化学反应工程第六章非均相反应器(上)
化学反应工程第二版习题解答
目 录第一章习题 ............................................................... 错误!未定义书签。
第二章习题 ............................................................... 错误!未定义书签。
第三章习题 ............................................................... 错误!未定义书签。
第四章习题 ............................................................... 错误!未定义书签。
第五章习题 ............................................................... 错误!未定义书签。
第六章习题 ............................................................... 错误!未定义书签。
第七章习题 ............................................................... 错误!未定义书签。
第八章习题 ............................................................... 错误!未定义书签。
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。
第6章 固定床反应器
流体在固定床中的流动，与空管中的流体流动相似，只是流 道不规则而已。故此可将空床中流体流动的压力降计算公式修正 后用于固定床。
第6章 固定床反应器
6.2 固定床中的传递过程 6.2.2 床层压降
《化学反应工程》
2 um 1 B p a. 厄根方程 f '( )( ) 固定床压力降计算公式： 3 L dS B
第6章 固定床反应器
6.1 概述
《化学反应工程》
气－固相催化反应器
固定床 反应器
流化床 反应器
绝热式
换热式
自热式
单段绝热
多段绝热
内冷式
外冷(热)式
第6章 固定床反应器
6.1 概述
《化学反应工程》
固定床反应器的种类
（1）绝热式反应器
单段绝热床反应器
多段绝热床反应器
第6章 固定床反应器
6.1 概述
s （dV / da )2
第6章 固定床反应器
6.2 固定床中的传递过程 6.2.1 粒子直径和床层空隙率
《化学反应工程》
平均直径dP:是指不同大小颗粒直径的平均值。
①算术平均法 :
d p xi d i
i 1
xi为直径等于di的颗粒所占的质量分数。
n
②调和平均法:
n xi 1 d p i 1 d i
第6章 固定床反应器
6.1 概述
《化学反应工程》
固定床反应器的种类
（3）自热式反应器
甲烷化炉 CO+3H2 CH4+H2O
CO2+4H2
CH4+2H2O
强放热反应
第6章 固定床反应器
6.1 概述
《化学反应工程》
化学反应工程 第六章 固定床反应器
一、颗粒层的若干物理特性参数
密度
– 颗粒密度ρp
• 包括粒内微孔在内的全颗粒密度；
– 固体真密度ρs
• 除去微孔容积的颗粒密度；
– 床层密度/堆积密度ρB
• 单位床层容积中颗粒的质量（包括了微孔和颗粒 间的空隙）；
p s (1 p ) B p(1 B )
一、颗粒层的若干物理特性参数
i
Wi FA0
i
xi dx A
r xi1
i
也即
Z 0 Ti
xi x i 1
Ti
1 (
ri
)dx A
0
i 1,2, N
min
Z 0
xi
1 ri
xA xi
1 ri 1
xA xi
0
i 1,2, N 1
对 Z 0 的处理 Ti
Z
Ti Ti
xi dx A
r xi1
i
xi x i 1
Ti
1 (
ri
)dx A
0
i 1,2, N
按中值定理：
Z
Ti
xi x i 1
Ti
1 (
ri
)dx A
（xi
x
i
1
)
Ti
• 双套管式、三套管式
流体流向：轴向、径向
固定床反应器的数学模型
拟均相数学模型：
忽略床层中颗粒与流体之间温度和浓度的差别 –平推流的一维模型 –轴向返混的一维模型 –同时考虑径向混合和径向温差的二维模型
化学反应工程第六章非均相反应器(上)
6.1.5 固定床反应器的工艺计算
(4)管间采用道生油强制外循环换热。道生油进口温度 503K， 出口温度508K,道生油对管壁给热系数α0可取 2717kJ／(m2·h·K)。 (5)催化剂为球形，直径dP为5mm，床层空隙率ε为0.48。 (6)年工作7200h，反应后分离、精制过程回收率为90％， 第一反应器所产生环氧乙烷占总产量的90%。
6.1.2 固定床反应器的类型
气流不是沿轴向而是沿径向通 过催化剂床层，这种流程可以 解决床层过高、走轴向压力降 过大的问题，该合成塔床层阻 力小、可以采用大气量、小颗 粒催化剂，利于减小内外扩散 的阻力，强化传质，因此特别 适用于大中型生产规模的场合。
