化学反应工程

27060 化学反应工程

南京工业大学编（高纲号0322）

Ⅰ课程性质、地位和任务

"化学反应工程"是化学工程学科的一个分支，是化学工程与工艺专业学生必修的一门专业基础技术课程。它以工业反应过程为主要研究对象，研究反应过程速率及其变化规律；研究反应器内的传递特性及其对化学反应的影响。为学生今后从事化工反应技术开发、反应器的设计与放大、反应过程操作优化等诸方面工作奠定基础。

本课程在学生学习了"高等数学"、"大学物理"、"化学"、"物理化学"、"化工原理"等课程基础上进行。课程总学时为100，即5学分。

通过本课程的学习，学生应比较牢固地掌握化学反应工程的基本原理和计算方法，应能联系化工实际，在反应工程理论的指导下，对反应过程和反应器进行初步的分析和设计计算。

Ⅱ自学考试要求

第一章绪论

（一）主要内容

1.化学反应工程的研究内容

2.化学反应工程的研究方法

3.化学反应工程的学科系统的编排

（二）自学考试要求

1.化学反应工程的研究内容

理解化学反应工程学是研究化学反应的工程问题的科学；传递过程（即反应器内的动量、热量和质量传递，简称"三传"）与反应动力学是构成化学反应工程最基本的两个支柱等说法的含义。理解化学反应工程学与相关学科的联系，化学反应工程本身的专门范畴。

2.化学反应工程的研究方法

理解化学反应工程的基本研究方法是数学模型法，数学模型的主要内容及其相互关系，了解数学模拟放大法的大体步骤。

3.化学反应工程的学科系统和编排

理解按反应操作方式、反应器型式、和化学反应相态进行分类的方法；本课程编排的原则和方法。

绪论部分在初次学习时，只能做到大体了解、待全部内容学习完毕后，应重新学习绪论，才能做到理解。

第二章均相反应的动力学基础

（一）主要内容

1.基本概念与术语

2.单一反应速率方程

3.复合反应速率方程

（二）自学考试要求

1.基本概念与术语

理解化学反应计量方程表示的内容。

理解化学反应速率的定义和在恒容过程、分批式操作、连续流动稳定操作时的数学表示式。掌握各个组分反应转化率和反应程度的定义和计算；膨胀因子的物理意义和数学表示式；等分子和非等分子反应达一定转化率时各组分摩尔数和摩尔分率的计算。

理解化学反应速率方程表示的内容和不同型式；影响反应速率的主要因素；幂函数型速

率方程式中反应级数和活化能的物理意义及其大小对反应速率的影响；反应级数和活化能的确定方法。

理解基元反应的物理意义。掌握由反应机理推导反应速率方程的方法。

2.单一反应速率方程

理解单一反应的定义，掌握由分批式等温动力学实验数据确定反应速率方程式的微分法和积分法。

掌握等温恒容过程零级、一级和二级不可逆反应的速率方程式及其积分式的积分过程，并能熟练地用于进行有关计算。

以一级反应为例，理解可逆反应速率方程式的建立方法。

了解自催化反应的特点及其速率方程式的建立方法。

3.复合反应速率方程

理解复合反应的定义、主要类型、复合反应的收率、得率和选择性的定义和数学表示式。

掌握主副反应均为一级的不可逆平行反应速率方程的建立过程，并能用于进行各组分的瞬时浓度、目的产物收率、得率和选择性等的计算。理解其动力学特征和各组分浓度随反应时间分布曲线的特点。

掌握各步均为一级的串联不可逆反应速率方程的建立过程，并能用于进行各组分的瞬时浓度、目的产物（中间产物）收率、得率和选择性等的计算；最优反应时间topt和最大得率Xmax的计算。理解各组分农度随反应时间分布和产物得率分布曲线的特点。

第三章理想反应器

（一）主要内容

1.分批式操作的理想混合反应器

2.连续操作的理想混合反应器（单釜和多釜串联）

3.平推流反应器

4.反应器型式与操作方法的评选

（二）自学考试要求

1.分批示操作的理想混合反应器

理解分批式操作理想混合反应器内物料浓度、温度分布的特点，适用场合的优缺点。

掌握对着眼组分建立物料衡算式的方法，并由此推导分批操作理想混合反应器设计方程的方法。能运用设计方程进行单一反应和复合反应等温操作时反应时间、转化率、反应器有效容积待计算。

