任务1均相反应器的选择
第七篇-化学反应工程PPT课件
t1ln1 1 ln1 99 .（ 8s6 ） k 1xA 0.0021 3 0.9 1
-
18
反应器体积：
V R q V 0(t t') 1 2m h 4 3 4 (9 3.9 6 8 6 3 6 0)0 0 0 .4m 533
-
9
活塞流模型－理想排挤流动模型（平推流） 反应器内任一截面上无速度梯度；物料在反 应器内的停留时间完全相同。（连续操作管 式反应器）
-
10
非理想流动模型－介于上两 种理想模型之间 a.轴向扩散模型－活塞流+轴 向扩散
将对活塞流的偏离情况通过轴 向扩散（轴向返混）速率来描 述 b.多。级费全克混定流律模：型u （D多l d釜dCl串联 流动模型）
(rA)VRdA n /dt (rA)dA c/dt d tdAc/ (rA)
基本方程：
tcA cA0
( d rAA )ccA0
xA 0
dA x (rA)
-
等容过程，液相反应
15
简单一级反应： ( rA )kA c kA 0 c (1xA )
t c A 0 0 x Ak A 0 d ( 1 c A x A x ) k 1 0 x Ad 1 ( 1 x x A A ) k 1 l1 n 1 x A k 1 lc c n A A 0
按操作 方法分
间歇 连续 半连续
5
7 基本反应器 间歇操作搅拌釜式反应器
特点：分批操作；所有物料 的反应时间相同；反应物的 浓度是时间的函数。
连续操作管式反应器
特点：连续进料；T、P、q
一定时，反应器内任一截面
的物料浓度不随时间变化；
化学工程中的反应器选择
化学工程中的反应器选择反应器是化学工程中不可或缺的设备，用于进行化学反应和生产化学产品。
在化学工程设计中，选择适合的反应器类型对于反应效率、产量和产品质量至关重要。
本文将介绍几种常见的反应器类型及其适用情况，帮助读者在化学工程中做出明智的反应器选择。
一、批式反应器批式反应器是最简单、最常见的反应器类型之一。
它适用于小规模生产、实验室研究以及不需要连续运作的反应过程。
批式反应器的工作原理是将反应物一次性放入反应器中，进行反应后收集产物。
由于反应物在反应过程中减少，反应速率会逐渐降低。
批式反应器的优点是灵活性高，可以适应多种反应条件和反应物。
此外，批式反应器的设计相对简单，成本较低。
然而，批式反应器的劣势在于产能有限，操作时间较长，不适合大规模生产。
二、连续流动反应器连续流动反应器是将反应物以连续流动的方式加入反应器中，产物也以连续流动的方式从反应器中取出的反应器类型。
连续流动反应器适用于需要持续反应、高产率和高纯度产品的生产过程。
在连续流动反应器中，反应物的浓度可以更好地控制，反应条件也更稳定。
连续流动反应器的优点是生产能力强，可通过调整流速和反应时间来控制产量。
此外，连续流动反应器对于热量和质量传递较好，反应效率较高。
然而，连续流动反应器的设计和操作相对复杂，需要更高的设备投资。
三、搅拌式反应器搅拌式反应器是在反应物中使用机械搅拌器以提高混合效果的反应器类型。
搅拌式反应器适用于需要均匀混合反应物、提高传质速率的反应过程。
搅拌式反应器通常使用罐式反应器或管式反应器。
搅拌式反应器的优点是混合效果好，反应均匀。
此外，它适用于多相反应和固液反应，并且对于控制反应温度有较好的性能。
然而，搅拌式反应器的劣势在于能耗较高，同时对于粘稠液体和纤维状物料的反应较为困难。
四、固定床反应器固定床反应器是将催化剂装填在固定床中进行反应的反应器类型。
固定床反应器适用于需要高催化活性、选择性和长寿命的反应过程。
固定床反应器通常使用管式反应器或者多孔载体。
釜式反应器选择与操作
• 图1一1是一种典型的釜式反应器，它由钢板卷焊制成圆筒体，再焊接 上由钢板压制的标准釜底，并配上釜盖、夹套、搅拌器等部件。由图 可见其结构主要由以下几部分组成:壳体结构、搅拌装置、密封装置 和换热装置。
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任务1 釜式反应器的选择
• 1.釜式反应器壳体结构 • (1)罐体。 • 釜式反应器的壳体结构包括筒体、底、盖(或称封头)、手孔或入孔、
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任务1 釜式反应器的选择
