活塞流反应器

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2015年生化复习题

复习题（2015）一、名词解释相对热阻、返混、活塞流反应器、细胞的比耗氧速率Q O2、摄氧率、临界溶氧浓度、氧的满足度、轴功率、P0、Pg、Y X/S、Y P/S、限制性底物、Dm、D C、非结构模型、均衡生长、D、m、Y G、Y P、μ、OTR、OUR、RQ、微生物的二次生长、拟稳态二、填空题1、对培养基进行湿热灭菌时，要以细菌孢子死灭程度为控制指标。

2、培养基中微生物热死亡动力学方程为 lnN/No=-Kt ，其中N0表示开始灭菌时的杂菌浓度，t表示灭菌时间。

3、在培养基灭菌过程中，K与T的关系，可用Arrhenius方程表示 K= ， K大小反映微生物受热死亡的难易程度，是与及有关。

4、连续灭菌过程中，反应器的H/D越大，越接近型反应器。

H/D越小，越接近型反应器。

5、在培养基灭菌过程中， K大小反映微生物受热死亡的难易程度，是与微生物的种类及有关。

相同温度下，k值愈小则此微生物愈。

6、连续式活塞流反应器返混为，而连续式全混流反应器则为。

7、连续灭菌设备一般包括______________、____________和_____________。

8、空气通过深层过滤，可达到有效除菌的目的。

这主要是由于滞留作用截获微粒，使空气净化。

滞留作用机制主要构成为、、。

9、在空气过滤除菌过程中，过滤效率与空气流速有关。

当空气流速比较低时，过滤效率随10、空气流速，此时，起主要作用；当空气流速比较高时，过滤效率随空气流速，此时，起主要作用。

11、常用的空气除菌方法包括、、和。

12、空气贮罐的主要作用是和。

13、空气过滤除菌可分为和两种。

14、空气过滤遵循对数穿透定律，可表示为。

其中L表示，Ns表示，数值为。

15、在典型的空气过滤除菌净化流程中两次冷却，两级分离，再加热后过滤除菌是最常用的方法，两次冷却的目的是，两次分离的目的是。

16、深层过滤器的设计中，最重要的设计参数是。

17、空气过滤器的过滤常数K=0.23cm-1，L90= 。

化学反应工程（1）

化学反应⼯程（1）1、幂函数型反应动⼒学⽅程和双曲函数型反应动⼒学⽅程⼀般各适⽤什么场合？各有什么特点与区别？答：上述两类动⼒学模型都具有很强的拟合实验数据的能⼒，都既可⽤于均相反应体系，也可⽤于⾮均相反应体系。

以均匀表⾯吸附理论为基础的L -H 型反应动⼒学⽅程称为双曲函数型动⼒学⽅程；以不均匀表⾯吸附理论为基础的反应动⼒学⽅程，且只有单组分吸附态时，可形成幂函数型，称为数型反应动⼒学⽅程。

幂函数反应动⼒学⽅程形式简单，参数数⽬少，通常也能够精确地拟合实验数据，所以在⾮均相反应过程开发和⼯业反应器设计得到⼴泛应⽤。

若反应产物对反应起到抑制作⽤，反应物的浓度将出现在反应动⼒学⽅程中，即)(幂级函数s S C r R C B C A C k A r βα=- )(1双曲函数型s SC r R C k B C A C k A r *+=-βα当反应开始时，反应产物浓度为0，r A 趋于⽆穷⼤，不符合事实。

⽽⽤双曲型函数修正，既可避免上述困难。

2、⽓固催化反应⼀般要经历哪⼏个步骤？其中具有化学变化特征的是哪⼏个步骤？答：⼀般要经历以下⼏个步骤：①反应物从⽓流主体扩散到催化剂颗粒表⾯；②反应物从催化剂颗粒外表⾯向催化剂孔道内部扩散；③在催化剂内部孔道所组成的内表⾯上进⾏催化反应；④产物从外表⾯扩散到内表⾯；⑤产物从外表⾯扩散到⽓流主体。

①⑤称为外扩散过程，②④称为内扩散过程，③为本征动⼒学⽅程，其中步骤三具有化学特征变化。

3、在什么样的情况下，反应原料的预混合相当重要的？答：当反应发⽣在两种或两种以上组分之间时，这些组分必须预先混合，提供不同组分互相接触的机会，反应能进⾏。

当反应速率很快或流体黏度很⾼，达到分⼦尺度的均匀混合时间很长时，预混合将对反应结果产⽣重⼤影响。

如在⽓固催化反应中，反应物⼀经接触就开始反应，必须采⽤有效地预混合措施以保证最佳的浓度和温度分布。

在均相反应的极快反应中，如对⼀些易燃易爆的组分预混合必不可少，否则物料在流动中容易形成爆炸死⾓。

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。

反应工程题库(答案自己做的,仅供参考)