掌握对整个反应器建立热量衡算式的方法，并由此推导分批操作理想混合反应器操作方程的方法。能运用设计方程和操作方程进行绝热操作时的反应时间、转化率、反应器有效容积和换热面积等计算。

了解变温（非等温非绝热）操作时的计算方法。

理解最优反应时间和最优转化率和计算方法。

2.连续操作的理想混合反应器

此类反应器通常简称全混流反应器，代号为CSTR.

理解全混流反应器内物料流动、浓度和温度分布等特征。

理解反应时间、空时、停留时间各自的定义和数学式。

掌握全混流反应器设计方程（即物料衡算法）的建立方法，能应用方程进行单一反应和复合反应的各项计算。

掌握在1/rA～CA图上比较分批式反应器和全混流反应器有效容积的方法，和通过计算全混流反应器容积效率η比较分批式反应器和全混流反应器有效容积的方法。

掌握全混流反应器操作方程（即热量衡算式）的建立方法。能应用设计方程和操作方程

进行各项计算。

理解全混流反应器的热稳定性，能应用热稳定性判据初步判断定常态操作是否稳定。

掌握在1/rA～CA图上表示多釜串联全混流反应器的有效容积的方法。在进行相同的恒温恒容单一反应并达到相同的转化率时，能在1/rA～CA图上进行分批式、单釜和多釜串联全混流反应器所需有效容积的比较。

掌握多釜串联全混流反应器的设计计算方法，进行一级不可逆反应时的设计方程，并能用于进行有关计算。理解图解计算法。

了解多釜串联全混流反应器各釜的最优容积比。

3.平推流反应器

此类反应器通常代号为PFR

理解平推流反应器内流体流动、浓度和温度分布的特征；恒容和变容过程的停留时间、反应时间和空时的计算。

掌握平推流反应器的设计方程（即物料衡量式）的建立方法及其计算应用。理解等温恒容过程平推流反应器和分批式理想混合反应器的设计方程是完全一致的（但时间项平推流为空时τ，分批式为反应时间t）。掌握平推流反应器的图解计算法。

掌握平推流反应器的操作方程（既热量衡算式）建立方法。了解变温操作时的计算方法。

了解循环操作的平推流反应器的特征和计算方法。

4.反应器型式与操作方法的评选

理解进行反应级数n＞0、n＜0的不可逆等温单一反应时，平推流反应器、全混流反应器和多釜串联全混流反应器所需容积的比较；以及在1/rA～XA图上，曲线具有最高点时，为使反应器容积最小，不同型式反应器应采用的串联顺序。

理解可逆吸热反应和可逆放热反应的反应速率和平衡转化率与操作温度的关系；可逆放热反应在XA～T图上的最优温度线和平衡温度线；可逆吸热反应和可逆放热反应最优操作温度的选定。

掌握复合反应在分批式理想混合反应器、平推流反应器、全混流反应器和多釜串联全混流反应器中进行时的瞬时收率和总收率的计算式，并能用于进行有关计算。

理解在平推流反应器和全混流反应器中进行一级不可逆串联反应：

（三）重点与难点

重点：分批式理想混合反应器、全混流反应器和平推流反应器内的流动混合特征；温度、浓度和反应速率分布特征；等温操作下的设计计算方法；进行单一反应和复合反应时反应器的性能比较。

难点：单一反应复合反应的各种情况下，反应器型式、组合方式和操作方式的选择。

第四章非理想流动

（一）主要内容

1.停留时间分布

2.平推流和全混流反应器的停留时间分布

3.非理想流动的流动模型

（二）自学考试要求

3.非理想流动的流动模型

理解返混的概念；返混与停留时间分布的区别和联系；建立非理想流动模型的必要性。

掌握用反应器停留时间分布实测数据（或E（t）函数式）和反应速率方程式计算出口平均转化率的凝集流模型。理解使用凝集流模型的局限范围。

理解多级全混流串联模型的物理含义；数学模型建立的基本思路。掌握根据反应器停留时间分布实测数据确定模型参数N的方法。

理解轴向分散模型的物理含义；数学模型建立的基本思路。掌握根据反应器停留时间分布实测数据确定模型参数Ez/uL的方法。能应用轴向分散模型进行一级不可逆反应的计算。

了解流体的微观混合与宏观混合及其对化学反应的影响。

（三）重点与难点

重点：返混与停留时间分布的概念；E（t）和F（t）函数；平推流反应器和全混流反应器的E（t）和F（t）函数；由实验测定停留时间分布数据确定E（t）和F（t）函数和非理想流动模型的模型参数。