• (7)反应釜支架。 • 反应釜支架有两种:悬吊式支架和支承式支架。悬吊式支架是可以将
反应釜固定在操作平台上，而支承式支架则是安放在地面上，如图1 一10所示。 • 2.釜式反应器的搅拌装置 • (1)搅拌器的形式及结构。 • 精细化学工艺的许多过程都是在有搅拌装置的釜式反应器中实现的。 搅拌的目的是: • ①使互溶的两种或两种以上液体混合均匀。 • ②形成乳浊液或悬浮液。 • ③促进化学反应和加速物理变化过程，如促进溶解、吸收、吸附、萃 取、传热等过程。一也能刮除沉积在器壁上的附着物，提高传热效率。
• ②活化能E不能独立预示反应速率的大小，它只表明反应速率对温度 的敏感程度。E越大，温度对反应速率的影响越大。除了个别的反应 外，一般反应速率均随温度的上升而加快。E越大，反应速率随温度 的上升而增加得越快。
• ③对于同一反应，即当活化能E一定时，反应速率对温度的敏感程度 随着温度的升高而降低。
• 在均相反应系统中如只进行如下不可逆化学反应:
• 1.均相反应速率 • 化学反应速率是指单位时间、单位体积的物料数量的变化量。物料指
反应物或产物。因此，均相反应速率定义式为:
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任务1 釜式反应器的选择
化学反应工程考试重点复习题
2010—2011学年第二学期期末考试试卷一、填空（20×1ˊ=20ˊ）1、搅拌釜式反应器主要由壳体 、 、 、换热装置四大部分组成。
2、化学动力学方程一般用表达式),(T c f r i =±表示，说明影响反应速率最主要的影响因素是 、 。
3、填料塔中的填料性能优劣衡量三要素：效率、 及 。
填料综合性能评价最好的是 。
4、催化剂必须具备 、 、长寿命这三个条件。
5、气固催化反应过程化学吸附速率方程式： 、若固体吸附剂仅吸附组分A ，朗缪尔吸附等温方程： 。
6、搅拌器按 、 来进行选型。
气液相分散过程选用 ，低黏度均相液体混合选用 。
7、在系统中进行一连串反应 ，组分 A 的生成速率方程式： 、组分B 的生成速率方程式： 。
8、搅拌釜式反应器的换热装置有 、蛇管、 、列管、回流冷凝式。
9、催化剂非球形颗粒面积相当直径计算公式a d = 。
10、催化剂失活是由玷污、烧结、 、中毒等原因造成的。
二、问答题（5×5ˊ=25ˊ）1、 均相反应器有哪些？如何选择均相反应器？2、怎样理解“反应级数表明浓度对反应速率的敏感程度，活化能表明温度对反应速率的敏感程度？12k k A B C −−→−−→3、气固相催化反应过程分为几个步骤并简述？4、理想流动模型分为哪两种类型，并简述这两种类型的各自特征？5、固定床催化反应器的床层空隙率ε的概念？影响因素是什么？为什么空隙率ε是固定床反应器的重要参数？三、计算题（10ˊ+15ˊ+15ˊ+15ˊ=55ˊ）【3-1】 等温下在间歇反应器中进行一级不可逆液相反应A B + C ，在5min 内有40%的A 分解，在达到分解率为80%，（1）问需要多少时间？（2）若反应为二级反应，则需要多少时间？【3-2】在总长为4m 的固定床反应器中，反应气体以8 kg/(m 2.s)的质量流速通过床层，流体的黏度 ，流体的密度 。
如果床层中催化剂颗粒的直径为2.5mm ，床层的堆积密度为754kg/m 3，催化剂的表观密度为1300kg/m 3，求：（1）催化剂床层的空隙率ε ？（2）流体流动的修正雷诺数eM R ？（3）床层的压力降p ∆ ？32.46/fkg m ρ=51.810fPa s μ-=⨯【3-3】在体积312.0m V R =的连续操作釜式反应器中进行反应 ，式中min /731•=kmol m k 、m in /332•=kmol m k ，A 、B 两种物料以等体积加入反应器中，其中A 摩尔浓度为3/8.2m kmol ，B 摩尔浓度为3/6.1m kmol 。
化工单元操作反应器设计与优化项目二-任务一
r i f (c, T )
恒温条件下， r i kf (cA, c , ) B ...............
恒温条件下， r i f＇(T ) f (cA, c , ) B ...............
（二）反应分数与反应级数
r kc , c , α1
α2
i
A
B ..........