图6-7 径向反应塔示意图
6.1.3 固定床反应器内的流体流动
6.1.4.1 固定床中的传质 内扩散控制过程发生的场合是，颗粒大，因而内扩散阻力 大，内扩散速度小；温度高因而化学反应速度快；气速高
因而外扩散速度大。内扩散控制过程浓度分布特征是 CAg≈CAs>> CAc≈CAeq 。
外扩散的控制过程 传质速度（外扩散速度）即为总反 应速度。外扩散控制发生的场合是颗粒小，气速小、温度 高。外扩散控制过程浓度分布的特征是
CO2 52.67+3.26=55.93kmol/h
N2
566.35kmol/h
C2H4O 3.16kmol/h
《化学反应工程》教学大纲
《化学反应工程》教学大纲课程名称化学反应工程课程编号课程英文名称Chemical Reaction Engineering课程类型专业基础课总学时 64学时（理论50学时，实验14学时）学分 4适用专业化学工程与工艺先修要求高等数学、物理化学、化工原理、开课安排第六学期开课，周五学时一、课程基本目的《化学反应工程》是化学工程类专业继物理化学、化工原理、化工数学等课程后开设的一门主修专业课。
目的是使学生掌握化学反应工程的基本概念、原理和方法，包括反应动力学及传递过程基本原理、理想流动模型及理想反应器、停留时间分布以及混合程度对反应的影响、反应器的设计与分析方法等。
二、学习收获：通过本课程的教学，使学生掌握建立化学反应动力学模型及反应器流体传递过程模型的方法，并根据化学反应特性及反应器特性，掌握反应器的设计、选型、放大与最优化，为将来深入研究与开发化工反应过程打好基础。
四、内容提要：《化学反应工程》是研究化学反应工程问题的学科，它以化学反应及化学反应器工程问题为研究对象，将反应特性及反应器的特性结合起来研究化学反应在工业上进行有效实施的一门专业主干课程。
该课程的主要内容包括均相与非均相反应动力学基础、理想反应器模型、非理想流动的停留时间分布及混合程度对化学反应的影响、均相非理想流动的流动模型以及气固相催化反应器非均相反应器等内容。
绪论（2学时）1. 化学反应工程的任务和范畴。
2. 化学反应工程的研究方法。
3. 化学反应工程与其他学科的关系。
4. 如何学好反应工程。
要求深刻理解与熟练掌握的重点内容有：1. 化学反应工程的任务和范畴。
2. 化学反应工程的研究方法——数学模拟法。
要求一般理解与掌握的内容有：化学反应工程与其他学科的关系。
难点：数学模拟法。
第1章均相反应动力学（8学时）明确反应速度的定义及表示方法，掌握转化率、收率、选择性的概念，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。
2020年秋冬智慧树知道网课《化学反应工程》课后章节测试答案
第一章测试1【多选题】(20分)对化学工程师而言，化学反应工程知识非常重要，体现在A.化工新技术的前沿问题多集中于反应设备的开发和设计B.反应器的安全性和经济性往往决定着整套化工装置的成败C.通过化学反应过程，将廉价的原料转化为高价的产品D.反应器是化工生产过程的核心设备2【多选题】(20分)下列属于非均相催化反应的有A.煤在空气中的燃烧反应B.烃类的蒸汽裂解反应C.以钴基催化剂催化的合成气费托合成反应D.石油的流化催化裂化反应3【多选题】(20分)关于恒容反应和变容反应，以下说法正确的是A.温度、压力条件变化范围不大的液相反应可视为恒容反应B.在刚性容器中进行的气相反应属于恒容反应C.气相反应都是变容反应D.恒温、恒压变摩尔数的气相反应属于变容反应4【判断题】(10分)非基元反应是指的反应需要由至少2个计量方程描述的反应A.错B.对5【判断题】(10分)反应的计量方程都反映了实际的反应历程A.错B.对6【判断题】(10分)反应速率有多种定义方式，其间没有任何关系A.对B.错7【判断题】(10分)某反应的反应级数和反应的计量系数一致，表明其为基元反应A.错B.对第二章测试1【多选题】(10分)本章所学习的理想反应器包括哪几种？A.流化床反应器B.全混流反应器C.平推流反应器D.固定床反应器E.理想的间歇式反应器F.鼓泡床反应器2【多选题】(10分)关于一个反应器的物料衡算方程，以下说法正确的是：A.对着眼组分i的物料衡算方程表达为：单位时间内i组分流入控制体积的摩尔数=单位时间内流出控制体积的i的摩尔数+单位时间内控制体积内因反应而生成的i组分的摩尔数+单位时间内控制体积内累积的i组分的摩尔数B.方程中i组分累积的速率是指控制体积中i组分单位时间内增加的摩尔数C.对于任何反应器进行物料衡算，衡算控制体积可以随便选取。
化学反应工程_中国石油大学(华东)中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
化学反应工程_中国石油大学（华东）中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.反应平衡常数随温度变化关系，与（）成正比。
