的新鲜乙苯：100-46=54 kg/h单程转化率=（100-46）/100×100%=54%选择率=（48/105）/(54/107)×100%=90.6%单程摩尔收率=（48/105）/(100/107)×100%=48.9% 单程质量收率=48/100×100%=48% 总摩尔收率=（48/105）/(54/107)×100%=90.6% 总质量收率=48/54×100%=88.9%单耗（摩尔）=1/90.6%=1.104 单耗（质量）=1/88.9%=1.1241-2以100kg进口气体为基准，设甲醛转化量为xkg则：进口出口100kg 100kg甲醛：10kg 1.6kg丁炔二醇：0kg 7.65kg转化率=（10-1.6）/10×100%=84%选择率=（7.65/86）/((10-1.6)/30)×100%=31.76%单程质量收率=7.65/100×100%=7.65%总质量收率=7.65/(10-1.6)×100%=91.07%1-3得到的顺丁烯二酸酐：20.27×34.5%=6.99t质量收率：6.99/7.21×100%=96.9%摩尔收率：(6.99/98)/(7.21/78)×100%=72.7%第二章2-1 化学计量方程式不影响速率表达式，因此以反应物B和产物P表示的反应速率表达式为：(-r B)=k B C B2C p22-2k C=(-r A)/C A n k P=(-r A)/P A nn=0 (-r A)=k C=k P mol/m3﹒hn=1 k C =(-r A)/C A=( mol/m3﹒h)/(mol/L)=(103h)-1k P=(-r A)/P A=( mol/m3﹒h)/Mpa=mol/m3﹒h﹒Mpan=2 k C=(-r A)/C A2=( mol/m3﹒h)/ (mol/L)2=(106h﹒mol)-1k P=(-r A)/P A2=( mol/m3﹒h)/(Mpa)2= mol/m3﹒h﹒Mpa2 2-3 t1=8d=11520min T1=20℃=293Kt2=10min T2=120℃=393Kln(r2/r1)=ln(k2/k1)=E/R(1/T1-1/T2)ln(11520/10)=E/8.314(1/293-1/393)E=67751J/mol2-4 ln(r2/r1)=ln(k2/k1)=E/R(1/T1-1/T2)1）r2/r1=2 T1=473K E1=156.9kJ/molln2=156.9×103 /8.314(1/473-1/T2)T2=482.3K=209.3℃△T=9.3℃2)同1），ln2=104.6×103 /8.314(1/473-1/T2)T2=489K=216℃△T=16℃2-5 ln(r2/r1)=ln(k2/k1)=E/R(1/T1-1/T2)ln2=E1/8.314(1/300-1/310) E1=57616J/mol同理：ln2=E2/8.314(1/400-1/410) E2=94607J/mol ln2=E3/8.314(1/500-1/510) E3=144040J/molln2=E4/8.314(1/600-1/610) E4=208332J/mol。