难点：非理想流动模型方程的建立。

第五章气固催化反应动力学

（一）主要内容

1.固体催化剂表面的吸附现象和吸附等温式

2.气固催化反应的动力学方程

3.气固催化反应速率的实验测定方法

4.催化剂颗粒中的扩散

（二）自学考试要求

1.固体催化剂表面的吸附现象和吸附等温式

理解气体在固体催化剂表面上物理吸附与化学吸附的区别。

理解朗格缪尔（langmuir）型吸附等温线方程式的基本假设；吸附等温线方程式的推导；单分子吸附、多分子吸附、解离吸附下方程的不同形式。

了解弗里德里希（Freundlich）型和焦姆金型吸附等温式的假设和方程形式。

2.气固催化学反应的动力学方程

理解气固反应中，反应速率一般以单位质量催化剂为基准，不同场合也有以单位床层体积或单位催化剂体积等为基准的，应掌握不同基准间的相互换算。

理解气固催化反应所经历的七步过程；确定过程总速率的控制步骤法；当某一步骤起控制作用时，其他步骤所处的状态。

掌握在不同控制步骤下根据朗--辛（L-H）机理推导双曲线型反应速率式的方法，并能根据双曲线型反应速率方程式看出所设想的机理。

了解双曲线型和幂数数型反应速率方程各自的优缺点。

3.气固催化反应速率的实验测定方法

理解检验外扩散影响的存在和消除外扩散影响的方法。

理解检验内扩散影响的存在和消除外扩散影响的方法。

了解实验室固定床积分反应器和微分反应器各自的优缺点；流动循环无梯度反应器的特点。

了解由动力学实验数据确定动力学方程和进行参数估值的一般做法。

4.催化剂颗粒中的扩散

理解多孔催化剂粒内扩散的复杂性；分子扩散和努森（Knudson）扩散的区别。

理解分子扩散系数DAB或Dim、努森扩散系数Dk、综合扩散系数D和有效扩散系数De 的区别和联系。

理解催化剂有效系数η的定义；内扩散模数（Thiele模数）φs的定义式和物理含义。

理解等温球形催化剂进行一级反应时有效系数η计算式的推导过程。掌握有效系数η计算式的应用。

理解以特征长度L定义的内扩散模数φL的定义式；φs和φL的关系式。理解包含了可以直接测得的反应速率值（-r）=-1dn/Vedt的Weisz模数φL的定义式；φL与φL的关系式。掌握φL式的应用，能根据φs或φL值的大小判别内扩散的影响程序，以及为消除和减少内

扩散阻力可采取的措施。

理解内扩散对复合反应选择性的影响。了解为了减少内扩散阻力和改善目的产物选择性，对催化剂制造采取的改进方法。

（三）重点

根据朗--辛机理推导不同控制步骤的双曲线型反应速率方程；判别与消除反应过程内外扩散阻力的方法；等温一级球形催化剂的有效系数η的计算；如何根据内扩散模数植的大小判别内扩散的影响程序。

第六章固定床反应器

（一）主要内容

1.固定床的特点、型式和数学模型

2.固定床中的传递过程

3.绝热床反应器

4.换热式固定床反应器

（二）自学考试要求

1.固定床的特点、型式和数学模型

了解固定床的主要优点和缺点，主要型式的结构特点，适用场合和优缺点。拟均相一维、二维模型和非均相模型的定义。

2.固定床中的传递过程

理解颗粒层的若干物理特性参数，包括：固体真密度、颗粒密度、床层堆积密度，三者的区别和联系。颗粒的体积当量直径dv、面积当量直径da、比表面当量直径ds三者各自的定义、计算公式和联系。非球形粒子的形状系数φs的定义。固定床的当量直径de的计算式。床层空隙率？B及其影响因素。

掌握固定床压降的计算方法，理解影响压降的因素。

理解固定床内的传热的重要性；传热包括那几个方面；各以什么传热系数进行描述；固定就要有效导热系数的物理含义。

理解固定床内流体与粒子间的传质，固定床中流体的混合扩散，表征混合扩散程度的系数Er和Ez和无因次数Per和Pez.