答案:反应热2.关于动力学方程，以下正确的认识是：答案:一般反应的动力学方程和计量方程间无必然联系3.停留时间分布密度函数E(t)没有单位答案:错误4.对于一恒容反应，以下说法正确的是：答案:达到相同的转化率时，在间歇式反应器中进行需要的反应时间与在平推流反应器中进行需要的空时相等5.以下对离析流模型描述正确的是答案:宏观流体可以采用离析流模型计算_离析流模型中流体粒子可看做间歇釜反应器_离析流模型中流体粒子之间不存在物质交换6.影响轴向分散系数D的因素包括答案:湍流扩散_分子扩散_流体速率分布7.如果一个反应的瞬时收率与反应物浓度关系曲线有极大值，采用全混流-平推流进行串联也是个不错的选择。
答案:正确8.轴向分散系数与分子扩散系数，下面论述正确的是答案:分子扩散系数是物质本身的一种属性_两者实质上是不同的_轴向分散系数是与流动有关系的9.从反应器停留时间分布测定中求得无因次方差为0.99，反应器可视为答案:全混流10.二个相同体积的全混釜串联操作，其无因次停留时间分布的方差值为答案:0.511.由示踪实验测得一反应器的停留时间分布密度函数【图片】可计算流体在该反应器内平均停留时间为 min。
答案:1012.理想活塞流反应器E(t)曲线的方差是答案:13.停留时间分布函数F(t)取值范围是答案:[0, 1]14.关于我们选择反应器类型时需要考虑的因素，以下描述对不对？答案:以上因素均需要考虑15.对于在间歇式反应器中进行的不可逆反应，以下说法正确的是答案:一级反应的转化率与反应物的初始浓度无关16.对于不可逆气相反应A+2B→2C，在一的全混流反应器中进行，若进料中A与B的摩尔比为1：3，空时为8min，反应器出口A的转化率为80%，则物料在反应器中的平均停留时间为：答案:等于10min17.关于一个反应器的物料衡算方程，以下说法正确的是答案:对着眼组分i的物料衡算方程表达为：单位时间内i组分流入控制体积的摩尔数+单位时间内控制体积内因反应而生成的i组分的摩尔数=单位时间内流出控制体积的i的摩尔数+单位时间内控制体积内累积的i组分的摩尔数_方程中i组分累积的速率是指控制体积中i组分单位时间内增加的摩尔数18.不管哪种反应器类型，某反应物的转化率都可根据器内该组分摩尔数的变化来计算答案:错误19.对于不可逆气相反应A+2B→2C，在一恒温恒压的平推流反应器中进行，若进料中A与B的摩尔比为1：3，空时为8min，反应器出口A的转化率为80%，则物料在反应器中的平均停留时间为：答案:不能确定其具体数值20.对于平行-连串反应A+B→R，R+B→S，如果要有利R的生成，A应该采用平推流侧线小股进料。
反应工程第二版 第六章气固相催化固定床反应器
dxA RA B
dl
u0cA0
：催化剂堆密度
B
dxA
RA B
dl u0cA0
L 0
dl u0
cA0
xA出 0
dxA
RA B
•
•
对照平推流反应器模型 二者相同
VR V0
cA0
dx xA出
A
0 rA
23
• 热量衡算：（仍然是那块体积）
输入热量－输出热量+反应热效应
=与外界的热交换+积累
x1in,T1in x1out, T2in x2out T3in x3out T4in x4out
35
x
在T－x图上看：
0
二氧化硫氧化反应T－x图示意
T
斜线为段内操作线，斜率为1/λ。 水平线表示段间为间接冷却，只是温度降低，转化率不变。
36
• 调用最优化程序，就可以求得W最小值？
• 可以，但很困难。
输入：G cp T G质量流量, cp恒压热容
输出：G cp(T+dT)
反应热效应：(-RA)(1-εB)(-ΔH)Aidl
热交换：U(T-Tr)πdidl
di反应器直径
积累：0
U:气流与冷却介质之间的换热系数
Tr：环境温度
24
• 将各式代入，得
dT
RA 1 B H U
4 di
T
Tr
dl
ucp g
粒径 ds/mm 质量分率 w
3.40 0.60
4.60 0.25
6.90 0.15
• 催化剂为球体，空隙率εB=0.44。在反应 条 件 下 气 体 的 密 度 ρg=2.46kg.m-3 ， 粘 度 μg=2.3×10-5kg.m-1s-1 ， 气 体 的 质 量 流 速 G=6.2kg.m-2s-1。求床层的压降。
化学反应工程
化学反应和反应器的分类（四种）： 一、 按反应系统涉及的相态分类：均相反应、非均相反应 二、 按操作方式分类：间歇操作、连续操作、半连续操作 三、 按反应器型式来分类：管式反应器（长径比大于30）、槽式反应器（高径比为1—3）、塔式反应器（高径比在3—30）四、 按传热条件分类：等温反应器、绝热反应器、非等温、非绝热反应器 化学反应工程的基本研究方法：数学模型法 反应程度/进度：II I αξn n -=()()0S R B A =++-+-s r b an I 为参与反应的任意组分I 的摩尔数，αI 为其计量系数，n I0为起始时刻组分I 的摩尔数。
转化率（关键组分A ）A0A 0A A A n n n A x -==组分的起始量组分量转化了的A,00A c c c A -= ξαA0AA n x -=化学反应速率：单位反应体积内反应程度随时间的变化率。