一、是非题：（正确的打“√”，错误的打“×”） 1．对化学反应来说，温度越高，反应速率越大，因此高温操作，可使反应器体积最小。

（× ）2．多个PFR 串联或多个CSTR 串联，其流型仍为活塞流或全混流。

（ × ） 3．对于零级反应，由于反应速率与反应物浓度无关，因此催化剂内扩散阻力对宏观反应速率无影响。

（ × ）4．在进行均相反应动力学实验时，既可以在间歇反应器中进行，也可以在连续流动反应器中进行，但由于反应器操作方式不同，因此所得的反应动力学方程形式也是不同的。

( × )5．间歇釜式反应器改成连续操作后，由于省去了辅助时间，因此一定能提高产量。

（ × ）6．在绝热式固定床反应器中进行一级不可逆反应，由于西勒（Thiele ）模数与反应物浓度无关，因此内扩散有效因子在床内为常数。

（ × ）7．由于全混釜的停留时间分布比任意非理想流动反应器的都宽，因此NFR t CSTR t )()(22σσ>。

（ × ）8．在一绝热反应器中，仅当进行一级反应时，其反应温度和转化率的关系才呈线性。

（ × ）9.在任意转化率下，一级不可逆连串反应在全混流反应器中进行的收率总是低于在间歇釜中进行的收率。

√10．在相同的温度下，一级连串不可逆反应A →P →Q ，在间歇反应器中进行时P 的收率总是高于在全混流中进行的P 的收率。

（ √ ）11．在全混流釜式反应器中进行液相反应,由于返混程度最大,故反应速率一定最小。

（ × ）12．因为单一反应就是基元反应，因此反应级数与化学计量系数相同。

（ × ）13．一自催化反应P A k−→−,若(-R A )=kC A C P ，由于反应级数大于零，则在达到相同的转化率时，所需的V PFR 总是小于V CSTR 。

（） 14．在间歇反应器（BR ）中和活塞流反应器（PFR ）中等温进行同一反应，若C A0、x Af 相同时，则t BR = τPFR 。

期末复习题及答案化工设计概论

中国石油大学（北京）远程教育学院化工设计概论期末复习题一、给出下面概念和术语的定义1、热；2、活塞流型反应器；3、管件；4、分离过程；5、温-焓图(T-H)；6、固定床反应器；7、聚式流态化；8、传质分离过程（平衡分离过程）；9、工艺流程示意图；10、连续过程；11、中间反应；12、速率控制分离过程；13、逆流反应器；14、分离因子；15、化工过程；16、间歇过程；17、工艺过程阶段；18、夹点；19、化学反应路线；20、流化床反应器；二、单项与多项选择题1、（）衡算式是化学反应过程物料衡算不能应用的。

A．总质量衡算式；B．组分质量衡算式；C．元素原子物质的量衡算式；D．元素原子质量衡算式2、在进行过程的物料平衡计算时，对系统需要分析的内容有（）。

A．确定物料平衡方程式；B．确定物流约束式；C．确定设备约束式；D．确定变量3、在温-焓图中得到热复合曲线的步骤有（）步骤。

A．划分温区；B．各热流温度按高到低顺序排列；C．求每个温区的总热交换量；D．画出每个温区的总物流线4、（）不是化工设计的内容。

A．反应过程选择与优化；B．分离过程选择与优化；C．厂区道路规划与设计；D．化工过程系统优化5、管道布置图包括下面（）图样。

A．管件图；B．管架图管道施工说明；C．蒸汽伴管系统布置图；D．管道平面布置图6、（）分离过程不是速率控制分离过程。

A．膜分离过程；B．反渗透分离过程；C．冷冻干燥分离过程；D．超滤分离过程7、间歇过程有（）特点。

A．生产灵活性高；B．易实现自动化；C．适合有固相的物流；D．适合生产季节性产品8、分离过程的选择应分析分离过程的（）方面。

A．可行性；B．经济性；C．可靠性；D．生产规模9、对能量过程的分析方法有（）。

A．能量衡算法；B．热流分析法；C．熵分析法；D．功衡算法10、夹点之上区域不可设置（）。

A．热阱；B．保温器；C．热源；D．物流混合器11、对新过程的化工设计需要进行（）A．概念设计；B．装置设计；C．中试设计；D．反应设计12、换热网络设计的目的是得到（）。

