化学反应工程第五版 绪论
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。
化学反应工程绪论课件
管式反应器其物料参数随位置而变。
3、半连续操作
半连续操作反应器的反应物系组成，
釜式：随时间而变
管式：随位置而变。 三）按反应器的传热条件分 1、等温反应器： 整个反应器维持等温操作； 2、绝热反应器：反应器与外界没有热量交换，全 部反应热使物系升温或降温； 3、非等温反应器：与外界有热量交换，但不等温。
1、间歇操作 反应所需的物料一次装入反应器内，反应一定
时间，达到要求的反应程度后便卸出全部物料， 清洗反应器，再装料、反应、卸料。
特点： （1）、反应器内各处的物料浓度、温度均一 （2）、反应器内的物料组成随时间而变
CA0
A
R
CR C
CA
时间 t
2、连续操作
连续地将原料输入反应器，反应产物也连续地从反 应器中流出。
三、化学反应工程的影响因素和研究方法
反应物的浓度与反应温度是影响化学反应速率的两大主 要因素，也是直接因素，对于一个化学反应来说，如果 没有其他因素，只需控制反应温度与反应浓度，这样反 应工程问题非常简单，而在工业生产的大反应器中，除 温度与浓度影响外，还受到物质的扩散和混合等影响。
工业规模的化学反应与实验室规模相比复杂很多，在实 验室规模上影响不大的质量和热量传递，在工业规模可 能起着主导作用。在工业反应器中既有化学反应过程又 有物理过程。物理过程与化学过程相互影响，相互渗透， 有可能导致工业反应器内的反应结果与实验室规模大相 径庭。
1. 实验室规模的试验 2. 小型试验 3. 大型冷膜试验：探索传递规律 4. 中间试验 5. 计算机试验
四、 化学反应及反应器分类
（一）化学反应分类
化学反应工程学科一般是按反应物系的相态来 分类。
化学反应工程习题精选与解答
第一章 绪论1. 化学反应工程是一门研究______________的科学。
（化学反应的工程问题）2. 化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的科学，既以_______作为研究对象，又以_______为研究对象的学科体系。
（化学反应、工程问题）3. _______是化学反应工程的基础。
（ 三传一反）4. 化学反应过程按操作方法分为_______、_______、_______操作。
（分批式操作、连续式操作、半分批式）5. 化学反应工程中的“三传一反”中的三传是指_______、_______、_______。
（传质、传热、动量传递）6. 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个参数间的关系，简称_______。
（数学模型）7. 在建立数学模型时，根据基础资料建立物料、热量和动量衡算式的一般式为_______。
（累积量=输入量-输出量）8.“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 9.“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. 动量传递第二章 均相反应动力学1. 均相反应是指_。
（参与反应的物质均处于同一相）2. aA + bBpP + sS 对于反应，则=P r _______)(A r -。
（ap）3.着眼反应组分K 的转化率的定义式为_______。
（00K KK K n n n -=χ）4.当计量方程中计量系数的代数和等于零时，这种反应称为_______，否则称为_______。
（等分子反应、非等分子反应）5. 化学反应速率式为βαB A C A C C K r =-，用浓度表示的速率常数为C K ，假定符合理想气体状态方程，如用压力表示的速率常数P K ，则C K =_______P K 。
化学反应工程全套教学课件
可逆反应 不可逆反应
❖ 按照反应分子数分
单分子反应 双分子反应
多分子反应
❖ 按照反应机理分 单一反应
多重反应
平行反应 同时反应 连串反应 平行连串反应 集总反应
平行反应：一例如：氯苯的再氯化 k1
C6H5Cl + Cl2
k2
对-C6H4Cl2 + HCl 邻-C6H4Cl2 + HCl