3.绝热床反应器

掌握单层绝热床的物料衡算式和由热量衡算式积分所得的绝热线方程式，能用于进行催化剂用量等的计算。理解多层绝热床的计算方法。了解多层绝热床的最优化问题的思路。

4.换热式固定床反应器

通过自热式反应器的计算示例，掌握换热式固定床反应器按拟均相一维模型的计算方法。了解拟均相二维模型的计算思路。

第七章流化床反应器

自学考试要求

了解流态化现象；流态化的各种状态；流化床的优缺点；工业流化床的各种型式。

了解流化床中气泡相和乳（浊）相，两相各自的作用和相互间的联系。

了解流化床的气泡两相模型和鼓泡床模型的基本假设和建立数学模型的思路。

第八章气液相反应过程的宏观动力学和反应器

自学考试要求

了解气液相反应如A（g）+bB（ι）→R（g）+S（ι）所需经历的步骤。了解根据不同的传质速率和化学反应速率，应用传质的双膜理论可以区分的八种动力学状况，各种状况下浓度分布的图形特征，反应发生场所。了解气液反应的重要参数--膜内转化系数γ的物理意义，能根据γ的大小区分动力学状况。了解增强系数β和反应相利用率η的物理意义。

了解气液相反应器的常见型式和进行气液相反应器型式选择时考虑的因素。

Ⅲ有关说明与实施建议

（一）关于自学考试要求

大纲内按了解、理解、掌握三个层次提出了自学和考试应达到的深度。具体含义为：了解：对有关内容有初步的、粗浅的认识。知道定性的概念、方法的思路，不要求记忆有关的公式和推导过程。

例如：第三章中有"了解循环操作的平推流反应器的特征和计算方法。"具体要求为：知道将平推流反应器出口的反应产物部分地返回入口处与原始物料混合再进入反应器进行反应，即为循环操作的平推流反应器。由于部分产物的循环造成了返混，当循环比β（β=循环回入口的体积流率/离开反应器的体积流率）趋近于零即为平推流反应器，β增大，流体的返混程度也增大，当β→∞时，则相当于全混流反应器，故可通过控制循环比来控制反应器内返混程度。对于循环操作的平推流反应器，设计方程应看懂推导过程，但不要求记忆。对于如何获得最优循环比βopt则不作要求。

理解：对有关内容有比较全面深入的认识，能熟记有关概念、原理、方法和公式，并能应用有关概念、原理和方法对问题进行定性的分析、判断或比较、选择。

例如：在第二章中提出：理解活化能的物理意义及其大小对反应速率的影响。具体要求为：知道温度对反应速率的影响常用反应速率常数K来表示，对于多数反应，反应速率常数K与反应温度的关系可用阿累尼乌斯公式表示，即K=K0e-E/RT，其中E是一个重要的动力学参数，称为活化能。活化能的物理意义是把反应分子'激发'到可进行反应的'活化状态'时所需的能量。活化能的大小是表征化学反应进行难易程度的标志，活化能大，反应难于进行，所需的反应温度就高，活化能小，则反应容易进行。活能的大小还是反应速率对温度敏感性的标志，活化能愈大，温度对反应速率的影响就愈显著，即温度的改变会使反应速率发生显著的变化，但影响的程度还与反应温度水平有关，温度愈低，影响愈大。通常均相反应的活化能在4*10的7次方～2*10的8次方J/kmol之间。在以上认识的基础上，可知对于复合反应，若主反应的活化能大于副反应的活化能，则应采用尽可能高的温度进行反应，反之，则采用较低温度操作。在学习了气固催化反应后，又可推知，若改变反应温度，反应速率变化很小，则过程受扩散影响较大，因若为动力学控制，必表现出反应速率对温度的敏感性。