13s m mol d d 1--⋅=tV r ξ 13AA s m mol d d 1--⋅-=-tn V r n m c c k r B A c A =- 均相反应的速率是反应物系组成、温度和压力的函数 阿累尼乌斯关系: RTE k k -=ec0c ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=T R E k k 1ln ln 0半衰期:反应转化率达到50%所需要的时间 二级反应：0A 211kc t =停留时间又称接触时间，用于连续流动反应器，指流体微元从反应器入口到出口经历的时间。
空间时间τRV V =τ （反应器有效容积V R 与流体特征体积流率V 0之比值） 空速S V 1R 0V h 1-==τV V S （在单位时间内投入单位有效反应器容积内的物料体积）标准空速 1RNO V h -=V V S 简单混合：停留时间相同（反应程度、反应前后物料相同）的物料之间的混合 返混：停留时间不同（组成、反应程度、反应速率不同）的物料之间的混合 按返混情况不同反应器被分为以下四种类型: 1. 间歇反应器 (物料之间的简单混合，不存在返混、有搅拌、釜式、间歇操作) 反应时间()⎰⎰'-==ArR A AA00r d d x t V r x n t t 恒容条件下 ()A 0A A 1x c c -= h化简：()()⎰⎰--=-=A A0AAAA A A0r d d c c x r c r x c t F A : kmol.h -1 C A0 : kmol.m -3反应器有效容积 ()t t V V C F V '+=''='r 0RA0AR或 反应器总体积ϕR R V V '= φ：装填系数 2.平推流/活塞流反应器 PFR (不存在返混、没有搅拌、管式、连续操作)β=0⎰-==A 0A A 0A 0R d x r x c V V τ 恒容过程：⎰--==2A 1A A A 0R d c c r c V V τ ⎰-==A 0AA0A 0A R d x r x c F V τ3. 全混流反应器 CSTR (返混达最大值) β→∞()f A 1A Af 0A 0R r x x c V V --==τ 恒容过程：()f A Af A1r c c --=τ =A0R F V τ/ 0A c4.非理想流反应器 (物料返混程度介于平推流反应器及全混流反应器之间) 0<β<∞变容反应过程: 1. 膨胀因子 ()A IA ααδ-=∑ (关键组份A 的膨胀因子等于反应计量系数的代数和除以A 组分计量系数的相反数) AA0A δεy =2. 膨胀率1A A A A ===-=x x x V V V ε (A 组分的膨胀率等于物系中A 组分完全转化所引起的体积变化除以物系的初始体积。
《化学反应工程》第三版(陈甘堂著)课后习题答案
《化学反应工程》第三版(陈甘堂著)课后习题答案第二章均相反应动力学基础2－4三级气相反应2NO+O22NO2，在30℃及1kgf/cm2下反应，已知反应速率常数2kC=2.65×104L2/(mol2 s)，若以rA=kppApB表示，反应速率常数kp应为何值？解：原速率方程rA=dcA2cB=2.65×104cAdt由气体状态方程有cA=代入式（1）2－5考虑反应A课所以kp=2.65×104×(0.08477×303) 3=1.564后当压力单位为kgf/cm2时，R=0.08477，T=303K。
答p p 2rA=2.65×10 A B =2.65×104(RT) 3pApBRT RTp表示的动力学方程。
解：.因，wwnAp=A，微分得RTVdaw案24网pAp，cB=BRTRT3P，其动力学方程为( rA)=dnAn=kA。
试推导：在恒容下以总压VdtVδA=3 1=21dnA1dpA=VdtRTdt代入原动力学方程整理得wdpA=kpAdt设初始原料为纯A，yA0=1，总量为n0=nA0。
反应过程中总摩尔数根据膨胀因子定义δA=n n0nA0 nA若侵犯了您的版权利益，敬请来信通知我们！Y http://.cn.co（1）mol/[L s (kgf/cm2) 3]m（1）则nA=nA01(n n0)δA1(P P0)δA（2）恒容下上式可转换为pA=P0所以将式（2）和式（3）代入式（1）整理得2－6在700℃及3kgf/cm2恒压下发生下列反应：C4H10发生变化，试求下列各项的变化速率。
（1）乙烯分压；（2）H2的物质的量，mol；（3）丁烷的摩尔分数。