化学反应工程期末考试复习题

8、简述理想反应器的种类？答：通常所指的理想反应器有两类：理想混合（完全混合）反应器和
平推流（活塞流或挤出流）反应器。所谓完全混合流反应器是指器内的反应流体瞬间达到完全混合，器内物料与反应器出口物料具有相同的温度和浓度。所谓平推流反应器是指器内反应物料以相同的流速和一致的方向进行移动，不存在不同停留时间的物料的混合，所有的物料在器内具有相同的停留时间。
内的流体，在反应器出口流体的质点中，在器内停留了t到t+dt之间的流
体的质点所占的分率为E（t）dt
=0
E(t)dt
1.0
6、活塞流反应器与全混流反应器的相同点和不同点是什么？答：（1）活塞流反应器又称平推流或理想置换反应器。特点：沿物流方向，反
应混合物T、C不断变化，而垂直于物流方向的任一截面（称径向平面）上物料的所有参数，如：C、T、P、U等均相同。在定态情况下，沿流动方向上物料质点不存在返混，垂直于流动方向上的物料质点参数相同。长径比很大，流速较高的管式反应器。（2）全混流反应器又犯法理想混合或连续搅拌槽式反应器模型：特点：在反应器中所有空间位置的物料参数（C、T、P）都是均匀的，而且等于物料在反应器出口处的性质。搅拌很好的连续搅拌槽式反应器。
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五、计算题
首先求反应速率常数
V cA0 cA
V0
rAf
2 1 0.2 1 0.2k
k 2hr1
全混流反应器切断进出料即为间歇反应器
cA ekt cA0
cA e20.5 0.2
cA 0.0736kmol m3
xA
cA0 cA cA0
1 0.0736 1
0.9264
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11、流态化——当流化速度达到一定数值时，固体颗粒相互之间无接触，床层体积膨胀，固体颗粒处于激烈的运动状态。 12、返混—— 不同年龄质点间的混合—时间概念上的逆向。连续流动反应器中，反应物料的参数随空间位置而变，不同空间位置的物料由于倒流、绕流、回流等流动状况，使不同年龄的质点混合，即返混。 13、假态点——反应器的操作线中的满足热平衡条件但不满足热稳定条件的工作状态点，且通过适当改变条件可转化成稳态点的工作状态点。 14、对比速率——复杂反应中主产物的生成速率与副产物的生成速率的比值。

第二章反应器

本章重点：（1）反应器理论（2）停留时间函数、混合与反应（3）物料衡算方程与Fick 第一扩散定律第二章反应器§2-1 物料恒算方程物料恒算方程的推导在充满液体的体积V 中，组分A 的质量浓度为A ρ，其反应速率为A r , A ρ随时间的变化率为dtd Aρ，流量Q 不断进入和流出V ，A 的进口质量浓度为i A ρ，A 的出口质量浓度为oA ρ。

如果质量浓度以㎎/L 计算，体积V 以L 计算，按照质量守恒定律，可得到组分A 的下列物料衡算关系：每秒进入V 的质量+每秒在V 内产生或消失的质量=每秒流出的质量+每秒在V 内积累的质量式中每秒进入及流出V 的质量可用i A Q ρ及O A Q ρ表示；每秒在V 内所产生或消失的A 的质量应为A Vr ；每秒在V 内所积累的A 的质量是由于A ρ随时间变化所引起，V ⎪⎭⎫⎝⎛dt d A ρ，这样就得到了以下物料衡算方程：dtd VQ Vr Q AA A A o i ρρρ+=+ （2-1）式中V ⎪⎭⎫⎝⎛dt d A ρ虽然称为累计项，但它实际是其余三项的净效果，即式（2-1）写成下列形式才符合公式推导的思路：V ⎪⎭⎫⎝⎛dt d A ρ= o i A A A Q Vr Q ρρ-+注意：（1）体积V 有时取为一个反应器的整个体积，有时取为一个无穷小的体积元，应视具体情况而定；（2）公式的前提条件是：在V 中，A ρ，A r 及dtd Aρ都可看作是均匀分布的。

§2-2 浓度与扩散1. 通量的定义通量=扩散速率×浓度2. 质量浓度、质量分数（mass fraction ）及物质的量浓度、摩尔分数（mole fraction ）的关系以A 、B 二元体系为例来说明。