掌握：在理解的基础上，能熟练地运用有关方法，能熟练地运用计算公式，对问题进行定量的分析、判断、比较、选择，或设计计算。

（二）关于自学教材

本大纲主要教材是："化学反应工程"，（第二版），陈甘棠主编，化学工业出版社，1990年11月。

主要参考书：

1.反应工程，李绍芬主编，化学工业出版社，1990年6月。

2.化学反应工程，黄恩才主编刘国际副主编，化学工业出版社，1996年6月。

3.化学反应工程基本原理，毛之候谢声礼张濂编著，化学工业出版社，1990年11月。

4.化学反应工程基本原理例题与习题，张濂毛之候谢声礼编，华东化工学院出版社，1992年4月。

5.化学反应工程例题与习题，朱炳辰房鼎业姚佩芳编著，华东理工大学出版社，1993年4月。

（三）关于自学内容和方法

1.自学内容

化学反应工程内容由于涉及化学、数学、物理化学、化工原理等多个学科领域，并采用

数学模型的研究方法，有一定的广度和深度，许多初学者会感到内容多、概念生疏、公式和符号多、数学应用不熟练。因而抓不住重点，自学效果差等问题。为了改变以上状况，除了反复阅读教材外，还应善于将内容进行总结归纳、前后联系、做到融会贯通。

反应工程的内容可以概括为两个方面，即反应动力学和反应器的设计与分析。反应动力学主要研究化学反应的机理和速率，对物理化学学科，反应动力学着重研究反应历程和机理，对于反应工程，则着重于得到反应速率规律的定量描述。对于绝大多数反应都需通过动力学实验，准确测得不同温度、浓度等条件下的反应速率数据，经数据处理建立反应速率方程式（亦即动力学方程式）。这种反应速率方程式反映了化学反应本身的规律性，是不随反应器的大小、结构和操作方式而改变的。有的教材将它特称为本征反应速率或微观反应速率。反应动力学是反应工程的基础。反应器则为化学反应提供了反应场所，对反应器内的过程进行分析，除化学反应外，又包括了流体的流动混合、传热、传质（简称"三传"），流体的流动混合、传热、传质并不会改变化学反应的本征动力学，但会影响反应场所的浓度和温度在时间、空间上的分布，从而影响反应器内反应速率在时间、空间上的分布，并最终影响反应的结果。物料从进入反应器到离开为止的全过程就是具有一定动力学特性的反应物系在具有一定传递性的装置中进行演变的过程。流体的流动混合、传热、传质是随反应器的大小、结构形式和和操作方式而改变的。这也是装置存在"放大效应"的原因。因此设计、选择和操作反应器时，必须充分了解反应的动力学特性和装置的传递特性，以及两者结合时的相互影响。反应器的设计与分析就是研究不同反应器内的传递特性及其变化规律并把它与反应动力学规律结合起来，解决反应器的设计、操作优化问题。教材中将反应区分为均相和非均相后，就分别讨论其反应动力学和反应器的设计与分析。

均相反应动力学和理想反应器，特别是理想反应器是反应工程中最基本、最核心的内容，它涉及了反应工程中的许多重要基本概念、基本原理和基本方法。如：影响反应速率的因素；反应速率方程式的建立方法；两种理想流动模式的特点以及由此造成的两种理想反应器内温度、浓度、反应速率分布的区别，进而影响到反应器的生产能力和反应的选择性；反应器的教学模型一物料、热量衡算式，在不同反应器不同操作方式下的建立方法；理想反应器的设计计算；如何根据反应特性和反应器特性进行反应器型式和操作方法的评选等等。熟悉理解掌握了这部分内容，就打下了良好的基础，因为这些概念、原理和方法同样适用于非均相反应，只是后者更加复杂而已。

非理想流动是课程的难点。主要因为概念比较抽象，又涉及概率分布函数的应用等。研究非理想流动是解决由理想反应器过渡到真实反应器的桥梁问题。重点是搞清楚反应器内返混的概念，返混与停留时间分布的区别和联系；停留时间分布密度函数E（t）和停留时间分布函数F（t）的物理意义；理想反应器的E（t）和F（t）；如何由示踪实验数据确定E（t）或F（t）和分布函数的特征值，并由此确定非理想流动模型的模型参数。