解：P=3kgf/cm2，（1）课MC4H10=58，（2）w.krC2H4=2( rC4H10)=2×2.4=4.8kgf/(cm2 s)PC4H10=PyC4H101 dpC4H10= P dt2.4-1==0.8 s 3w（3）nC4H10=nyC4H10=n0(1+δC4H10yC4H10,0xC4H10)yC4H10dnH2dtdnH2dt=hdaw后n0=nC4H10,0=δC4H10rC4H10=反应开始时，系统中含C4H*****kg，当反应完成50%时，丁烷分压以2.4kgf/(cm2 s)的速率dyC4H10dt答1rCH=2.4224wdnC4H10dt案116×1000=2000mol582+1 1==21网dyC4H10=n0(1+δC4H10yC4H10,0xC4H10) dt=2000×(1+2×1×0.5)×0.8=3200 mol/s若侵犯了您的版权利益，敬请来信通知我们！Y http://.cno2C2H4+H2，dP=k[(δA+1)P0 P]=k(3P0 P)dtm（3）dpA1dP= dtδAdt2－9反应APS，( r1)=k1cA , ( r2)=k2cp，已知t=0时，cA=cA0 ，cp0=cS0=0, k1/k2=0.2。
高等化学反应工程_福建农林大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
高等化学反应工程_福建农林大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.效率因子法将反应特性和( )特性对表观反应速率的影响做了区分。
参考答案:传递2.传热准数的物理意义是反应器的传热能力和反应物料( )之比。
参考答案:比热容3.化学反应吸收的总传质系数不仅与气膜传质分系数和液膜传质分系数有关，还和化学反应( )因子有关。
（增强/衰弱）参考答案:增强4.某反应器的停留时间分布的无量纲方差约为0.01，则可判断此反应器中流体流动状况接近于( )理想流动模型。
（全混流/平推流）参考答案:平推流5.活化能E反映了反应速率对( )的敏感程度。
（温度/浓度）参考答案:温度6.利用实验反应器测得的动力学数据建立反应动力学模型一般要经过模型筛选、实验数据处理和( )三个步骤。
参考答案:模型的显著性检验7.催化剂颗粒内的孔区分为和粗孔。
参考答案:微孔8.当催化剂的配方确定后，影响Thiele模数数值和内部传递作用大小的主要因素是催化剂的粒度和由催化剂内部孔道结构和大小决定的。
参考答案:有效扩散系数9.通常气固相催化反应的主要温差出现在催化剂外部，而浓度差常出现在催化剂。
（内部/外部）参考答案:内部10.当催化剂的配方确定后,影响内部传递作用大小的主要因素是催化剂粒度以及由催化剂内部孔道结构和大小决定的。
参考答案:有效扩散系数11.均相反应器的特征是在反应器内存在（）种相态参考答案:一12.右图所示的是那种反应器（）【图片】参考答案:釜式反应器13.对于气固系统，热阻和温度梯度主要在催化剂外部。
参考答案:正确14.催化剂内部的传质过程、传热过程和化学反应过程之间，既不是串联过程，也不是平行过程，而是传递和反应同时发生并交互影响的过程。
参考答案:正确15.对于平行孔模型来说，颗粒有效扩散系数与颗粒孔隙率的平方成反比。
参考答案:错误16.对于换热列管式固定床反应器，采用较小的管径主要是为了( )。
参考答案:消除径向温度梯度17.在间歇反应器中进行等温二级反应A→B，当时，求反应至所需时间为( )秒。
(完整)《化学反应工程》选择题
1。
“三传一反”是化学反应工程的基础,其中所谓的一反是指_______。
（D ）A ．化学反应B 。
反应工程C 。
反应热力学D 。
反应动力学 2.“三传一反”是化学反应工程的基础，下列不属于三传的是_______。
(A)A 。
能量传递B 。
质量传递C 。
热量传递 D. 动量传递 20。
下列属于均相反应的是_______。
（B ）A. 煤炭燃烧B. 氢气燃烧C. 离子交换 D 。
加氢裂解 21.下列属于均相反应的是_______。
（A ）A. 乙酸乙酯水解B. CuO 的还原C. 加氢脱硫D. 电石水解 22.下列属于均相反应的是_______。
（C ）A. 催化重整 B 。
催化裂解 C. HCl 与NaOH 的中和 D. 水泥制造 23.下列属于非均相反应的是_______。
（D)A. 乙酸乙酯水解B. 氢气燃烧C. HCl 与NaOH 的中和D. 催化裂解 24。
下列属于非均相反应的是_______.(B ）A 。
乙酸和乙醇的酯化 B. 加氢脱硫 C 。
氢气燃烧 D. 烃类气相裂解 25.化学反应O H CH H CO 2423+⇔+,其中化学反应计量系数为—1的是哪种物质______。
(A ） A. CO B. 2H C. 4CH D 。
O H 226。
化学反应O H N H NO 222222+⇔+，其中化学反应计量系数为+2的是哪种物质______。
（D) A. NO B 。
2H C. 2N D. O H 227.对于一非恒容均相化学反应αA AαB B，反应组分A 的化学反应速率=-A r _______。
（A ）A.Vdt dn r A A -=- B 。
Vdt dn r B A -=- C 。
dt dCr AA -=- D 。
dt dC r B A -=-28。
对于一非恒容均相化学反应αA A αB B，反应产物B 的化学反应速率=B r _______.（B ）A. Vdt dn r A B =B. Vdt dn r BB = C. dt dC r A B =D 。
