李绍芬主编反应工程知识点

反应工程知识点
第1章 绪论
1. 反应动力学主要研究化学反应进行的机理和速率。

2. 反应工程一般是按反应物系的相态来分类，将化学反应分为均相反应和多相反应两大
类。

3. 根据反应过程是否使用催化剂，将化学反应分为催化反应和非催化反应两大类。

4. 反应进度是指任何反应组分的反应量与其化学计量系数之比，反应进度永远为正值。

5. 转化率是针对反应物而言的，收率则是对反应产物而言，转化率、收率和选择性三者的
关系：Ｙ＝SX 。

6. 化学反应工程的主要研究对象是工业反应器，反应器设计的核心内容是确定反应体积，
反应器设计最基本的内容是：①选择合适的反应器型式；②确定最佳的操作条件；③确定反应体积。

7. 工业反应器放大主要方法是逐级经验放大法和数学模型法。

8. 反应器类型可以搞看图填写。

9. 工业反应器有三种操作方式：①间歇操作；②连续操作；③半间歇（或半连续操作）。

第2章 反应动力学基础
1.反应速率是指单位时间内单位体积反应物系中某一反应组分的反应量。

2.以R v v A v R B A →+反应为例，其反应速率的表达式是dt
dn V r A A 1-=或dt dn V r B B 1-=或dt dn V r R R 1=，用反应进度表式反应速率的表达式：dt
d V r ξ1-=-，其反应物转化量与反应产物生产量之间的关系R B A R B A v v v dn dn dn ::::=。

3.在溶剂及催化剂和压力一定的情况下，定量描述反应速率与温度及浓度的关系的关系式叫做速率方程或动力学方程，其数学函数表达式),(T c f r =，以以R v v A v R B A →+不可逆基元反应为例，其速率方程为B A v
B v A A c kc r =。

4.k 为反应速率常数，为温度的函数，其关系式为)/exp(RT E A k -=。

5.绝大多数反应都是非基元反应，但是非基元反应可以看成是若干基元反应的综合结果，即反应机理。

6.不论可逆反应还是不可逆反应，反应速率总是随着转化率的升高而降低（降低或升高）；不可逆反应及可逆吸热反应，反应速率总是随着温度的升高而加快（减慢或加快）；至于可逆吸热反应，反应温度按最佳温度曲线操作，反应速率最大。

7.在同一反应物系中同时进行若干个化学反应时，称为复合反应。

8.独立反应是指这些反应中任何一个反应都不可能由其余反应进行线性组合而得到。

9.复合反应包括三个基本反应类型，即并列反应、平行反应和连串反应。

10.当一个反应的反应产物同时又是另一个反应的反应物时，这类反应称为连串反应。

11.固体催化剂系由三部分组成：即主催化剂、助催化剂和载体。

使用载体的主要目的是为了增大表面积。

助催化剂主要作用是提高催化剂的催化活性、选择性和稳定性。

常用的催化
剂是金属和金属氧化物。

12.吸附是多相催化反应过程必不可少的步骤。

气体在固体表面上的吸附可以分为物理吸附和化学吸附。

13.要从各反应步骤的速率中导出总包速率方程，需要作出一些简化假定。

广泛应用的是定态近似和速率控制步骤这两个假定。

14.速率方程的形式（动力学模型）可分为幂函数动力学模型和双曲线型动力学模型。

15.动力学参数是指速率方程中所包含的参数，由实验数据求动力学参数的方法主要有两种：一种是积分法；另一中是微分法。

16.积分法是将速率方程积分后，再对实验数据进行处理。

而微分法是根据不同实验条件下测定的反应速率，直接由速率方程估计参数值。

17.建立速率方程一般包括下列几个方面的工作：
①设想各种反应机理，导出不同的速率方程；②进行反应动力学实验，测定所需的动力学数据；③根据所得的实验数据对所导出的可能的速率方程进行筛选和参数估值，确定出合适的速率方程。

第3章釜式反应器
1.间歇反应器是分批操作的，其操作时间系两部分组成:一是反应时间，即装料完毕后算起至达到所要求的产品收率时间；二是辅助时间，即装料、卸料及清洗等所需时间之和。