非均相反应主要是熟悉掌握气固催化反应和固定床反应器，因为它使用广泛，又反映了非均相反应的共同特点和处理方法。限于学时，流化床反应器和气液相反应只要求一般了解。气固催化反应与均相反应的不同在于存在相界面，反应物为到达反应场所必须进行相内和相间的扩散传递，反应产生（或吸收）的热量也需经过相内和相间的扩散传递。因而气固催化反应速率有本征速率与宏观速率之分。前者是包括了吸附--表面反应--脱附三个步骤的速率，也就是化学过程的速率。后者则在本征速率的基础上，考虑传递过程即内、外扩散的影响加以修正，常用方法为本征速率乘以内（外）扩散有效系数。在工业固定床操作中，大多数情况下外扩散影响可以消除，但往往存在内扩散的影响甚至严重的内扩散影响。故如何判别是否存在内扩散影响，影响程度，有内扩散影响下的催化剂有效系数如何确定是这部分的重点。

2.自学方法

采用主要教材，对大纲涉及内容进行系统、深入地阅读、思考。可按章做读书笔记。理

出主要的概念、原理、公式和方法。对于有些重要的或难懂的内容，各种教材由于叙述方法或角度不同，有的可能更是易理解接受，故建议多看主要参考书中有关部分。

在反应工程的教材和习题中，用到较多的数学，主要是微积分、数值积分（如辛普生法）、解常微分方程等，因而必须复习高等数学，解题时会使用数学手册。对于一些简单级数（零级、一级、二级）的反应速率方程应能熟练地积分。

习题是帮助消化自学内容，检验基本概念掌握程度，培养运用反应工程基本原理和方法解决实际问题能力的重要手段。学习反应工程者，往往有概念虽懂但习题不会做的反映。因而必须尽可能多做习题。首先可从看懂教材中例题入手、然后可以选择一些反应工程例题与习题书上的例题进行试做，将结果与题解对照。在独立解题时，对于计算复杂的题目，可以只列出解题思路。总之要多接触各类题型

化学反应工程习题答案

第7章化学反应工程习题答案 7-1 试述物理吸收与化学吸收的区别。 解：对于物理吸收过程*=A A A P H C 0 对于化学吸收过程* * +=A A B A P P C C αα10 ,式中A KH =α，其中K 为化学平衡常 数；0B C 为吸收剂中的活性组分浓度；0A C 是与A 组分分压*A P 平衡的气体浓度；A H -A 组分溶解度系数。从以上两式可以看出物理吸收和化学吸收区别如下： 1．物理吸收气体溶解度与气体压力呈正比关系，化学吸收呈渐近线关系，当分压较高时，气体溶解度趋近化学计量的极限，因此为了减低能耗，导致操作方式不同，压力较低宜采用化学吸收，压力较高宜采用物理吸收。 2．热效应不同，物理吸收热效应较小，每摩尔数千焦耳，而化学吸收可达数万焦耳。导致吸收剂的再生方式不同，物理吸收过程吸收剂减压再生为主，化学吸收过程的吸收剂再生除减压外还需加热。 3．物理吸收选择性主要体现各种气体在溶解度系数的差异，而化学吸收取决于A KH =α，由于化学反应特定性，吸收选择性不同。化学吸收选择性高于物理吸收。 7-2解释下列参数的物理意义：无因次准数M 、增大因子β及液相利用率η。分别写出一级不可逆和二级不可逆反应无因次准数M 的计算式。 解：无因次准数M 的物理意义 通过液膜传递速率 液膜内的化学反应速率 增大因子β的物理意义为速率 单纯物理吸收时的传质过气液界面的传质速率 液膜内有化学反应时通 液相利用率η的物理意义为的反应速率液相均处于界面浓度下吸收速率 对于一级不可逆反应211L AL L L k k D k k M ==δ 对于二级不可逆反应2 2L BL AL k C k D M = 7-3 纯二氧化碳与氢氧化钠水溶液进行反应，假定液相上方水蒸气分压可不 计，试按双膜模型绘出气相及液相二氧化碳浓度分布示意图。 解： 气模 液膜 P CO2,g P CO2,i C CO2,i C CO2,L