第七章 非均相反应及反应器
24
化学反应工程/非均相反应及反应器 Chemical Reaction Engineering
2016/10/9
传质系数的关联
S h A Re Sc S h kg d p / D
1/ 2 1/ 3
Re d p u / S c /( D ) A D 2 / 3 u1/ 2 1/ 6 kg 1/ 2 dp 1/ 6
则：1＝
21
2016/10/9
极限反应速率：
(rA )limt kCb
n
k 0, kga k , Cb Ces kg a
即传质系数比反应速率常数大得多，整个过程趋于 极限，整个过程由化学反应规律决定，称为化学反应 （速率）控制。 反应速率控制时，表观动力学接近本征动力学，仍 保持原来反应的反应级数、速率常数及活化能等。
(1) 反应物A由气相主体扩散到颗粒外表面 ；
(2) A由外表面向孔内扩散，到达吸附反应活动中心
(3)(4)(5) 依次进行A吸附，A在表面上反应生成B， 产物B自表面解吸 (6) B由内表面扩散到外表面 (7) B由颗粒外表面扩散到气相主体
步骤(1)、(3)属于外扩散过程,(2)、(6)属 于内扩散过程,而(3)-(5)属于表面反应过程。
1kCb n kCes n
1 ( Ces n ) (1 1 Da ) n Cb
化学反应工程/非均相反应及反应器 Chemical Reaction Engineering
28
2016/10/9
极限反应速率 Da 极限传递速率
表观反应速率 1 极限反应速率
表观反应速率 1 Da 极限传递速率
Cb,Tb
化学反应工程习题及答案
答案：在一般情况下，对低黏性均相液体混合，可选用任何形式的搅拌器；对非均相液体分散混合，选用 旋桨式、涡轮式搅拌器为好；在有固体悬浮物存在，固液密度差较大时，选用涡轮式搅拌器，固液密度差 较小时，选用桨式搅拌器；对于物料黏性很大的液体混合，可选用锚式搅拌器。 答案关键词：低黏性，非均相液体，固体悬浮物，密度差，黏性很大
xA
k1= k2
xA
=
x A1
t1cA0 1 x A t2cA0 1 xA
50%
75%
5 cA0 1 50% = t2 cA0 1 75%
t2 =15min
t
' 2
=t2
t1 =15-5=10min
计算的最后结果数字： 10min
题目编号： 0103 第 1 章 2 节 页码
题目编号： 0108 第 1 章 1 节 页码
难度系数： A (A B C 三级，A 简单，C 最难)
题目：试述釜式反应器的适用范围及特点？ 答案：主要应用于液-液均相反应过程，在气-液、液-液非均相反应过程也有应用。既可适用于间歇操作过 程，又可单釜或多釜串联适用于连续操作过程，而以在间歇生产过程中应用最多。它具有温度和压力范围 宽、适应性强，操作弹性大，连续操作时温度、浓度容易控制，产品质量均一等特点。但若应用在需要较 高转化率的工艺要求时，却有需要较大容积的缺点。通常在操作条件比较缓和的情况下操作，如常压、温 度较低且低于物料沸点时，应用此类反应器最为普遍。 答案关键词：液-液均相反应，非均相反应，间歇，连续，适应性强，操作弹性大，浓度容易控制，质量 均一
反应器和全混流反应器所需有效体积之比。反应级数越高，容积效率越低；转化率越高，容积效率越低。
化学反应工程习题-第六章：固定床反应器
第六章 固定床反应器1.凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作_______。
（固定床反应器）2.固定床中催化剂不易磨损是一大优点，但更主要的是床层内流体的流动接近于_______，因此与返混式的反应器相比，可用较少量的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力。
（平推流）3.固定床中催化剂不易磨损是一大优点，但更主要的是床层内流体的流动接近于平推流，因此与返混式的反应器相比，可用_______的催化剂和_______的反应器容积来获得较大的生产能力。
（较少量、较小）4.目前描述固定床反应器的数学模型可分为_______和_______的两大类。
（拟均相、非均相）5.描述固定床反应器的拟均相模型忽略了粒子与流体之间_______与_______的差别。
（温度、浓度）6.描述固定床反应器的数学模型，忽略了粒子与流体之间温度与浓度的差别的模型称之为_______。
（拟均相模型）7.描述固定床反应器的数学模型，考虑了粒子与流体之间温度与浓度的差别的模型称之为_______。
（非均相模型）8.描述固定床反应器的拟均相模型，根据流动模式与温差的情况它又可分为平推流与有轴向返混的_______模型，和同时考虑径向混合和径向温差的_______模型。
（一维、二维）9.固定床中颗粒的体积相当直径定义为具有相同体积P V 的球粒子直径，表达式V d =_______。