质量浓度：ρ= A ρ+B ρ （2-2）A c =A AM ρ B c =BBM ρA w =ρρAB w =ρρBc =A c +B c （2-5）A x =ccA（2-6）（2-3）（2-4）B x =cc B平均摩尔质量： M =cρ（2-7）A x +B x =1 M M x M x B B A A =+A x =MwM w M w BA A A A +A w +B w =1 MM w M w b B B A 1=+ A w =BB A A AA M x M x M x ⋅+⋅⋅3. 混合物的局部平均速率ν及局部摩尔平均速率ν*的定义ν=BA BB A A ρρυρυρ++=B B A A w w υυ+ (2-10)ν*=BA BB A A c c c c ++υυ=B B A A x x υυ+ (2-11)于是有：υυ -A 为A 相对于ν的扩散速率；υυ -B 为B 相对于ν的扩散速率；* υυ-A 为A 相对于*υ的扩散速率；* υυ-B 为B 相对于*υ的扩散速率；(2-8)2-9§2-3 Fick 第一扩散定律1. Fick 第一扩散定律分子扩散：物质通过它们的分子活动而相互渗透的现象。

化学反应工程学

ｑＶ
经过t→t+dt时间间隔从出口所流出的示踪物占示踪物总量（M0）的分率为：
dN 在t t dt时间流出的示踪物量 ( )示踪物 N 示踪物总量 qV c（t）dt M0
在注入示踪物的同时，进入流动体系的物料若是N，则在反应器内停留时间为t→t+dt的物料在N中所占的分率为：
ｑＶ
连续操作的流动体系
ｑＶ
在阶跃示踪法中，t秒时由出口测出的是停留时间为0→t秒的示踪物，即凡是停留时间小于或等于t的示踪物在t秒都会从出口流出来，所以阶跃法在t秒时所测定的示踪物浓度（t）应为：
停留时间为 0 t秒的示踪物 c(t ) t秒内加入物料体积 t秒内进入反应器的示踪物停留时间为 0 t秒的分率 t秒内加入物料体积 qV c0 t E（t） dt
np a s p n A, 0 n A
收率：生成目的产物的量比加入反应物的量
a np y p nA,0
收率、转化率与选择性之间的关系为：
y xA s
有时也用质量收率表示：
所得目的产物的质量 yw 输入某反应物的质量
（二）、反应器的分类 1、按反应物料的相态分类：
反应器的种类反应类型设备的结构反应特性形式
dN ( ) 物料 E（t）dt N
由于示踪物和物料在同一个流动体系里，所以
dN dN ( )示踪物 ( ) 物料 N N
qV c(t ) dt E (t )dt M0 qV E (t ) c(t ) M0
C(t)
t
2、阶跃示踪法
从某一时刻起连续加入示踪物测定示踪物浓度 c(t) 随时间 t 的变化
根据实验研究发现：均相反应的速度取决于物料的浓度和温度，这种关系可以用幂函数的形式表示，就是动力学方程式：

化工反应器设计及类型介绍

3）反应器内物料流动所产生的压强变化与总压相比，如能忽
略不计，则放大后的平均停留时间t 可VR用/ qv,0
计算；
4）对于气相反应，当反应器的管长远大于管径，而产生的压强变化又影响到反应器内的总压时，除了保证放大前后两反应系统具有相同的平均停留时间和停留时间分布函数外，还必须
保证压强的变化值相同。
化工反应器设计及类型介绍
2021年7月13日星期二
第五章反应器的类型及设计
1 反应器的设计是针对化学反应过程进行的，如反应器的选型、条件的优化和放大。
2 反应器放大，应考虑反应器放大前后保持转化率或收率相等，而反应的转化率和收率是由化学平衡和反应速率决定的，其中反应速率是根据生产规模计算所需反应器有效容积的依据。
较小时，则用推进式螺旋桨.
b: 当固、液相对密度较大，若只要求固体离开釜底而不要求均匀悬浮时，应安装底挡板；如果要求均匀悬浮，则应同时安装底挡板和壁挡板；
3)对于气体在液体中分散或气体的吸收:
要求良好的容积循环和剪切作用,选用涡轮式搅拌器。
a:当液层深度大时，宜用多层搅拌桨，釜内也应有挡
板，通气管应插入在搅拌桨下面，气体则由搅拌釜下的中
dZ
d
dZ
α为换算因子,压强量纲不同, α值不同,见表5-1
在空管内物料层流流动：摩擦因子 f=16/Re 在空管内物料湍流流动： f 0.046 Re0.2
如果反应管内填充了固体颗粒，计算压强降时应考虑颗粒床层产生的阻力。
只用物料衡算式计算: 恒温系统,压强变化很小
物料衡算式和热量衡算式: 变温系统
粒。流化床反应器：将细小催化剂颗粒在管式或塔式反应器内借流
二体、自按下反而应上物的料鼓的动相作态用分类，使之悬浮在反应器中。有均相反应器和非均相反应器