《化学反应工程》第一至第六章作业答案

第一章1. Fogler 《化学反应工程》（英文版）Page 31，P1-11B.解：摩尔衡算：0Vj j j j dN F F r dV dt-+=⎰C ：the corn steep liquor ；R ：RNA ；P ：penicillin.假设细胞为全混釜反应器，C 完全反应，R 不排出反应器，P 全部排出反应器在非稳态操作条件的摩尔平衡：（质量平衡类似，将各量表示成以质量为基准就行）0C F =，0CdN dt=，00C C F r V += 00R F =，0R F =，R R dN r V dt=0P F =，0CdN dt=，0P P F r V -+=2. Fogler 《化学反应工程》（英文版）Page 33，P1-15B.解：由题目给出的条件可知，对于A B →的反应F A0=5 mol/h ，v 0=10 L/h ，C A0=0.5 mol/L对于CSTR ：摩尔衡算：0A AAF F V r -=- 动力学：（1）A r k -=（2）A A r kC -=（3）2A A r kC -=摩尔流率与浓度关系：000A A F C v =0A A A F C v C v ==浓度为变量的摩尔衡算方程：00000A A A AA AC v C v C C V v r r --==--当消耗99%的组分A 时，00.01A A C C =，代入上式可得：000000.010.99A A A A AC C C V v v r r -==--代入动力学：（1）00000.990.99A A A C C V v v r k==- 代入数据得到：V=99 L （2）000000000.990.990.9999(0.01)A A A A A A C C C v V v v v r kC k C k====- 代入数据得到：V=2750 L （3）000000022000.990.990.999900(0.01)A A A A A A A C C C v V v v v r kC k C kC ====- 代入数据得到：V=66000 L对于PFR ：摩尔衡算：AA dF r dV= 动力学：（1）A r k -=（2）A A r kC -=（3）2A A r kC -=摩尔流率与浓度关系：000A A F C v =0A A A F C v C v ==浓度为变量的摩尔衡算方程：0()A A d C v r dV= 0AAdC dV v r = 00AA C AC AdC V v r =⎰代入动力学：（1）000000000000.99()(0.01)AA A A C C A AA A A A A C C A v v v dC dC V v v C C C C C r k k k k ===-=-=-⎰⎰ 代入数据得到：V=99 L （2）00000000ln ln ln1000.01AA C A A AC A A A v C v C v dC V v kC k C k C k ====-⎰代入数据得到：V=127.9 L （3）000020001111()()0.01AA C A C AA A A A v v dC V v kC k C C k C C ==-=--⎰ 代入数据得到：V=660 L 对于BR ：摩尔衡算：AA dN r V dt= 动力学：（1）A r k -=（2）A A r kC -=（3）2A A r kC -=浓度为变量的摩尔衡算方程：AA C A A C dC dt r =⎰代入动力学：（1）000.001A A C C t k-=代入数据得到：t=9.99h （2）001ln0.001A A C t k C =代入数据得到：t=19.2h （3）00111()0.001A A t k C C =- 代入数据得到：t=666h3. Fogler 《化学反应工程》（中文版）Page 23，P1-12C.解：由题目条件可知，反应A B C →+，在恒体积、等温、完全混合的间歇釜中进行，且V=20 L ，N A0=20 mol ，C A0=N A0/V=1 mol/L （1）摩尔衡算：AA dN r V dt= 动力学：A A r kC -=物质量与浓度的关系：A A N C V =浓度为变量的摩尔衡算方程：()A A d C V r V dt= A A dC V r V dt=AA dC dt r =0AA C AC AdC t r =⎰代入动力学：001ln AA C A A C A A C dC t kC k C ==-⎰代入数据得：t=7.99 min（2）摩尔衡算：AA dN r V dt= 动力学：2A A r kC -=物质量与浓度的关系：A A N C V = 浓度为变量的摩尔衡算方程：()A A d C V r V dt= A A dC V r V dt=AA dC dt r =0AA C AC AdC t r =⎰代入动力学：020111()AA C A C AA A dC t kC k C C ==--⎰ 代入数据得：t=9.5 min（3）假设反应气体为理想气体：状态方程：PV NRT =00208.31440033256000.02N RT P Pa Pa V ⨯⨯=== 408.31440066512000.02t t N RT P Pa Pa V ⨯⨯===第二章1. 在一个恒体积的间歇反应器中进行液相等温不可逆反应：A B →若反应为二级、一级、零级均相反应，分别求出转化率由0至0.9所需时间与转化率由0.9至0.99所需时间之比。