（3/1)/6(πP V ）10.固定床中颗粒的面积相当直径是以外表面P a 相同的球形粒子的直径，表达式a d =_______。
（π/P a ） 11.固定床中颗粒的比表面相当直径是以相同的比表面V S 的球形粒子直径来表示，表达式S d =_______。
（V S /6） 12.对于非球形粒子，其外表面积P a 必大于同体积球形粒子的外表面积S a ，故可定义颗粒的形状系数=S ϕ_______。
（P Sa a /） 13.颗粒的形状系数S ϕ对于球体而言，=S ϕ_______，对于其他形状的颗粒S ϕ_______。
完整版化学反应工程课件
❖ 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
8.聚合反应：含缩聚，加成聚合，自由基聚合，离子 型聚合，络合配位聚合，开环聚合，共聚
2.1.2 反应器的分类
间歇反应器 ❖ 按照操作方法分类 管式及釜式连续流动反应器
半间歇反应器
平推流模型
理想流动模型
❖ 按照流动模型分类
全混流模型
非理想流动模型
❖ 间歇反应器：反应物一次加入反应器，经历一定 的反应时间达到所要求的转化率后，产物一次卸 出，生产是分批进行的。如果间歇反应器中的物 料由于搅拌而处于均匀状态，则反应物系的组成、 温度、压力等参数在每一瞬间都是一致的，但随 着操作时间或反应时间而变化，故独立变量为时 间。
着眼于反应物A： A 对于反应物B： B
L M 是连串反应
L 发生的是平行反应
M
例如：甲醇部分氧化生成甲醛的反应
CH3OH + ½ O2 → CH2O +H2O CH2O + ½ O2 → CO +H2O
吸热反应 ❖ 按照反应热效应分
放热反应
均相反应 ❖ 按照相态分布分
非均相反应
间歇过程
❖按照操作方法分 连续过程 （平推流，全混流，中间型）
❖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
《化学反应工程》复习题及答案
化学反应工程单选题1。
对于反应级数n ＞0的不可逆气相等温反应，为降低反应器体积，应选用_______。
（A)（A ）平推流反应器（B ）全混流反应器（C ）平推流串接全混流反应器（D ）全混流串接平推流反应器2。
分批式操作的完全混合反应器非生产性时间不包括下列哪一项_______。
(P22）（A ）加料时间(B ）反应时间（C ）物料冷却时间（D ）清洗釜所用时间3。
下列单位不属于反应速率的是_______。
（P13）(A ）mol/（g ﹒s ） (B ）m 3/s （C ）mol/(m 2﹒s ） （D ）mol/(m 3﹒s)4．反应 A B C →+,12.50 k s -=,则反应级数为_______。
（P 13）A ． 0 （B ）1 (C ）2 （D ）35. 反应NaOH + HClNaCl + H 2O ，已知mol s l k /1.0⋅=，则反应级数n=_______.（P 13)(A ）0 （B)1 （C ）2 （D ）36。
气相基元反应B A →2，进料时反应物A 和稀释剂C 以等摩尔比加入，则膨胀率为_______.（P58）（A ）—1 （B)—0。
25 （C)0。
25 （D)0.57。
下面反应器中不属于理想反应器的是_______。
（P21）（A ）间歇反应器(B ）全混流反应器(C)平推流反应器（D)膜反应器8. 下面哪种反应器组合形式可以最大程度降低反应器体积_______。
（B ）（A ）平推流反应器串联（B)全混流反应器串联（C ）平推流反应器并联（D ）全混流反应器并联9。
在间歇反应器中进行等温一级反应A → B ，0.01 /A A r C mol L s -=⋅，当C A0=1 mol/L 时,求反应至C A0=0.01 mol/L 所需时间t=_______秒。
（P43）(A ）400 （B)460 (C ）500 （D)56010。
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6.1.2 固定床反应器的类型
自热式反应器在开车时需要外 部热源，而且由于大量换热管 的存在，减少了催化剂的装载 量，影响到反应器的生产能力， 因此近年来的大型装置采用中 间冷激的多段绝热床，其结构 与气体的流向，如图6-6所示。
图6-6 多段冷激式大型 合成氨反应器一例
6.1.1 固定床反应器的特点
固定床反应器无论塔式还是 管式均垂直设置，气体由顶 部进入，流动方向与重力方 向一致，这样可以防止气体 冲动床层、造成催化剂分布 不均匀和催化剂的磨损带出， 同时有利于反应器中可能形 成的液态物质的排除。
图6-1 固定床反应器
6.1.2 固定床反应器的类型
6.1.2.1绝热式固定床反 应器 (1) 单段绝热式反应器 单段绝热式反应器是在一 个中空圆筒的底部放置搁 板(支承板)，在搁板上堆 积固体催化剂。
6.1.2 固定床反应器的类型
6.1.2.2 换热式固定床反应器 (1)对外换热式固定床反应器 以各种载热体为换热介质的对 外换热式反应器多为列管式结 构，如图6-4所示，类似于列管 式换热器。