❖ 本征动力学：又称化学动力学，是在理想条件下研究化学反 应进行的机理和反应物系组成、温度、压力等参数，不包括 传递过程及反应器结构等参数对反应速率的影响。
❖ 宏观反应动力学与本征动力学的区别：宏观反应动力学除了 研究化学反应本身以外，还要考虑到质量、热量、动量传递 过程对化学反应的交联作用及相互影响，与反应器的结构设 计和操作条件有关。
❖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
❖ 宏观反应过程：在工业规模的化学反应器中，化学反应过程 与质量、热量及动量传递过程同时进行，这种化学反应与物 理变化过程的综合称为宏观反应过程。
❖ 宏观反应动力学：研究宏观反应过程的动力学称为宏观反应 动力学。
❖ 停留时间分布：在非理想流动中，不同的质点在反应器中的停 留时间不同，形成停留时间分布。
寿命分布：指质点从进入到离开反应
停留时间分布有两种
器时的停留时间分布
年龄分布：指仍然停留在反应器中的
质点的停留时间分布。
寿命和年龄的关系：寿命是反应器出口处质点的年龄。
❖ 返混：不同停留时间的质点或粒子的混合称为返混，又称为 逆向混合。是不同年龄质点的混合，逆向是时间的概念上的 逆向，不同于一般的搅拌混合。
化学反应工程知识点1~3讲义
知识点1.绪论一、主要讲解内容介绍化学反应工程相关的基本知识，包括化学反应工程的定义、化学反应工程学科的发展、化学反应工程的任务、化学反应工程和其他学科的关系。
二、学习要求本章要求学生能够掌握化学反应工程的定义，明确化学反应工程的任务。
三、视频（已录制完成）四、讲义1.1化学反应工程的定义在工业规模上开发和应用化学反应的工程活动。
1.2化学反应工程学科的发展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。
1.3 化学反应工程的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。
其主要任务包括：分析化学反应的特点、确定合适的反应条件；选择合适的反应器并对其进行最优化设计；对反应器进行最优操作和控制。
1.4 化学反应工程和其他学科的关系a. 数学，微积分、方程的解析求解和数值求解、极值问题等，均是化学反应工程问题求解的基础。
b. 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。
c. 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。
为化学反应工程提供反应热、反应平衡常数等基础数据。
d. 催化作用e. 传递工程和流体力学：装置中有动量、热量、质量传递（三传），当规模放大时，出现放大效应。
“三传一反”是三传和反应动力学。
五、小结本章介绍了化学反应工程的定义、学科的发展、任务极其与数学、化工热力学、催化作用及传递工程等学科之间的密切关系。
反应工程
第一章 绪论 本章内容: 1.1化学反应工程概念 1.2化学反应的转化率、收率和选择性 1.3化学反应器的类型 1.4化学反应器的操作方式 1.5反应器设计的基本方程 1.6工业反应器的放大
1.1化学反应工程 1.1.1典型化工过程
✓化学反应速率 ➢化学反应速率是指单位时间内单位反应 混合物体积中反应物的反应量或产物的 生成量（物质的量）。
2.1化学反应的速率
➢消耗速率：反应系统中，某一反应组分（i）在 单位时间、单位反应体积内，因反应所消耗的物
质的量。消耗速率ri为正值。
恒容过程
ri
1 V
dni dt
ri
dci dt
2.1化学反应的速率
等温恒容反应系统
➢工业生产中，液相反应一般按恒容过程处理，无 论反应是否引起总摩尔数的改变，都不会带来很 大的误差。
➢对于气相反应，反应前后体系物质的总摩尔数可 能变化，进而影响到反应体积的变化，此为变容 过程，最终对反应过程造成较大影响。
➢分子数发生变化的气相反应在间歇反应器中，由 于容积恒定，仍按恒容过程处理。
1.5.2反应器设计的基本方程
输入=输出+消耗+累积
➢ 能量衡算式 输入的热量=输出的热量+反应热+累积的热量
反应热吸热取正值，放热取负值。
➢物料衡算式