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。

第四章活塞流反应器

T1 T2 ( FA0 )1 E 2.3R log T ( FA0 )2
E＝51800 kcal/kmol (216900kJ/kmol)。
根据温度曲线以及预估的E值，就可如图4-3所示求取等效反应体积VR。
得到的xK～VR/FA0曲线示于图4-4。
假设速度方程的形式为:
rA kpA
沿反应器轴向考虑热量恒算：
dT FA0 (H ) dxA Udt (T Tr ) j c pj dz m j c pj dz m
j j
当反应器内部压降相当大而需要加以考虑时，可采用平均值来代替。对于空管，在一般的柏努利方程中可应用Fanning方程，即
dpt 2 fa dz dt
dV dx kpA0 (1 x) FA0
能量方程为：或
dx
c p dT FA0dx(H ) m
cp m FA0 (H ) dT
积分后就得到：
x x0 (T T0 )

cp m FA0 (H )
对物料衡算方程积分：
x V dx x0 kp (1 x) FA0 A0
时，这些方面可能是成问题的。
j m
• 稳定状态下的能量方程为：
c m
j
mj
j pj
dT Udt (T Tr )dz rA (H )dV 0
分j的质量流率，kg／hr； cpj ——j的比热，kcal／kg· ℃； T，Tr——分别为流体温度和环境温度，℃； U ——以管道内径为基准的总传热系数，kcal／m2· hr· ℃， U的计算式以及管内壁给热系数的关联式已在第三章中给出； z ——反应器的长度坐标，m。
例4.1.1 丙烷热裂解，根据等温活塞流管式反应器试验数

化学反应工程

一、填空题1.对可逆放热反应，为使整个反应始终在最大反应速率下操作，工业上通常采用的方法是绝热操作。

2.平推流反应器的返混为最小，全混流反应器的返混为最大。

3.表征反应前后分子数变化程度的方法有膨胀率和膨胀因子法。

4.对于循环操作的平推流反应器，当循环比R →0时为平推流反应器，而当R →∞时，则相当于全混流反应器。

5.全混流反应器其f （t ）曲线的方差σ2= 1 ，平推流反应器的方差σ2= 0 。

6.停留时间分布测定中，示踪物的输入方法主要有脉冲输入法和阶跃输入法。

7.混合按混合对象的年龄可以把混合分为同龄混合和返混。

8.膨胀因子 δA 与膨胀率 εA 的关系为。

9.为了获得最大的平均选择率，对于平行反应，当主反应级数大于副反应级数时，则优先选择平推流反应器，当主反应级数小于副反应级数时，优先选择全混流反应器。

10.要提高串联反应中间产物P 收率，优先选择平推流反应器。

11.当返混对反应结果不利时，限制返混的主要措施是分割。

12.对于反应 A+B→R ， r 1=k 10e -125000/RT C A 2C BA+B→S ， r 2=k 20e -175000/RT C A C B若R 为目的产物，应选择平推流反应器最好（填平推流流或全混流），应选择在低温度（填高或低）下操作反应器较有利。

1.工业反应过程的主要技术指标有：反应速率、选择性、和能量消耗。

3.在实际反应器中存在死区、短路和循环流等非理想流动现象。

4.理想流动是指平推流和全混流。

5.若流体是分子尺度作为独立运动单元来进行混合，这种流体称为微观流体。

8.不论是设计、放大或控制，都需要对研究对象作出定量的描述，也就要用数学式来表达参数间的关系，简称数学模型。

9. 通常自催化反应较合理的反应器组合方式为全混流串联平推流。

名词解释

名词解释：●生化工程（Biochenical engineering）：研究利用生物催化剂(酶或细胞)从事生物技术产品的生产的过程，即生化反应工程。

●微生物的热阻(microbe thermalresistance)：表征不同微生物对热抵抗能力强弱的指标。

是指微生物在某一特定条件(主要是温度和加热方式)下的致死时间。

●相对热阻：指在相同条件下两种微生物热阻的比值。

●返混（backmixing）：反应器中停留时间不同的物料之间的混合称为返混。

按照返混的程度，在化学工程中建立了两种理想的连续流动反应器模型：连续搅拌罐（CSTR）和活塞流反应器（PFR）反应器；●双膜理论：气液两相间存在一个界面，界面两侧分别为呈层流状态的气膜和液膜；在气液界面上两相浓度相互平衡，界面上不存在传递阻力；气液两相的主流途径上各点的氧浓度不随时间而变化。