2A P
ABP
(cA0=cB0)
二级
rA
dcA d
k
k cA0 yA0 A
ln(1 yA0 AxA )
rA
dcA d
kcA
k ln(1 xA)
rA
dcA d
kcA2
cA0k
(1 A yA0 )xA
1 xA
yA0 A
恒温恒容间歇反应
X Af
dxA cA0
r X A0
A
cAf
dcA
r cA0
A
入口物料中不 含产物的情况
图解积分
X Af
dxA cA0
r X A0
A
cAf
dcA
r cA0
A
1/(rA)V 1/(rA)V
t/c A0
xA0
1/rA －xA
xAf x
k kA ln cBcA0 kA ln 1 xB cB0 cA0 cAcB0 cB0 cA0 1 xA
n级 n≠1
rA
dcA d
kcAn
kt
n
1
1
(c1An
化学反应过程与设备1.1
化学反应过 程与设备
三、管式反应器的应用与分类
(一)管式反应器在化工生产中的应用与分类：
化学反应过 程与设备
三、管式反应器的应用与分类
(二)管式反应器的特点：
操作方式：多数采用连续操作，少数采用半连续操作，使用间 歇操作的则极为罕见。 特点：①单位反应器体积具有较大的换热面积，特别适用于热 效应较大的反应。 ②由于反应物在管式反应器中反应速率快、流速快，所以它 的生产效率高。 ③适用于大型化和连续化生产，便于计算机集散控制，产品 质量有保证。 ④与釜式反应器相比较，其返混较小，在流速较低的情况下， 其管内流体流型接近于理想置换流。
带接管的“T”形透镜环用于安装测温、测压元件用的。
化学反应过 程与设备
四、管式反应器的结构
4、管件
反应器的连接必须按规定的紧固力矩进行，所以对法兰、螺柱和螺 母都有一定要求。 5、机架 反应器机架用桥梁钢焊接成整体，地脚螺栓安放在基础桩的柱头上， 安装管子支座部位装有托架，管子用抱箍与托架固定。
化学反应过 程与设备
化学反应过 程与设备
《化学反应过程与设备》
主讲教师：
化学反应过 程与设备
主要内容：
1
一、反应器的选择
2
二、反应器的设计和优化
三、反应器操作与控制
3
化学反应过 程与设备
1.教材与教参
教材采用教育部高职 高专规划教材，教材的难 度适中，相比本科教材，
其特点是复杂的理论分析
较少，增加许多工程实践 的实例。符合高职高专的
化学反应过 程与设备
二、搅拌釜式反应器的结构
3、传热构件：
釜内介质的热量传递，可在釜外焊制传热夹套，通入适当 载热体进行热交换，也可以在釜内设置螺旋盘管，在管内 通载热体把釜内物料的热量带走或传入，以满足其化学反 应的需要。 4、传动装置： 旋转运动是通过一个磁力驱动器来实现的，它位于釜盖中 央，与搅拌转子联成一体，以同步转速旋转。
均相反应器操作规程
均相反应器操作规程均相反应器操作规程一、操作目的均相反应器是一种广泛应用于化工生产中的反应器，其操作规程的目的是为了确保反应器操作的安全性、稳定性和有效性，以达到预期的生产效果。
二、操作前准备1. 检查反应器和相关设备的完整性和安全性，确保无泄漏和损坏。
2. 检查反应器的温度、压力等参数是否符合要求，并准备好所需的原料和催化剂。
3. 进行必要的装置和设备清洁，确保无杂质和污染。
4. 根据实际需要，准备好必要的工具和仪器设备。
三、操作步骤1. 打开反应器的进料阀门，并将原料逐渐投入反应器中，注意控制投料的速度和量。
2. 启动搅拌机械，根据反应物性质和反应过程控制要求调整搅拌速度。
3. 在反应过程中，根据需要适时添加催化剂或其他添加剂，注意控制添加量和添加方式。
4. 关注反应温度，根据反应动力学和反应条件及时调整加热或冷却设备，保持反应温度在合适的范围内。
5. 监测反应物的消失情况和生成物的形成情况，根据实际反应进程调整反应时间。
6. 反应结束后，关闭进料阀门和加热设备，停止搅拌机械，将反应液排空。
四、安全操作措施1. 在操作过程中严格遵守相关的安全操作规程，佩戴个人防护装备，如手套、护目镜等。
2. 在投料和添加剂时要注意控制速度和量，避免产生剧烈反应。
3. 要时刻关注反应温度和压力的变化，及时调整控制设备，避免过高的温度和压力造成反应器失控。
4. 反应物排空时要注意排气和排污的安全，避免产生有害气体的泄漏和环境污染。
五、事故应急处理1. 在发生反应过程中突发事故时，立即切断供料和加热设备，并启动应急救援措施。
2. 在发生泄漏、爆炸等情况时，根据现场实际情况采取安全措施，确保人员安全并防止事态扩大。