对反应组分有：输入量=输出量+转化量+累积量 对产物组分有：输入量=输出量-生成量+累积量
(反应组分A的输入速率)=(A的输出速率)+(A的转 化速率)+(A的累积速率)
nt0
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《化学反应工程》课程教学大纲
《化学反应工程》课程教学大纲制定人：王远强教学团队审核人：门勇开课学院审核人：饶品华课程名称：化学反应工程／Chemical Reaction Engineering课程代码：040311适用层次（本/专科）：本科学时：48学分：3 讲课学时：48 上机/实验等学时：0 考核方式：考试先修课程：化工原理，化工热力学，物理化学适用专业：化学工程与工艺、制药工程等教材：张濂、许志美、袁向前，《化学反应工程原理》（第二版），华东理工大学出版社，2007 主要参考书：1、陈甘棠等，《化学反应工程》（第三版），化学工业出版社，20112、朱炳辰等，《化学反应工程》（第五版），化学工业出版社，20123、李绍芬等，《反应工程》（第二版），化学工业出版社，20084、Ronald W. Missen, Charles A. Mims, Bradley A. Saville. Chemical ReactionEngineering and Kinetics. Jon Wiley & Sons, Inc. 1999一、本课程在课程体系中的定位“化学反应工程”是以无机化工、有机化工、煤化工和石油化工生产过程中的化学加工过程为背景，按化学反应与动量、热量、质量传递相互作用的共性归纳综合的宏观反应过程；是将化学反应原理与反应设备相结合的一门学科；本课程是该专业的主干专业基础课，属于必修课，跟学生的学位挂钩。
二、教学目标1．培养学生用自然科学的原理考察、解释和处理工程实践问题；2．使学生掌握化学反应工程学科的理论体系、研究方法，了解学科前沿；3．应用理论推演和实验研究工业反应过程的规律而建立数学模拟结合工程实践的经验应用于工程设计和放大。
三、教学效果通过本课程的学习，学生可具备：1．从全局的角度，思考问题、解决问题的意识；2. 熟悉反应工程基本内容的能力；3．熟练运用“三传一反”基本方程式，求解理想反应器模型的能力；4．能注重研究内容，抓住研究思路，掌握共性规律的能力；5. 运用工程分析方法，解决工程问题的能力。
化学反应工程第五版教学设计
化学反应工程第五版教学设计一、课程背景化学反应工程是化学工程中的一个重要领域，它与化学反应、热力学、流体力学等学科密切相关。
化学反应工程的目的是通过设计和运营反应器，使得反应物能够以最优的速率转化为产品，并保证反应的安全性和经济性。
本课程旨在让学生掌握化学反应工程的基本知识和技能，为培养工程实践能力和创新精神奠定基础。
二、教学目标•了解化学反应工程的基本概念和原理；•掌握化学反应速率、反应能量、反应平衡及其在工程设计中的应用；•熟悉不同类型反应器及其设计参数；•能够计算和优化反应器的设计参数以达到最优性能；•培养学生的工程实践能力和科研创新精神。
三、教学内容及安排第一章化学反应工程基础1.1 化学反应动力学与速率常数 1.2 化学反应平衡及其影响因素 1.3 化学反应与热力学 1.4 化学反应工程概述与应用第二章反应器设计基础2.1 理想化反应器 2.2 真实反应器及其模型 2.3 不同反应器类型及其应用场景 2.4 反应器设计中的流体力学分析第三章反应器操作与控制3.1 反应器的控制方式及其优化 3.2 搅拌反应器的搅拌及其对反应性能的影响 3.3 反应器中物料的混合与传递第四章工艺参数优化4.1 反应器设计及优化的常用方法 4.2 工艺参数优化的数学模型 4.3 工程实践中的应用案例四、教学方法与手段本课程采用课堂授课、案例解析、实验模拟等教学方法。
通过讲解基本理论，分析实际工程案例和进行实验模拟等方式，培养学生的综合应用能力和创新引领精神。
同时，教师也会针对学生的不同需求，进行个性化的指导和辅导。
五、考核方式课程评分主要考核两个方面：课堂考勤和实践报告。
其中，课堂考勤占30%，实践报告及分析占70%。
实践报告包括反应器设计、优化和模拟实验实践报告。