●生化反应器：利用生物催化剂进行生化反应的设备。

（反应罐、发酵罐）●生物反应器的放大：将实验室研究设备中的优化培养或发酵结果转移到工业规模的生物反应器中加以重演的技术。

●生化工程的任务：就是要处理与生物学有关的工艺过程中的特殊性工程技术问题。

●培养基的灭菌：系指杀灭培养基中有生活能力的细菌营养体及其孢子。

●露点：空气中的水汽开始达到饱和而析出水分时的温度。

（当水汽未饱和时，气温一定高于露点温度）●临界氧浓度：当培养基中不存在其他限制性机制时，不影响好氧微生物生长繁殖的发酵液中最低的溶氧浓度。

●稀释率（D）：表示物料流量占反应器体积的比例。

（稀释速率的倒数就是物料在反应器中的停留时间）●D C（临界稀释率）：在恒化反应器中，菌体浓度通过稀释被“清洗出罐”，此时的稀释率为临界稀释率。

●功率准数（N P）：表示机械搅拌器施与单位体积被搅拌液体的外力与单位体积被搅拌的惯性力之比。

●轴功率：搅拌器以既定的转速回转时，用以克服介质阻力所需的功率。

（不包括机械转动的摩擦所消耗的功率）●全挡板条件：W/D*mb=0.4(w为挡板宽度，D为罐的直径)，且在一定条件下，再增加罐内附件而搅拌轴功率保持不变。

化学反应工程备课-第三章

非理想流动模型
偏离活塞流的产生的原因： ——涡流、湍动或流体碰撞反应器中的填料或催化剂引起旋涡运动(a) ； ——垂直于流体流动方向截面上的流速不均匀(b)；
——填料或催化刑装填不均匀引起的沟流或短路(c)；
——存在死角。
偏离全混流的几种情况 ——搅拌不均匀造成死角(a)； ——进、出门管线设置不好引起短路(b)； ——搅拌造成再循环。
（2）浓度效应 ——主反应级数大于副反应级数，即需要cA高时，可以采用活塞流反应器(或间歇反应器)；或使用浓度高的原料，或采用较低的单程转化率等
——主反应级数小于副反应级数，即需要cA 低时，可以采用全混流反应器；或使用浓度低的原料(也可加人情性稀释剂，也可用部分反应后的物料循环以降低进料中反应物的浓度)；或采用较高的转化率等。
设计和优化的基础。
反应器就流体的返混情况而言，抽象出两种极限的情况：（1）完全没有返混的活塞流反应器——实际生产中的多数管式反应器及固定床催化反应器。（2）返混达到极大值的全混流反应器——多数槽式反应器。
流动模型概述
（1）间歇反应器反应物料间歇加入与取出，反应物料的温度、浓度等操作
参数随时间而变，不随空间位置而变，所有物料质点在器内的反应时间相同。
——对复合反混中的平行反应，若主反应级数低于副反应级数，对复合反应中的连串反应选择率下降。若主反应级数高于副反应级数，返混使主产物选择率下降，返混使主产物选择率提高。
——对复合反应中的连串反应，返混使反应物浓度降低，产物浓度提高，因而使主产物的选择率下降。（2）逗留时间分布 ——逗留时间分布密度
全混流反应器中由于返混，整个反应器的推动力等于出口处反应推动力。
——如果在相同温度、相同进、出口浓度， CA0、CAf 、 CA*相

酶反应器的认知与操作—几种常用的酶反应器

他们采用了甲酸脱氢酶(FDH)，该酶需 NAD—，接受由甲酸脱下来的氢，生成 NADH，即NAD+得到了再生。此项设计，利用液-液双水相技术，获得廉价的甲酸脱氢酶和亮氨脱氢酶，将两种酶和NADH 一同在PFG-20000上进行固定化，再把这个反应系统置于超滤膜反府器内，如图 9.2-4所示。
将酶固定化于膜状惰性支持物上，将其卷成螺旋卷状，填充于柱中，称为螺旋卷膜式反应器（图9.2-1）。以包埋法为主制备的凝胶成型薄片固定化酶圆盘，叠装在旋转轴上，把整个装置浸泡在底物液中，即成转盘型酶膜反应器。此型反应器，结构较简单，容易放大，但反应器中单位体积的催化剂的有效面积较小。
空心酶管反应器（图9.2-2），是将酶固定化于内径约1mm的细管的内壁，组装而成，底物流经管内与酶接触进行反应，这类反应器在自动分析仪中应用较多。膜型反应器，特别是中空纤维膜反应器，结构复杂，制作麻烦，成本高，传质阻力大，不适宜于黏稠和不溶性底物应用。
填充床所用的面定化酶(或细脑)，可以是颗粒状或片状或膜状的，分层装填，还可用半透性中空纤维固定化酶，竖直平行装填反应器柱管（图9.2-1）。PFR液体流动的方式，有下向流、上向流或是循环流之分，工业上通常多用上向流，可以避免下向流动的液压对柱床的影响，对反应产生气体的，尤应注意。
PFR的优点是：结构简单，容易操作，效率高、易于实现白动化，对于存在产物抑制的反血．较为适宜。冈而。目前工业上较为普遍地采用这种反应器。它的缺点是：传质相传热都不太好，温度和PH接制较难，更换催化剂相当麻烦，不适宜于不溶性或黏稠性底物。
图9.2-1各种不同类型酶酶反应器 a—间隙式反应器；b—连续流搅拌罐反应器；c—填充床反应器；d—循环流填充床反应器；