3. 及时报告相关部门和管理人员，积极参与事故处理和调查，总结经验教训并采取措施防范类似事故的发生。
六、操作记录和验收1. 对每一次反应操作都要进行详细记录，包括反应条件、操作过程和关键参数等。
2. 严格按照相关操作规程进行操作，并进行验收，确保符合生产要求和质量标准。
第1组--搅拌器选择分析解析
第1组:曹会敏 杜鹃 郝梦雅 季从兰 赵佳鹏 陈新明 蒋康
1. 搅拌目的：均相液体的混合、液液分散、气液相分散、 固液分散、固液溶解、强化传热。 2.搅拌的要求： （1）反应釜中的物料能很快且良好地分布在反应釜中的 整个物料之中。 （2）反应釜中的物料混合要充分，没有死角，任何一处 的浓度均应相等。
（5）对于固体溶解，除了要有较大的循环流量，还要有较强的 剪切作用，以促使固体溶解。（6）对于结晶过程，需要控制 晶体的形状和大小。对于微粒结晶，要求有较强的剪切作用 和较 大的循环流量，所以选择涡轮式搅拌器。对于密度较大 的结晶，只要求有一定的循环流量和较 低的剪切作用，因此 可选择桨式搅拌器。 （7）对于以传热为主的搅拌操作，控制因素为总体循环流量和 换热面上的高速流动，因此，可 选用涡轮式搅拌器。
化工工业中常用的搅拌装置是机械搅 拌装置。典型的机械搅拌装置包 括：搅拌器、辅助部件和附件。 工业上常用的搅拌器有：桨式搅拌器、 涡轮式搅拌器、推进式搅拌器、 框式和锚式搅拌器、螺带式搅拌 器和螺杆式搅拌器。
1.按桨叶搅拌结构：分为平叶、斜（折）叶、弯叶、螺旋面叶 式搅拌器。浆式、涡轮式搅拌器都有平叶和斜叶结构；推进 式、螺杆式和螺带式的桨叶为螺旋面叶结构。根据安装要求 又可分为整体式和剖分式，便于把搅拌器直接固定在搅拌轴 上而不用拆除联轴器等其他部件。 2.按搅拌器的用途：分为低黏流体用搅拌器、高黏流体用搅拌 器。用于低黏流体的搅拌器有：推进式、浆式、开启涡轮式、 圆盘涡轮式、布鲁马金式、板框浆式、三叶后完式等。用于 高黏流体的搅拌器有：锚式、框式锯齿圆盘式、螺旋浆式、 螺带式等。
对于某些快速复杂反应，可以防止局部浓度过高，是 副反应增加，从而导致选择性降低。 （3）反应釜内物料侧的传热系数要求足够大，从而使反 应热可以及时移出或使反应需要的热量及时传入。 （4）如果反应受传质速率的控制，通过搅拌的作用可以 使传质速率达到合适的数值。
反应器选型与设计
反应器选型与设计一、反应器类型反应器设备种类很多，按结构型式分，大致可分为釜式反应器、管式反应器、塔式反应器、固定床反应器、流化床反应器等。
1.1釜式反应器：反应器中物料浓度和温度处处相等，并且等于反应器出口物料的浓度和温度。
物料质点在反应器内停留时间有长有短，存在不同停留时间物料的混合，即返混程度最大。
应器内物料所有参数，如浓度、温度等都不随时间变化，从而不存在时间这个自变量。
优点：适用范围广泛，投资少，投产容易，可以方便地改变反应内容。
缺点：换热面积小，反应温度不易控制，停留时间不一致。
绝大多数用于有液相参与的反应，如：液液、液固、气液、气液固反应等。
1.2 管式反应器①由于反应物的分子在反应器内停留时间相等，所以在反应器内任何一点上的反应物浓度和化学反应速度都不随时间而变化，只随管长变化。
②管式反应器具有容积小、比表面大、单位容积的传热面积大，特别适用于热效应较大的反应。
③由于反应物在管式反应器中反应速度快、流速快，所以它的生产能力高。
④管式反应器适用于大型化和连续化的化工生产。
⑤和釜式反应器相比较，其返混较小，在流速较低的情况下，其管内流体流型接近与理想流体。
⑥管式反应器既适用于液相反应，又适用于气相反应。
用于加压反应尤为合适。
1.3 固定床反应器固定床反应器的优点是：①返混小，流体同催化剂可进行有效接触，当反应伴有串联副反应时可得较高选择性。
②催化剂机械损耗小。
③结构简单。
固定床反应器的缺点是：①传热差，反应放热量很大时，即使是列管式反应器也可能出现飞温（反应温度失去控制，急剧上升，超过允许范围）。
②操作过程中催化剂不能更换，催化剂需要频繁再生的反应一般不宜使用，常代之以流化床反应器或移动床反应器。
固定床反应器中的催化剂不限于颗粒状，网状催化剂早已应用于工业上。
目前，蜂窝状、纤维状催化剂也已被广泛使用。
1. 4 流化床反应器（1）流化床反应器的优点①由于可采用细粉颗粒，并在悬浮状态下与流体接触，流固相界面积大（可16400m2/m3），有利于非均相反应的进行，提高了催化剂的利用率。