六、教材和参考书目•化学反应工程导论（第三版），刘学敏，中国石化出版社，2018年•化学反应工程（第五版），Fogler H S，化学工业出版社，2015年•反应工程原理及其应用，G不等0，化学工业出版社，2008年七、教学团队本课程教学团队由本校化学工程专业资深教师和企业资深技术专家组成，他们既有扎实的科研基础，也有丰富的工程实践经验。
化学反应工程绪论3.2
1957 欧洲第一届反应工程会议，提出反应工程学概念
1 、化学工程发展史及化学反应工程学科的形成
• 化学工程学科体系的基本内容： 化学工程共同的现象，可概括为“三传一反”，即动 量传递、热量传递、质量传递及化学反应，其学科形成了 以传递过程及化学反应工程为核心的学科体系（包括化工 热力学、化工单元过程、分离工程、化工系统工程等）
1 、数学模拟方法
数学模拟方法过程如下，由四部分组成。 真实过程 1） 简化模型 2） 数学模型 4） 3） 模型计算 实验检验
修 改
实际应用
2、数学模拟方法原则
1）数学模拟方法的核心是对真实过程的简化以及简化模型 和真实过程的等效程度。 2）针对真实过程可以按不同程度的要求简化成不同的简化 模型，对于某一真实过程可以有不同的简化模型。 3）简化模型。数学模型和数学方法是相互联系的，应力求 数学方法简单，便于数学模型的实际应用。 4）数学模拟方法的基础： （1）积累实践经验或者实验数据； （2）学习掌握基础数学模型。
• 特点有三个方面：原料产品、加工过程、增加产量
第一阶段：古代的化学生产（17世纪以前）
这一时期经历了实用化学、炼丹和炼金、医药化学和 冶金化学等时期。早期化学知识来源于人类的生产和生活 实践。同时在人类对自然界万物的本原构成的探索中，诞 生了古代朴素的元素观。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；另一方面，尚未 形成有规模的化学加工实践。
的化学性质没有起变化；贮槽只是起贮存物料作用。
b 、化学反应器
在这类设备中发生了化学反应，通过化学反应改变了物料 的化学性质。 化工生产过程是由物理过程和化学反应过程组成的。化工 设备分为“物理型”和化学反应器两大类。在化学反应器中 发生化学反应，由原料转换成产物，是化工生产的核心设备。
化学反应工程课件绪论
反应工程的前沿领域
•新材料合成 •能源化工
•环境化工
•新反应器 •操作方式
Thank you ！
2、 化学反应工程学是研究工业规模的化学反应过程
工业反应过
程开发
指导
化学反应
工程学
构反 操 工
应作 艺
型器 的
方
条
式结 式 件
化学动力学
化学过程
催反温 化应度 剂机浓
理度
化学工程
物理过程
流
传传
体
质热
流
动
1.2 化学反应工程学的范畴和任务
1.2.2 化学反应工程学的研究内容
1、化学反应动力学特性的研究
数学模型中的数学方程 ▪物料衡算式 ▪热量衡算式 ▪动量衡算式 ▪化学反应动力学方程（要求实用） ▪热力学计算式（焓、平衡常数、反应热） ▪参数计算式（传递参数、物性参数）
三种衡算式，依据各自的守恒定律，其模式为：
输入=输出+消耗+累积
利用数学模型解决化学反应工程问题
基本步骤为：
▪ 1．小试研究化学反应规律； ▪ 2． ▪ 3．利用计算机或其它手段综合反应规律和传递规
80年代以后，反应工程的理论与方法已日臻完善与丰富。
我国化学工程与技术学科的发展中里程碑
▪ 1935年8月我国化工的先驱吴蕴初先生建成上海 天利氮气厂生产出液氨，吴先生还创办了天 厨味精厂(1923)，天原电化厂(1929)和天盛陶 器厂(1934)，以及范旭东在天津创办的永利碱
厂，这些化工原料的生产推动了我国化学工业的
▪ 1957年，在荷兰首都举行了第一次欧洲化学反应工程会议。 会上正式提出了“化学反应工程学”的概念。 1960年，召 开了第二次欧洲化学反应工程会议。 1970年，在美国首都 (华盛顿)召开了第一次国际化学反应工程讨论会。
《化学反应工程》课程规范