反应工程(第三)第五章答案停留时间分布与反应器

5 停留时间分布与反应器5.1设F(θ)及E(θ)分别为闭式流动反应器地停留时间分布函数及停留时间分布密度函数,θ为对比时间.（1）（1）若该反应器为活塞流反应器,试求（a）（a）F(1)(b)E(1)(c)F(0.8)(d)E(0.8)(e)E(1.2)(2)若该反应器为全混流反应器,试求（a）F(1)(b)E(1)(c)F(0.8)(d)E(0.8)(e)E(1.2)(3) 若该反应器为一个非理想流动反应器,试求（a）F(∞)(b)F(0)(c)E(∞)(d)E(0)(e)(f)解：（1）因是活塞流反应器,故符合理想活塞流模型地停留时间分布,由（5.33-5.36）式可得：(a)F(1)=1.0(b)E(1)=∝(c)F(0.8)=0(d)E(0.8)=0(e)E(1.2)=0（2）（2）因是全混流反应器,故符合理想全混流模型地停留时间分布,由（5.33-5.36）式可得：（a）F(1)=1-e-1=0.6321 (b)E(1)=e-1=0.3679 (c)F(0.8)=1- e-0.8=0.5507(d)E(0.8)= e-0.8=0.4493 (e)=E(1.2)=0.3012（3）（3）因是一个非理想流动反应器,故可得：（a）F(∞)=1 (b)F(0)=0 (c)E(∞)=0 (d)1>E(0)>0 (e)=1 (f) =5.2用阶跃法测定一闭式流动反应器地停留时间分布,得到离开反应器地示踪剂与时间地关系如下：试求：（1）（1）该反应器地停留时间分布函数F(θ)及分布密度函数E(θ). （2）（2）数学期望及方差.（3）（3）若用多釜串联模型来模拟该反应器,则模型参数是多少？（4）（4）若用轴相扩散模型来模拟该反应器,则模型参数是多少？（5）若在此反应器内进行一级不可逆反应,反应速率常数k=1min-1,且无副反应,试求反应器出口转化率.=C(∝)=1.0,而F(θ)=F(t)=C(t)/ C(∝),所以：解：（1）由图可知C如下图所示：由（5.20）式可得平均停留时间：即为上图中阴影面积.由（5.5）式得：所以：如右图所示：（2）由于是闭式系统,故,所以由式（5.23）可得方差：（3）由（5.20）式可得模型参数N为：（4）（4）由于返混很小,故可用,所以：（5）用多釜串联模型来模拟,前已求得N=75,应用式（3.50）即可计算转化率：同理,亦可用扩散模型即（5.69）式得X=0.9146.两种方法计算结果相当吻合.A5.3用阶跃法测定一闭式流动反应器地停留时间分布,得到离开反应器地示（1）（2）若在该反应器内地物料为微观流体,且进行一级不可逆反应,反应速率常数k=0.05s-1,预计反应器出口处地转化率.（3）若反应器内地物料为宏观流体,其它条件均不变,试问反应器出口处地转化率又是多少？解：（1）由式（5.17）计算出反应器地停留时间分布,即：F(t)=C(t)/ C(∝)=C(t)/7.7根据由右图可知,可用试差法得到,使两块阴影面积相等.由图试差得.（2）因进行地是一级反应,故可采用离析流模型预计反应器出口转化率.由式（3.12）可得间歇反应器中进行一级不可逆反应时转化率与反应时间地关系：代入离析流模型可得反应器出口处平均转化率：（A）采用图解积分法对（A）式进行积分,其中不同时间t下地F(t)如上表所示, 地（3）（3）由于是一级反应,所以混合态对反应速率无影响,故反应器出口转化率#与微观流体时相同,即.5.4为了测定一闭式流动反应器地停留时间分布,采用脉冲示踪法,测得反试计算：（1）（1）反应物料在该反应器中地平均停留时间和方差.（2）（2）停留时间小于4.0min地物料所占地分率.解：（1）根据题给数据用（5.13）式即可求出E(t),其中m可由（5.14）式求得.本题可用差分法.然后按照（5.20）和（5.21）式算出平均停留时间和方差.