均相反应器的选择—釜式反应器应用与分类
h VT 2 V封 ＝ 6.667 2 0.131 1.83 ＝2.020 m
0.785 D 2
0.785 1.82
釜体实际高度为：
1、夹套的结构形式
二、夹套的结构与尺寸
• 在容器外侧，用焊接或法兰连接方式装设各种形状的钢结构，使其与 容器外壁形成密闭的空间。
• 此空间内通入加热或冷却介质，可加热或冷却容器内的物料。
对于发酵类物料的反应，为使通入的空气能与发酵液充分 接触，需要有一定的液位高度，故筒体的高度不宜太矮。
采用夹套传热结构，单从传热角度考虑，一般也希望筒体
高一些。
釜体的几何尺寸要求
化工 工艺 要求
H/Di
▼ 一般反应釜
○ 液-液相或液-固相物料 1～1.3
○ 气-液相物料
1～2
▼ 发酵罐类
○ 气-液相物料
机械搅拌 Text
气流搅拌
射流搅拌 静态搅拌
电磁搅拌
按材质分类
釜式反应器
Text 玻璃釜式反应器
搪瓷釜式反应器
铸铁釜式反应器
钢制釜式反应器
按材质分类
钢制反应器：普通碳钢、不锈钢，可以耐一般酸性介质，经 过镜面抛光的不锈钢釜适用于高粘度体系聚合反应。 铸铁反应器：铸铁，在硝化、磺化、缩合、硫酸增浓等反应 过程应用较多。 搪瓷反应器：在碳钢锅的内表面上涂含二氧化硅的玻璃釉， 经过高温烧制，形成玻璃搪层。具有耐腐蚀性、耐热性、耐 冲击性。
反应釜直径D0与筒体高度H的确定
例6-1 有一变容反应体系，采用搅拌釜反应器，日产 量Wd=26.6t·d-1,间歇操作。τR＝3h、τa=0.5h、 ρm ＝ 970kg·m-3 、 体 积 收 缩 系 数 ε ＝ -0.2 、 φ ＝ 0.6、H/D＝1.5～2，上下封头均用标准椭圆封头， 如本题附图所示，确定反应器几何外形尺寸。
反应器一(绪论+釜式)
7、其它工艺接管:进料管、出料管、仪表接管
二、釜式反应器的搅拌装置
1、搅拌的目的
使物料混和均匀,强化传热和传质。
包括：（1）加快互溶液体的混合；
（2）使一种液体以液滴形式均匀分散于另一种不互溶的液体中；
（3）使气体以气泡的形式分散于液体中；
（4）使固体颗粒在液体中悬浮；
（5）加强冷、热液体之间的混合以及强化液体与器壁的传热。
②压力试验有两种，液压试验和气压试验。
致密性试验：
①符合下列情况时，容器应考虑进行致密性试验：
a.介质为易燃、易爆和极度危害或高度危害时；
b.对真空有较严格要求时；
如有泄漏将危及容器的安全性和正常操作者。
②致密性试验方法有：气密性试验、煤油渗漏试验和氨渗漏试验方法等
2、壳体的材质
壳体的材质主要为钢制反应釜、铸铁反应釜及搪玻璃反应釜。
C搪玻璃反应釜性能如下：
①耐腐蚀性：能耐大多数无机酸、有机酸、有机溶剂等介质的腐蚀。
搪玻璃设备不宜用于下列介质的储存和反应：任何浓度和温度的氢氟酸；PH＞12且温度大于100℃的碱性介质；温度大于180℃、浓度大于30%的磷酸；酸碱交替的反应过程；含氟离子的其他介质。
②耐热性：允许在- 30～+240℃范围内使用
釜式反应器的壳体结构包括：
筒体、底、盖（或称封头）、手孔或人孔、视镜及各种工艺接管口等。
1、釜式反应器的筒体
作用：主要用来提供容积，是完成介质的物理、化学反应的容器。
釜式反应器的筒体皆制成圆筒形。
A筒体一般按外压容器考虑。
原因（1）、搅拌釜通常适用于低压或常压反应
（2）、筒体外夹套内通常通水蒸气作为热源
二、化学反应器的分类
第三章均相理想反应器
第三章均相理想反应器反应器的开发主要有两个任务：1．优化设计—反应器选型、定尺寸、确定操作条件。
2．优化操作—根据实际操作情况，修正反应器的数学模型参数，优化操作条件。
最根本任务—最高的经济和社会效益。
3．1 反应器设计基础3．1．1反应器中流体的流动与混合理想反应器的分类对理想反应器（ideal reactor），主要讨论三种类型：1．间歇反应器(Batch Reactor—BR);2．平推流反应器(Plug /Piston Flow Reactor—PFR)；3．全混流反应器(Continuously Stirred Tank Reactor—CSTR)。
返混(back mixing)—不同停留时间的粒子之间的混合;混合(mixing)—不同空间位置的粒子之间的混合。
注意：返混≠混合！平推流—物料以均一流速向前推进。
特点是粒子在反应器中的停留时间相同，不存在返混。