化学反应工程基本概念

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)。

反应工程

反应工程第一章：1：反应物的化学计量系数为负值，反映产物则为正值。

2：任何反应组分和其化学计量系数之比为反映进度ξ（永远为正值）。

3：转化率X 对应反应物，收率Y 对应反应产物。

4：选择性S ：Y=SX 。

5：化学反应器的类型：管式反应器釜式反应器塔式反应器固定床反应器流化床反应器移动床反应器滴流床反应器 6：化学反应器的操作方式：间歇操作连续操作半间歇（半连续）操作 7：反应器设计的基本方程：描述浓度变化的物料衡算式（连续方程）描述温度变化的能量衡算式（能量方程）描述压力变化的动量衡算式描述器内反应速率（动力学方程）计算某些参数（参数计算式） 8：守恒定律：输入=输出+消耗+积累ξνννννν=-=-=-=---RR R B B B A A A R B A R R B B A A n n n n n n n n n n n n 000000::)(:)(:)(即：ξνi i i n n =-0普遍化：∑==-Mj jij i i n n 10ξν对多个反应：该反应物的起始量某一反应物的转化量=X 0i i n X ξν-=关键组分的起始量反应产物的生成量R A R Y νν=已转化的关键组分量关键组分量生成目的产物所消耗的＝S 关键组分的起始量关键组分量生成某一产物所消耗的或：=Y第二章：1：反应速率恒为正值 2：恒容过程：3：流动体系：4：多相反应系统反应速率表示形式：以相界面积定义反应速率：以催化剂重量定义反应速率：对于采用固体催化剂的反应：5：反应速率方程：基元反应：非基元反应：反应机理未知：幂函数形速率方程：可逆反应：6：正逆反应活化能的关系：r Rr r r RBBAA常数==-=-νννdtdc r A A -=rA A dV dF r -=dtdn V r i i ν1=dtd V r ξ1=dadF r A A-='dWdF r A A -=''Ab A V A r r a r '''ρ==BA BA A c kc r νν=7：可逆放热反应的最佳反应温度：8：复合反应的基本类型：并列反应平行反应浓度高有利于反应级数大的反应温度升高有利于活化能大的反应连串反应9：反应速率方程的变换与积分、第三章：1：釜式反应器特征：反应器内各处温度和浓度均一且与出口一致2：物料衡算式：1：连续釜式反应器：2：间歇釜式反应器：3：等温间歇釜式反应器的计算（单一反应）：1：反应时间：2：反应体积：3：反应器体积：4：等温间歇釜式反应器的计算（复合反应）：1：平行反应：解：2：连串反应：以目的产物P 的收率最大为优化目标可得最佳反应时间：5：连续釜式反应器的反应体积：6：空时与空速的概念：1：空时：（因次：时间） 2：空速：空速的意义：单位时间单位反应体积所处理的物料量。

化学反应工程名词解释

化学反应工程名词解释第一章：1、反应动力学，2、分批式操作，3、连续式操作，4、半分批式操作，5、数学模型。

第二章：1、均相反应，2、化学反应速率，3、单一反应，4、复合反应，5、基元反应，6、非基元反应，7、单分子反应，8、双分子反应，9、三分子反应，10、收率，11、得率，12、选择性，13、单程转化率，14、单程收率，15、平行反应，16、串联反应，17、膨胀因子，18、膨胀率，19、反应级数。

20、总反应级数第三章：1、平推流反应器，2、全混流反应器，3、反应时间，4、平均停留时间，5、停留时间，6、返混，7、空时，8、空速，9、循环比，10、平衡温度，11、绝热温升，12、绝热操作，13、热稳定性。

14、平推流第四章：1、E（t）、F（t），2、脉冲示踪法，3、阶跃示踪法，4、方差，5、Pe，6、轴向分散模型，7、多级混合模型。

8、平均停留时间第五、六、七章1、混合法，2、浸渍法，3、沉淀法或共沉淀法，4、喷涂法及滚涂法，5、热熔法，6、吸附等温线，7、比表面，8、分子扩散或容积扩散，9、努森扩散，10、内扩散有效因子，11、面积当量直径，12、体积当量直径，13、比表面积当量直径，14、形状系数，15、床层空隙率，16、真密度，17、堆积密度，18、颗粒密度，19、临界流化速度，20、滴流床反应器，21、拟均相一维模型，22、带出速度或终端速度。

23、拟均相模型。