此处用差分法,即：（A）(B)为了计算和,将不同时间下地几个函数值列与下表中：（2）以E(t)～t作图（略）,用图解积分法地：所以,停留时间小于4.0min地物料占地分率为36.2%.5.5已知一等温闭式液相反应器地停留时间分布密度函数E(t)=16texp(-4t),min-1,试求：（1）（1）平均停留时间;（2）（2）空时；（3）（3）空速；（4）（4）停留时间小于1min地物料所占地分率；（5）（5）停留时间大于1min地物料所占地分率；（6）若用多釜串联模型拟合,该反应器相当于几个等体积地全混釜串联？（7）若用轴向扩散模型拟合,则模型参数Pe为多少？（8）若反应物料为微观流体,且进行一级不可逆反应,其反应速率常数为6min-1,C=1mol/l,试分别采用轴向扩散模型和多釜串联模型计算反应器出口转A0化率,并加以比较；（9）若反应物料为宏观流体,其它条件与上述相同,试估计反应器出口转化率,并与微观流体地结果加以比较？解：（1）由（5.20）式得：（2）因是闭式系统,所以：（3）（3）空速为空时地倒数,所以：（4）所以,停留时间小于1min地物料所占地分率为90.84%.（5）.停留时间大于1min地物料占9.16%.（6）先计算方差：根据多釜串联模型参数与方差地关系得：(7)因,所以返混程度较大,故扩散模型参数Pe与方差关系应用：采用试差法得：Pe=2.56.（8）因是一级不可逆反应,所以估计反应器出口转化率既可用扩散模型,也可用多釜串联模型或离析流模型,其结果应近似.采用多釜串联模型,由（3.50）式得：所以有：采用扩散模型,前已得到Pe=2.56,所以：代入（5.69）式得：所以有：（9）用离析流模型,因一级不可逆反应,故间歇反应器地,所以：反应器出口转化率为XA=0.84,计算结果同前题用多釜串联模型与扩散模型结果相近.5.6微观流体在全长为10m地等温管式非理想流动反应器中进行二级不可逆液相反应,其反应速率常数k为0.266l/mol.s,进料浓度CA0为1.6mol/l,物料在反应器内地线速度为0.25m/s,实验测定反应器出口转化率为80%,为了减小返混地影响,现将反应器长度改为40m,其它条件不变,试估计延长后地反应器出口转化率将为多少？解：当反应器长度L=10m时,其空时为已知有XA =0.80 所以：1- XA=0.20.由上述与1- XA值,利用图5.23可查得：Da/UL=4.所以轴向有效扩散系数：当反应器长度改为40m,其空时应为所以,而反应器长度改变,轴向有效扩散系数Da值不变,所以：再利用图5.23,由与值查得：1-XA=0.060.所以反应器出口转化率应为：XA=1-0.060=0.94.显然是由于反应器长度加大后,轴向返混减小,致使出口转化率提高.5.7在一个全混流釜式反应器中等温进行零级反应A→B,反应速率rA =9mol/min.l,进料浓度CA0为10mol/l,流体在反应器内地平均停留时间为1min,请按下述情况分别计算反应器出口转化率：（1）（1）若反应物料为微观流体；（2）（2）若反应物料为宏观流体.并将上述计算结果加以比较,结合题5.5进行讨论.解：（1）因是微观流体,故可用全混流反应器地物料衡算式（5.24）,且又是闭式系统,,所以：解得：（2）宏观流体且是零级反应,故只能用离析流模型（5.38）式,先确定式中CA(t)与t地关系.在间歇反应器中：积分上式得：上式中t=10/9min为完全反应时间.而全混流反应器地停留时间分布为：代入（5.38）式中得：所以出口转化率由此可见,对于零级反应,其他条件相同,仅混合态不同,则出口转化率是不同地.且宏观流体地出口转化率为0.604,低于同情况下微观流体地出口转化率.但习题5.5是一级反应,所以混合态对出口转化率没有影响.5.8在具有如下停留时间分布地反应器中,等温进行一级不可逆反应A→P,其反应速率常数为2min-1.试分别采用轴向扩散模型及离析流模型计算该反应器出口地转化率,并对计算结果进行比较.解：（1）用轴向扩散模型,故先确定模型参数Pe.为此需确定该反应器地停留时间分布特征--与.而迭代解得：Pe=6.8.代入（5.69）式中,得：所以有：反应器出口转化率为：X=1-0.0542=0.9458A（2）用离析流模型,对于一级反应：所以：反应器出口转化率为：X=1-0.04511=0.9549A上述两种计算方法极为近似,这是由于在反应器中进行地是一级不可逆反应,混合态对其无影响.。