2.半间歇操作和间歇操作的共同点是反应物系的组成均随时间而变，因此必须以时间作自变量。

第4章管式反应器
1.所有流体粒子均以相同速度从进口向出口运动，就像一个活塞一样有序地向前移动，故称之为活塞流。

2.返混是指不同停留时间的流体粒子之间的混合。

3.就整个反应器而言，如符合活塞流假设，则同一时刻进入反应器的流体粒子必定在另一时刻同时离开，即所有流体粒子在反应器内的停留时间相同。

4.活塞流和全混流的根本差别是，前者无返混存在，后则返混程度最大，以致反应物料间不存在浓度差和温度差。

5.对于定态操作的活塞流反应器，反应物系的浓度系随轴向距离而变，与时间无关；而间歇釜式反应器反应物系的浓度则随时间而变，与位置无关。

6．对于正常反应动力学而言，在原料处理量、及组成、反应温度以及最终转化率均相同的情况下，以管式反应器所需反应体积最小，而单釜最大。

多釜串联则介于两者之间，且串联的釜数越多，所需的反应体积最小。

7.如果管式反应器中进行的单一不可逆反应和可逆吸热反应，以生成强度最大为出发点，其最佳操作温度序列应遵循先低后高这一原则；而对于可逆放热反应而言，其最佳操作温度序列是由高温到低温的原则。

第5章停留时间分布与反应器的流动模型
1.两种不同类型的流动反应器—连续釜式反应器和管式反应器。

2.停留时间是指流体以进入系统时算起，到其离开系统时为止，在系统内总共经历的时间，即流体从系统的进口至出口所耗费的时间。

3.F(t)表示停留时间小于t的流体粒子所占的分数，1-F(t)则表示停留时间大于t的流体粒子所占的分数。

E(t)dt表示停留时间在t和t+dt之间的流体粒子所占的分数。

E(t)与F(t)两函数
之间的相互关系是)()(0t F dt t E t
=⎰或dt
t dF t E )()(=。

4.普遍适用的停留时间分布实验测定方法是示踪响应法，通过用示踪剂来跟踪流体在系统内的停留时间。

5. 示踪响应法根据示踪剂加入方式的不同，又可分为脉冲法、阶跃法及周期输入法三种。

6.脉冲法的实质就是在极短的时间内、在系统入口处向流进系统的流体加入一定量的示踪剂，立刻检测系统出口处流体中示踪剂浓度c(t)随时间的变化。

由实验数据直接求出)(t E 或停留时间概率密度函数。

7.升阶法（阶跃法）的实质是将系统中作定常态流动的流体切换为流量相同的含有示踪剂的流体，其出口流体中示踪剂浓度从无到有，其浓度随时间而单调地递增，最终达到与输入的示踪剂浓度c (∞)相等。

由升阶法实验数据直接求出停留时间分布函数或)(t F 。

8.理想反应器是指能以活塞流或全混流来描述其流通状况的反应器。

9.活塞流反应器停留时间分布的无因次方差2
θσ为零，表明所有的流体粒子在反应器的停留时间相同。

返混程度达到最大时，全混流停留时间分布的无因次方差2θσ为1。

10.实际流体偏离理想流动状况的主要的原因有哪些？
答：⑴滞留区的存在或称死区的存在；⑵存在沟流与短路；⑶循环流；⑷流体流速分布的不均匀；⑸扩散。

对于一个流动系统可能全部存在，也可能只存在其中几种。

第6章 多相系统中的化学反应与传递现象
1.孔容是指单位质量催化剂颗粒所具有的孔体积，常以g cm 3
为单位。

2.床层的空隙率是对一堆颗粒而言的，其意义为颗粒间的空隙体积与床层体积之比，即颗粒间的空隙体积占床层体积的分率；孔率则是对单一颗粒而言，是颗粒内部的孔体积占颗粒体积的分率。

3.受扩散的影响，反应物A 组分在流体主体AG c 、催化剂外表面AS c 、催化剂颗粒中心反应物的浓度AC c 及平衡浓度Ae c 大小排序正确的是：AG c ＞AS c ＞AC c ＞Ae c 。

4. 第7章 多相系统中的化学反应与传递现象
1.根据固体催化剂是处于静止状态还是运动状态，反应器又可分为两大类，属于静止状态的由固定床反应器和滴流床反应器，催化剂处于运动状态的由流化床反应器、移动床反应器和浆态反应器等。

2.对固定床床层压力降影响最大的是床层的空隙率和流体的流速，两者稍有增加，都可使压力降产生较大的变化。

3.固体催化反应器可以分为两大类：一类是反应过程中催化剂床与外届没有热量交换，叫绝热反应器；另一类则与外界有热量交换，称为换热式反应器。

4.多段绝热反应器是指多次在绝热条件下进行反应，反应一次之后经过换热以满足所需温度条件，再进行下一次的绝热反应。

每反应一次，称为一段，一个反应器可做成一段，也可以
将数段合并在一起组成一个多段反应器。

5．多段绝热反应器，按段间换热方式的不同，可分为三类：①间歇换热式；②原料气冷激式；③非原料气冷激式。

后两类又总称为直接换热式。

6.实验室中用以进行动力学研究的催化反应器主要有下列几种类型，而且都属于固定床反应器：①积分反应器；②微分反应器；③外循环反应器；④内循环反应器。