T、P、C i随轴向位置变（齐头并进无返混，变化随轴不随径）。
全混流（理想混合）—物料进入反应器后能够达到瞬间的完全混合。
特点是反应器内各处的T、P、C i相同，物性不随反应器的位置变，返混达到最大。
3．1．2 反应器设计的基础方程反应器的工艺设计包括两方面的内容：1．由给定生产任务和原料条件设计反应器；2．对已有的反应器进行较核，看达到质量要求时，产量是否能保证，或达到产量时，质量能否保证。
反应器设计的基础方程主要是：1．动力学方程；2．物料衡算方程；3．热量衡算方程；4．动量衡算方程。
一、物料衡算方程对反应器内选取的一个微元，在单位时间内，对物质A有：进入量=排出量+反应消耗量+积累量(3.1-1)用符号表示：F in F out F r F b即：F in=F out+F r+F b(3.1-2) 1．对间操作，反应过程无进料和出料，即：F in=F out=0则：-F r=F b(3.1-4) 反应量等于负积累量。
2．对连续稳定操作，积累量为零，即：F b=0则F in=F out+F r（3.1-6）二、热量衡算方程对反应器内选定的微元，单位时间内的热量变化有：随物料流－随物料流＋与边界交＋反应热=积累热量入的热量出的热量换的热量符号：Q in Q out Q u Q r Q b入为正放热为正即：Q in－Q out＋Q u＋Q r=Q b(3.1-8) 1．对于稳定操作的反应器，热的积累为零，即：Q b=0Q in－Q out＋Q u＋Q r=0(3.1-9) 2．对稳态操作的绝热反应器，Q u=Q b=0，即：Q in－Q out＋Q r=0(3.1-10) 反应热全部用来升高或降低物料的温度。
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。
1-均相反应动力学和理想反应器
A A B B ... R R S S ... I I 0
I组分的计量系数
化学计量方程特点：
1）只表示反应过程中参与反应组分间量的变化关 系，与反应的历程无关；
2）将计量方程乘以非零常数以后，可得到一个新 的计量方程 I I 0 ，不会改变组分之间量的 变化关系；为了消除计量系数在数值上的这种不 确定性，规定计量系数之间不应含有除1以外的任 何公因子。
n A n A0 nB nB 0 nR nR 0 nS nS 0 0 A ( 0) B ( 0) R ( 0) S ( 0)
( 0 )
( 0 )
( 0 )
( 0 )
n A n A0 A ( 0)
( 0 )
n nB 0 B B ( 0)
k k0 e
E RT
活化能与反应热
•活化能：将反应分子激发到可进行反应的“活化状态”所需要的能量。
活化能的物理意义：
k k0 e
E RT
dk E dk dT E k ( ) /( ) dT RT 2 k T RT
活化能反应了温度对反应速率常数的影响程度。
k k0 e
第一章 均相单一反应动力学和理想反应器
[学习目的]
Chapter 1 Chemical Kinetics of Homogenous Reactions & Ideal Reactor
了解反应程度、转化率、化学反应速率、化学动力学方程等基本知识；
了解反应器设计的基本概念及基础方程； 了解理想反应器在非等温条件下的设计、组合；
并按单一反应过程求得各自的动力学方程； 2）求和:在复合反应系统中，某一组分对化学反 应的贡献通常用该组分的生成速率来表示。当该 组分同时参与若干个单一反应时，该组分的生成 速率应该是其在各个单一反应中的生成速率之和。
2024年化工总控工(四级)考试题库(附答案)
2024年化工总控工（四级）考试题库（附答案）一、单选题1.测量值和设定值的偏差在()情况下，投自动比较适宜。
A、5%B、10%C、15%D、20%参考答案：A2.下列是产生塔板漏液的原因()。
A、上升蒸汽量小B、下降液体量大C、进料量大D、再沸器加热量大参考答案：A3.硝酸生产的原料是()。
A、H2B、N2C、ArD、NH3参考答案：D4.导热系数的单位为()。
A、W/(m错℃)B、W/(m2错℃)C、W/(kg错℃)D、W/(S错℃)参考答案：A5.物料和筛子一定，筛分效率与时间的关系为()。
A、随之增大而增大B、先减小后增大C、先增大后减小D、先增大后变化不大参考答案：D6.严重的雾沫夹带将导致()。