图6-4 列管式固定床反应器
6.1.2 固定床反应器的类型
(2) 自热式固定床反应器 以原料气为换热介质，利用 反应后的高温气体预热原料，使其达到反应温度，本身 得到冷却，这种反应器称为自热式固定床催化反应器， 有的氨合成塔和甲醇合成塔属于这种类型。
6.1.4.1 固定床中的传质 内扩散控制过程发生的场合是，颗粒大，因而内扩散阻力 大，内扩散速度小；温度高因而化学反应速度快；气速高
图6-2 绝热式固定床反应器 1-矿渣棉 2-瓷环 3-催化剂
6.1.2 固定床反应器的类型
(2)多段绝热式反应器 多段绝热床中，反应气体通过第一段绝热床反应至一定 的温度和转化率而离可逆放热单一反应平衡温度曲线不 太远时，将反应气体冷却至远离平衡温度曲线的状态再 进行下一段的绝热反应。
图6-3 多段固定床绝热反应器
（4）平均直径
当颗粒的形状不规则、大小也不均匀的时应采用平均直
径。
a.统计平均直径
n
d p xi di
b.调和平均直径
i 1
dp
1
n
xi
i1 di
留在某一号筛上的颗粒直径为
（6-4） （6-5）
di d0i d0(i1)
（6-6）
6.1.3 固定床反应器内的流体流动
（5）形状系数 s
催化剂颗粒的形状系数定义为：球形颗粒的外表面积与 体积相同的非球形颗粒的外表面积之比，即
6.1.3 固定床反应器内的流体流动
解 当ReM>1000时，固定床压力降的计算公式按式 (6-9)为 对于3．3～4. 7mm不均匀颗粒
对于φ4mm球形颗粒
则由 得
6.1.3 固定床反应器内的流体流动
按式（6-7）,颗粒的形状系数为 对于球形颗粒 因为 所以 对于不均匀颗粒
又因为 所以
6.1.4 固定床反应器中的传质与传热
6.1.3.1固定床反应器的床层特点 1.催化剂颗粒的直径和形状系数 （1）体积相当直径dV 体积相当直径是以颗粒（非球型颗粒）体积相等的球体 的直径表示的颗粒直径。由
可以导出
（6-1）
6.1.3 固定床反应器内的流体流动
（2） 外表面积相当直径
外表面积相当直径是以与颗粒的外表面积相等的球体的
直径表示的颗粒直径，在固定床传热及传质研究中常用
(6-12)
当ReM>1000时，流体处于湍流状态， 式(6-l0)中 150/ ReM <<1．75，即式(6-9)可简化为
(6-13)
6.1.3 固定床反应器内的流体流动
例6-1 以一筛分为3．3～4．7mm的不均匀颗粒作固定床 压力降试验，床层高度为L=1m，空隙率ε= 0．38，壁效 应忽略不计，在测试条件下ReM>1000，测得的床层压力 降△p1=2．3×102kPa。现在同一固定床中，改填与3 3～4．7mm不均匀颗粒材料相同的φ4mm球形颗粒，空隙 率0．40，其他测试条件相同，测得的床层压力降 △p2=0．63×102kPa。 试求筛分为3 ．3～4．7mm不均匀颗粒的形状系数。
6.1.2 固定床反应器的类型
气流不是沿轴向而是沿径向通 过催化剂床层，这种流程可以 解决床层过高、走轴向压力降 过大的问题，该合成塔床层阻 力小、可以采用大气量、小颗 粒催化剂，利于减小内外扩散 的阻力，强化传质，因此特别 适用于大中型生产规模的场合。
图6-7 径向反应塔示意图
6.1.3 固定床反应器内的流体流动
s
As Ap
（6-7）
6.1.3 固定床反应器内的流体流动
2. 床层空隙率 空隙率是催化剂床层的空隙体积与催化剂床层总体积之 比，可用式(6-8)进行计算。
(6-8)
6.1.3 固定床反应器内的流体流动
6.1.3.2 固定床反应器 内的流体流动特性 固定床反应器内的流体 流动直接影响床层的压 力降和传递过程，并最 终影响反应结果。
这种直径。由A p = d a 可以导出
(6-2)
6.1.3 固定床反应器内的流体流动
（3）比表面积相当于直径d 比表面积相当于直径是以与颗粒的比表面积相等的球体 的直径表示的颗粒直径，计算固定床压力降时常用这种 直径。这里的比表面积是指单位体积颗粒所具有的外表 面积，以S v表示
则
（6-3）
6.1.3 固定床反应器内的流体流动
图6-8 固定床中的径向流速分布
6.1.3 固定床反应器内的流体流动
6.1.3.3 流体流过固定床层的压力降
固定床的压力降可表示为
(6-9)
经实验测定，修正摩擦系数fM与修正雷诺数ReM的关系可
表示为
(ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ-10)
而修正雷诺数
(6-11)
6.1.3 固定床反应器内的流体流动
当ReM<10时，流体处于滞流状态， 式(6- 10)中150/ ReM >>1 .75，即式(6-9)可简化为
化学反应工程
第六章 非均相反应器 （上）
第六章 非均相反应器
6.1 固定床反应器 6.2 流化床反应器 6.3 流化床反应器 6.4 其他非均相反应器简介
6.1 固定床反应器
1 固定床反应器的特点 2 固定床反应器的类型 3 固定床反应器内的流体流动 4 固定床反应器中的传质与传热 5 固定床反应器的工艺计算