《化学反响工程》课程标准一、课程概况课程号课程英文名称HBX250037 课程名称化学反响过工程Chemical Reaction Engineering总学时数开课单位课程类别48 学分理工学院专业教育课程4讲授学时适用专业修读方式48试验学时化学工程与工艺、制药工程必修先修课程高等数学，大学物理，物理化学，化工原理考核方式：考试考核方式成绩构成比例：总成绩 = 寻常成绩×30% + 卷面成绩×70%寻常成绩 : 寻常成绩=出勤成绩+寻常作业成绩教科书：教材及主要教学参考书陈甘棠主编.《化学反响工程》第三版. 北京：化学工业出版社，2023主要参考书：李绍芬主编.《反响工程》其次版.北京：化学工业出版社，2023朱炳辰主编.《化学反响工程》第五版.北京：化学工业出版社，2023 《化学反响工程》是高等学校化学工程与工艺类专业本科生必修的一门专业课程。
《化学反响工程》是争论化学反响过程和反响器的共同规律，从而课程简介使化学反响实现工业化的技术科学，是化工类专业学生在具备了必要的高等数学、物理化学、化工原理、计算技术等学问后，为了进一步加强根底和拓宽专业学问所必需的技术理论课。
通过本课程的学习，使学生进一步扩大学问面，打好专业根底，了解化学变化过程中的一些根本规律，加深对已学过的无机化学、分析化学、有机力气培育任务化学的理解比较结实的把握化学反响工程根底理论学问和计算方法；进一步培育学生独立思考和独立解决问题的力气，以至今后的实践中能得到启发和帮助；培育学生独立进展物理化学试验和自学一般物理化学书刊，以提高理论联系实际的力气。
二、课程学问、力气体系《化学反响工程》课程学问〔力气〕体系序学问单元号描述1第1 章绪论学问点对应力气学时要求生疏均相反响生疏间歇反响系统的速率表示方速率的表示方式；式；连续反响系统的速率表示方变容反响系统中体第2 章式；动力学方程式的表示方式；积膨胀因子；体积2反响动力反响速率常数；动力学参数确实膨胀率；最正确温度8学根底定；最正确温度曲线；固体催化剂；曲线；Langmuir吸吸附等温方程；均匀外表吸附动附及其等温线；均力学方程匀外表吸附动力学方程反响器中流体的流淌模型；把握反响器设计的根本方程；间歇反把握抱负流淌第3 章3抱负流淌反响器应器；活塞流反响器；单级全混流反响器；多级全混流反响器；抱负流淌反响器的组合及反响体模型；抱负反响器的计算；抱负反响10器中复合反响的选积的比较；抱负流淌反响器中复择性。
化学反应工程许志美课后习(教学文书)
rA
kcAcB
kcA0 (1
xA )(cB0
cA0xA)
kc
2 A0
(1
x
A
)(
cB0 cA0
xA)
kcA20 (1
xA )(
xA)
当
1时t cA0
xA
dx
0 kcA20 (1 xA )2
1 kcA0
xA (1 xA)
txA0.5 5.31h, txA0.9 47.7h，txA0.99 524.4h
(nA0 nA) / a (10% 1.6) / (2* M HCHO )
xA 0.534
循环操作 0.635
1
课堂教育
n m w* mtotal MM
第2章 化学反应动力学
2-4 间歇反应器：CA0和xA相同（T1=20℃时，反应时间t1=8d；
T2=120 ℃时，反应时间t2=10min），试估算 Ea
所需反应时间。并对计算结果进行讨论。
kt 1 1 cA cA0
t1 9900s
t5 9980s
t10 9990s
对于二级反应，若1/CA>>1/CA0
，
kt
1 cA
反应时间t与反应物初始浓度无关。
9
课堂教育
3-10
生物化工中胰蛋白原转化成胰蛋白酶时，
dcA dt
kcAcS
在间歇反应实验中测得不同温度下反应速率于某时刻 tMAX
时所需反应时间的10倍
1 kt ln
1 x A
E
k k exp( a )
0
RT
等温时，k 一定
t 2
ln 1
1 x A2
ln
化学反应工程-PPT精选文档
返混：不同停留时间的质点或粒子的混合称为返 混，又称为逆向混合。是不同年龄质点的混合， 逆向是时间的概念上的逆向，不同于一般的搅拌 混合。
在非理想流动中，会出现以下几种现象：
死角：流体在反应器中流动时，由于搅拌不均匀会 造成死角
短路：在反应器中的物料，并不都达到了应有的停 留时间，一部分物料在应有的停留时间之前即已 溢流出去，而另一部分则较应有的停留时间长。 一般由于反应器进出口管线设置不好会引起短路
反映和描述工业反应器中各参数之间的关系， 称为物理概念模型，表达物理概念模型的数学式 称为数学模型，用数学方法来模拟反应过程的模 拟方法称为数学模拟方法。