A、塔压增大B、板效率下降C、液泛D、板效率提高参考答案：B7.当物料的含水量较高影响筛分作业时，可采用()提高筛分效率。
A、增加时间B、增大筛孔C、增长筛面宽度D、增加振动频率参考答案：B8.列管式换热器一般不采用多壳程结构，而采用()以强化传热效果。
A、隔板B、波纹板C、翅片板D、折流挡板参考答案：D9.设备分类代号中表示容器的字母为()A、TB、VC、PD、R参考答案：B10.下列哪种情况不是诱发降液管液泛的原因()。
A、液、气负荷过大B、过量雾沫夹带C、塔板间距过小D、过量漏液参考答案：D11.在非金属液体中，()的导热系数最高。
A、水B、乙醇C、苯乙烯D、甲醇参考答案：A12.对于真实气体，下列与理想气体相近的条件是()。
A、高温高压B、高温低压C、低温高压D、低温低压参考答案：B13.在任意条件下，任一基元反应的活化能Ea()。
A、一定大于零B、一定小于零C、一定等于零D、条件不全，无法确定参考答案：A14.吸收过程是溶质()的传递过程。
A、从气相向液相B、气液两相之间C、从液相向气相D、任一相态参考答案：A15.异中求同的思维模式是指()。
A、发散思维B、逆向思维C、相似联想D、侧向思维参考答案：B16.属于理想的均相反应器的是()。
任务1 均相反应器的选择
其他装置
手孔、人孔：安装和检修设备的内部构件。 视镜:观察设备内部物料的反应情况，也作液
面指示用 安全装置: 安全阀和爆破膜 其它工艺接管:进料管、出料管、仪表接管
（一）搅拌釜式反应器基本结构 2. 搅拌装置 浆式搅拌器
（一）搅拌釜式反应器基本结构 2. 搅拌装置 推进式搅拌器
• 主要优点∶便于自动化，劳动生产率高，反应程度 与产品质量较稳定。规模大或要求 严格控制反应条件的场合，多采用 连续操作。
• 主要缺点∶灵活性小，设备 投资高。
时间
（二）搅拌釜式反应器的分类 2. 按材质分 （1）钢制反应釜 （2）铸铁反应釜 （3）搪玻璃反应釜 耐腐蚀性
性能 耐热性 耐冲击性
连续操作
连续地将原料输入反应器，反应产物也连续地流出反应器
A的流入量
FA0 Q0CA0
反应量 -rAV
浓度CA 体积V
A的流出量
FA QCA
• 操作特点∶物料连续输入，产物连续输出，时刻伴 随着物料的流动。
• 基本特征∶连续反应过程是一个稳态过程，反应器 内各处的组成不随时间变化。（反应组分、浓度可 能随位置变化而变化。）
a) 钢制反应釜：材料为Q235A（或容器钢）。
特点：制造工艺简单、造价费用较低，维护检 修方便由于材料Q235A不耐酸性介质腐蚀，常用 的还有不锈钢材料制的反应釜，可以耐一般酸性 介质。经过镜面抛光的不锈钢制反应釜还特别适 用于高粘度体系聚合反应。
b) 铸铁反应釜在氯化、磺化、硝化、缩合、硫酸增 浓等反应过程中使用较多。
1.按操作方式分类 2.按材质分类 3.按操作压力分类
（二）搅拌釜式反应器的分类
1. 按操作方式分
间歇操作
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（一）搅 拌釜式反应器基本结构 4. 换热装置
釜式反应器换热装置
U型管式换热器
螺旋板式换热器
蛇管式换热器
浮头换热器
列管换热器
（二）无泄漏磁力釜基本结构 包括：釜体、搅拌转子
传热构件、传动装置、
安全与保护装置
（三）反应釜的特点与发展趋势 结构基本相同
目前反应釜
共同特点
教学目标：根据反应特点和生产条件正确选择反应器 类型。
设计最优化：体积，数量等
研究目的：
操作最优化：串联，并联等
反应器选择、设计与操作：
是关于如何在工业规模上实现化学反应过程，以期最
有效地把化工原料转化为尽可能多的目的产品，实现经济
效益，以满足国民经济需要的一门工程技术学科。
化学工业中常见的均相反应器
操作压力较高
操作温度较高
反应釜中进行化学反应
多属间歇操作
（三）反应釜的特点与发展趋势 大容积化
反应釜
发展趋势
双搅拌器或外加泵强制循环
生产自动化和连续化
合理利用热能
（一）管式反应器在化工生产中的应用与分类 多管串联：气相反应和液相反应
多管并联：气固相反应
（二）管式反应器的特点 适用于热效应较大的反应 特 点 生产效率高 产品质量有保证 返混小
二、填空题
壳体、搅拌装置、轴封、换热装置 1、搅拌釜式反应器的基本结构主要包括____________。
2、搅拌的根本目的是：加强反应物料混合，强化传质和传热
原料预处理、化学反应、产物分离 3、化工生产过程的组成部分：
1. 2.