用数学模拟方法来研究化学反应工程，进行 反应器的放大与优化，比传统的经验方法能更好 地反应其本质。
数学模型的分类：
数学模型按照处理问题的性质可分为： 化学动力学模型 流动模型 传递模型 宏观反应动力学模型（核心内容）
同时反应：反应系统中同时进行两个或者 两个以上的反应物与产物都不相同的反应
A L， B M
连串反应：反应先形成某种中间产物，中 间产物又继续反应形成最终产物
AL M 例如：丁烷催化脱氢反应生产丁二烯 C4H10 －H2 C4H8 －H2 C4H6 －H2 焦炭
平行连串反应： A + B L
L+B M
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
宏观反应过程：在工业规模的化学反应器中，化 学反应过程与质量、热量及动量传递过程同时进 行，这种化学反应与物理变化过程的综合称为宏 观反应过程。
宏观反应动力学：研究宏观反应过程的动力学称 为宏观反应动力学。
化学反应工程第五版答案
化学反应⼯程第五版答案1 绪论1.1在银催化剂上进⾏甲醇氧化为甲醛的反应：3222CH OH O 2HCHO 2H O +→+ 32222CH OH 3O 2CO 4H O +→+进⼊反应器的原料⽓中，甲醇：空⽓：⽔蒸⽓=2：4：1.3（摩尔⽐），反应后甲醇的转化率达72%，甲醛的收率为69.2%。
试计算（1）（1）反应的选择性；（2）（2）反应器出⼝⽓体的组成。
解：（1）由（1.7）式得反应的选择性为：0.629Y S 0.961196.11%X 0.720====（2）进⼊反应器的原料⽓中，甲醇：空⽓：⽔蒸⽓=2：4：1.3（摩尔⽐），A P 出⼝甲醇、甲醛和⼆氧化碳的摩尔数n A 、n P 和n c 分别为：n A =n A0(1-X A )=7.672 mol n P =n A0Y P =18.96 moln C =n A0(X A -Y P )=0.7672 mol结合上述反应的化学计量式，⽔（n W ）、氧⽓（n O ）和氮⽓（n N ）的摩尔数分别为：n W =n W0+n P +2n C =38.30 mol n O =n O0-1/2n P -3/2n C =0.8788 mol n N =n N0=43.28 mol1. 1. 2⼯业上采⽤铜锌铝催化剂由⼀氧化碳和氢合成甲醇，其主副反应如下：23CO 2H CH OH +?23222CO 4H (CH )O H O +?+ 242CO 3H CH H O +?+24924CO 8H C H OH 3H O +?+222CO H O CO H +?+由于化学平衡的限制，反应过程中⼀氧化碳不可能全部转化成甲醇，为了提⾼原料的利⽤率，⽣产上采⽤循环操作，即将反应后的⽓体冷却，可凝组份变为液体即为粗甲醇，不凝组份如氢⽓及⼀氧化碳等部分放空，⼤部分经循环压缩Bkg/h 粗甲醇100kmol 放空⽓体原料⽓和冷凝分离后的⽓体组成如下：（mol ）组分原料⽓冷凝分离后的⽓体 CO 26.82 15.49 H 2 68.25 69.78 CO 2 1.46 0.82 CH 4 0.55 3.62 N 2 2.92 10.29粗甲醇的组成为CH 3OH 89.15%,(CH 3)2O 3.55%,C 3H 9OH 1.10%,H 2O 6.20%,均为重量百分率。
化学反应工程第0章绪论
航空工程学、农业工程学、生物工程学、陶瓷工程学、化学 工程学、土木工程学、电机工程学、工业工程学、材料工程 学、冶金工程学、环境工程学、其他（石油、海洋、军事、 核能、系统工程学）
国家标准《学科分类与代码》 ：58个一级学科
自然科学 110数学 120信息科学与系统科学 130力学 140物理学 150化学 160 天文学 170地球科学 180生物学
即动量传递、热量传递、质量传递及化学反应， 其学科形成了以传递过程及化学反应工程为核心 的学科体系（包括化工热力学、化工单元过程、 分离工程、化工系统工程等）
化学工程发展史及化学反应工程学科的形成
第一阶段：古代的化学生产（17世纪以前）
这一时期经历了实用化学、炼丹和炼金、医药化 学和冶金化学等时期。早期化学知识来源于人类 的生产和生活实践。同时在人类对自然界万物的 本原构成的探索中，诞生了古代朴素的元素观。 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；另一方面，尚未形成 有规模的化学加工实践。
“化学反应工程”的研究对象是工业规模的化学反应器。
化学反应工程（CRE）研究对象及内容
研究对象：工业规模的化学反应过程。
化学反应工程的中心内容是深入认识有关工业反应器的
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生产方法的选择——木材干馏法、氯甲烷法水解法、碳氧化物 （CO、CO2）与氢合成法——化学基础及过程分析
甲醇合成的热力学及催化剂
反应平衡组成与气体组成、压力、温度的关系——（化工热力学） 催化剂 锌-铬催化剂，30MPa，350-420℃ 铜-锌催化剂，5MPa，220-280℃ 催化剂开发、反应过程分析 催化剂的中毒与热失活
床层或反应器内宏观动力学模型（或简称床层动力学模型）
各种类型反应器内的催化剂床层，计入反应气体 与催化剂颗粒的相互流动状况，和使用过程中催化剂 失活影响的诸多因素，即处于介尺度的宏观动力学。
2014-4-20
《化学反应工程》课件
数学模型的简化
各种工业反应过程的实际情况复杂，用数学模型完 整地、定量地反映事物的全貌目前还不可能实现。
2014-4-20
《化学反应工程》课件
化学工程学的范式
２０世纪后期，反应工程学与工艺学不断融合，由 此出现了把 “过程工程”与 “产品工程”相结合， 这是对化学工程学科第三阶段范式的一种解读。同 期诞生的多尺度研究概念则是对第三阶段范式的另 一种解读。 进入２１世纪，更为本质的 “物质”、“能量” 和 “信息”的三元相互作用在化工学科中得到了 充分的展示，以 “物质的传递与转化”、“能量 的传递与转化”和 “信息的传递与转化”所组成 的 “三传三转”成为化学工程学科第四阶段范式 的新解读模式。
《化学反应工程》课件
主要授课内容
绪论 应用化学动力学及反应器设计基础 气-固相催化反应本征及宏观动力学 釜式及均相管式反应器 反应器中的混合及对反应的影响 固定床气-固相催化反应工程 气-液反应工程 流-固相非催化反应 流化床反应工程 气-液-固三相反应工程
2014-4-20
2014-4-20
《化学反应工程》课件
三、化学反应工程与多尺度及多学科的联系
物质转化过程中的多尺度（multi-scale）效应
时间及空间尺度 以固定床气-固相催化反应器为例
纳尺度——分子化学键振动（纳秒及纳米尺度）
反应物与催化剂载体上活性组分间的分子反应
微尺度——两相间物质传递和流体流动中的泡、滴、粒旋涡 运动
2014-4-20
《化学反应工程》课件
化学反应工程的新领域
极端条件下的反应工程
微尺度反应器，等离子体反应器。
2014-4-20
《化学反应工程》课件
2014-4-20
《化学反应工程》课件
化学反应工程的新领域
指向生物、材料、可再生能源等新领域的反 应工程 计算反应工程 从传统反应工程到分子反应工程
五、工程放大与优化
相似放大法
经验放大法 数学模拟放大法
数学模拟方法是进行工程放大，优化设计和确 定操作条件的基础；
数学模拟方法能否精确地进行预计，取决于数 学模型是否失真； 经过逐级的模拟试验，可以使模型修改得更加 合理。
2014-4-20
2014-4-20
《化学反应工程》课件
原料气制备、甲醇合成及循环
粗原料气的制备——天然气蒸汽转化 高温气流床粉煤汽化
粗原料气的净化 甲醇合成及循环——合成反应器出口气体组成确定， 甲醇冷却分离，未反应气体循环
甲 醇 合 成 工 艺
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甲醇合成反应器
反应组分在催化剂孔道内的扩散
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《化学反应工程》课件
介尺度——反应、换热、输送和分离等装置
催化反应器
宏尺度——生产单元和工厂
原料气制备、压缩、循环产品分离的生产单元和整个工厂
宇尺度——环境大气
生产过程中污染物经长时间的消除
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化学反应工程与多学科间的关系