简述搅拌釜式反应器的分类。 搪玻璃反应釜不宜用于哪类介质的储存与反应？
• 主要优点∶操作灵活，设备费低，适用于小批量生产或小
规模废水的处理。 • 主要缺点∶设备利用率低，劳动强度大，每批的操作条件 不易相同，不便自动控制。
半间歇操作/半连续操作
操作：原料与产物中的一种或一种以上为连续输入或 输出，而其它成分分批加入或取出的操作称为 半间歇操作或半连续操作。
半间歇操作第一种情况：将一种原料B分批加入， 原料A连续加入。 以A+B
产物分离
（一）搅拌釜式反应器的应用 均相反应：单一相 应用于 非均相反应：两相或两相以上
特点
结构简单、加工方便、传质效率高、温度分布均匀、
操作条件的可控范围较广、操作灵活性大，便于更
换品种，能适应多样化的生产。
（二）搅拌釜式反应器的分类
1. 按操作方式分：
间歇式， 半连续（半间歇）， 连续式
间歇操作
将反应原料一次加入反应器，反应一段时
间或达到一定的反应程度后一次取出全部的反
应物料，然后进入下一轮操作。
间歇操作特点∶反应过程中既没有物料的输入，也没有物 料的输出，不存在物料的进与出。
一次性加入物料
P
A+B
一次性全部取出物料
以A+B
P为例说明
• 基本特征∶间歇反应过程是一个非稳态的过程，反应器 内组成随时间变化而变化。
应条件的场合，多采用连续
（二）搅拌釜式反应器的分类
2. 按材质分
（1）钢制反应釜：工艺简单，造价低，检修方便
（2）铸铁反应釜
（3）搪玻璃反应釜
P16 性能
耐腐蚀性：不适用HF，碱性介质
耐热性:
允许在-30到240℃
耐冲击性： 较小
我国搪玻璃反应釜分为K型和F型： K型：锅盖和锅体分开
釜式反应器
管式反应器
化学反应器分类：
均相，非均相 管式，釜式，塔，固定床，流化床等 等温，非等温 绝热式，外热式，蒸发传热式
1.按物料聚集状态
2.按反应器结构
3.按反应温度
4.按传热方式
工作任务 根据化工产品的反应特点和生产条件初步选择 均相反应器的类型。
技术理论
原料预处理
化工生产过程
化学反应（核心）--化学反应器
原料A连续加入
P为例来说明
原料B分批加入
产物P
半间歇操作第二种情况：将两种原料A和B一起 分批加入，用蒸馏方法连续移走部分产品P. 以A+B
产品P连续移走
P为例来说明
A+B
半间歇操作主要特点： 半间歇操作具有间歇操作和连续操作的某些特点； 反应器内的组成随时间变化而变化。
连续操作
连续地将原料输入反应器，反应产物也连续地流出反应器 以A+B P为例来说明
连续加入反应物A
连续加入反应物B
连续取走产物P
• 操作特点∶物料连续输入，产物连续输出，时刻伴 随着物料的流动。 • 基本特征∶连续反应过程是一个稳态过程，反应器 内各处的组成不随时间变化。（反应组分、浓度可
能随位置变化而变化。）
与间歇操作特 点和特征做对 比
•
主要优点∶便于自动化，劳动生产率高，反应程 度与产品质量较稳定。规模大或要求严格控制反
构成：搅拌轴和搅拌电机
目的：加强釜内物料混合，强化传质传热
浆式搅拌器
推进式搅拌器
涡轮式搅拌器
框式和锚式
螺带式搅拌器
（一）搅拌釜式反应器基本结构 3. 轴封
作用：防止釜的主体与搅拌轴之间的泄漏
（1）填料密封
（一）搅拌釜式反应器基本结构 3. 轴封
（2）机械密封
动环，静环，
弹簧加荷装置，
F型：盖体不分
（二）搅拌釜式反应器的分类
3. 按操作压力分
低压釜：动密封
高压釜：磁力搅拌釜，静密封
（一）搅拌釜式反应器基本结构 壳体
搅拌装置
轴封
换热装置
（一）搅拌釜式反应器基本结构
1.
壳体
筒体、上盖、下封头
平面形
（低压）
碟形
椭圆形
球形
（高压）
（中高压）
（一）搅拌釜式反应器基本结构 2. 搅拌装置
1.直管
2. 弯管
3.密封环 透镜环：圆柱形、“T”形。
4. 管件
5. 机架
反应特征 选择依据 反应器的特征
生产要求
根据物料的聚集状态选择
主要
考虑
根据生产量选择
根据反应速率选择
根据动力学特性选择
一 、判断题
1、釜式反应器可用来进行均相反应，也可用于以液相为主的
非均相反应。
2、搪玻璃反应釜具有良好的抗腐蚀性，特别适于酸碱交替的 反应过程。