《化学反应工程》课件
绪论
物质转化过程中的化学加工
化学反应工程的发展 化学反应工程与多尺度及多学科的联系 数学模拟方法 工程放大与优化
2014-4-20
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一、物质转化过程工业中的化学加工
工业行业分两大类：过程工业，装备与产品制造工业。
过程工业
从事物质的化学转化，生成新的物质产品
2014-4-20
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化学反应工程与工业发展2014Biblioteka 4-20国际化学反应工程会议
《化学反应工程》课件
2014-4-20
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化学工程学的范式
１９１５把相关物理操作总结归纳提出的单元 操作概念，被公认为化学工程学科的第一阶段 范式。 １９５７年，在荷兰召开的第一届化学反应工 程学术会议对该学科的范畴、研究方法论及与 相邻学科的领域界定做出了明确的说明，使化 学反应实现了由 “技艺”向 “科学”的跃升， 至此完成了向第二阶段 “三传一反”范式的转 变。
将宏观反应过程的规律，加以去粗取精的加工，根 据主要的矛盾和矛盾的主要方面，在一定的条件下 将过程合理地简化，称为数学模型的简化。 不同条件下，简化的内容是不同的，简化模型是否 失真，要通过科学实验和生产实践去检验和考核， 然后进行修正，使之更加合理。
2014-4-20
《化学反应工程》课件
2014-4-20
化 学 反 应 工 程
《化学反应工程》课件
甲醇合成反应器
反应器的材质选择 金属材料 机械制造
大型反应器的机械设计
2014-4-20
《化学反应工程》课件
合成气的压缩及循环装置
全系统的流程设置 操作条件的优化 全系统的能量分析和技术经济分析
过系技 程统术 分优经 析化济
全系统的工程控制——工程控制
2014-4-20
《化学反应工程》课件
四、数学模拟方法
化工单元操作对过程的数学描述——经验归纳法、 量纲分析法
物理概念模型 根据对实验和生产实践的观察和分析， 归纳出各种物质在反应装置中的流动、传质和传热与化 学反应之间相互关系的概念，称为物理概念模型。 数学模型 表达物理概念模型的数学式称为数学模型。 数学模拟方法 用基于物理概念模型的数学模型来模拟 反应过程的方法称为数学模拟方法。
2014-4-20
《化学反应工程》课件
气-固相催化反应有三个不同尺度的模型
化学动力学或本征动力学模型 只考虑反应组分与催化活性组分间处于纳尺度的 分子反应，并未考虑传质、传热对催化反应的影响 颗粒宏观动力学模型（或简称颗粒动力学模型） 在本征动力学的基础上，计入微尺度的颗粒粒内 与粒外反应气流间的传质、传热过程。
反应器的选型——多段绝热、管式连续换热 反应器中的“三传一反” 催化剂的本征反应动力学 催化剂颗粒内的反应-传质-传热 催化剂与气相间的传质、传热 催化剂颗粒的宏观反应动力学 催化剂床层的压降、颗粒粒度及形状的选择 反应器内轴向及径向传热、传质 绝热反应器段数，床层直径及高度设计 管式反应器管数、管径及长度设计 管式反应器管外冷却剂的选择
2014-4-20
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二、化学反应工程的发展
反应工程始于氨气和尿素的大规模合成技术 的发明，其发展是以几大重要的物质转化过 程为里程碑，满足了农业、能源供给、石油、 石油化工、化学工业等重大需求。 第一届国际反应工程会议于１９５７年在荷 兰召开，这也预示着反应工程作为一门独立 的学科日益受到工业界和学术界的重视，且 逐渐形成了学科体系。
各个生产环节具有一定的不可分性，形成生产 流程，并多数连续生产。
2014-4-20
《化学反应工程》课件
过程工业中进行物理转化的过程，如流体输送、 蒸发、结晶等过程——单元操作（化工原理）
过程工业中进行化学转化的过程——生产中的 核心过程——综合化学反应与动量、质量、热 量传递交互作用的宏观过程——“三传一 反”——本书的理论基础