化学反应工程

1、平推流的F(t)~t和E(t)~t曲线有何特征？并画图说明。 答: 平推流的F(t)~t曲线特征：F(t)= 平推流的E(t)~t曲线特征：E(t)={ 2、理想吸附应符合哪些条件？ 答：①均匀表面（理想表面）：即催化剂表面各处的吸附能力是均一的，吸附热于表面已被吸附的程度如何无关②单分子层吸附③被吸附的分子间互不影响④吸附的机理均相同，吸附形成的络合物亦均相同⑤吸附与脱附可以建立动态平衡 3、测定停留时间分布需要借助示踪剂,示踪剂应满足哪些条件？ 答：采用何种示踪剂，要根据物料的物态、相系及其反应器的类型等情况而定。 A不应与主流体发生反应 B与所研究的流体完全互溶，除了显著区别与主流体的某一可检测性质外，二者应具有尽可能相同的物理性质 C便于检测：本身应具有或者易于转变为电信号或者光信号的特点，并且浓度很低时也能够检测 D加入示踪剂不影响所研究流体的流动状态 E不被反应器表面及其反应器内部的固体填充物吸附，用于多相系统检测的失踪剂不发生相间的转移 4、什么是返混，简述返混对复合反应体系的影响。 答：返混是指不同停留时间的物料粒子间的混合，或者不同时间进入反应器的物料间的混合。 对平行反应：若主反应级数高于副反应级数，返混使主产物选择率下降，若主反应级数低于副反应级数，返混使主产物选择率提高。 对连串反应：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。5、什么是反应器的热稳定性？全混釜稳定操作的必要条件是什么？ 答：反应器的热稳定性是指当操作参数受外界干扰，偏离正常值，出现微小变化时，反应能否正常进行，当外界干扰取消时，操作状态能否自动恢复到规定的正常值。 全混釜稳定操作的必要条件：Q r=Q G dQ r∕dT>dQ G/dT 6、选择操作温度的一般原则是什么？ 答：①反应的热效应不大，反应热较小，活化能较低，而且在相当广的温度范围内，反应的选择性变化很小，则可采用既不供热也不出去热量的绝热操作是最方便的，反应放出或吸收的热量由系统中物料本身温度的升高或者降低来平衡，这种操作温度的变化范围不应超过工艺上许可的范围。 ②对中等热效应的反应，一般先考虑采用绝热操作，因此绝热反应器结构简单，经济，但应对收率、操作费用、反应器大小方面全盘衡量，最后才确定采用绝热或变温的方式。若为液相反应，可采用具有夹套或者盘管的釜式反应器，以便控制在等温下操作。 ③对热效应较大的反应，要求在整个反应过程中同时进行有效地热交换。 ④对极为快速的反应，一般考虑采用绝热操作，或者利用溶剂的蒸发来控制温度。 7、平推流与全混流是流体在反应器中流动的两种极端模型，二者各有何特点？并进行比 较。

化学反应工程

《化学反应工程》课程综合复习资料 一、填空题 1、全混流反应器的E 函数表达式为 ，其无因次方差2 θσ= ，而平推流反应器的无因次方差2θσ＝ 。 2、工业催化剂性能优劣的三种最主要的性质是 、 、和 。 3、在间歇反应器中进行一恒压气相反应32A B R +→，原料为A 和B 的混合物，其中A 含量为20%(mol)，若物料初始体积为2升，则A 转化50％时，物料的总体积为 。 4、基元反应的分子数 （可能/不可能）是小数。 5、某液相反应A R →于50℃下在间歇反应器中进行，反应物A 转化80％需要10min ，如果于相同条件下在平推流反应器中进行，则达到同样的转化率需要的空时为 ；如果同样条件下在全混流反应器中进行，达到同样的转化率需要的空时 。 6、测定非理想流动的停留时间分布函数时，两种最常见的示踪物输入方法为 和 。 7、完全混合反应器（全混流反应器）内物料的温度和浓度 ，并且 （大于/小于/等于）反应器出口物料的温度和浓度。 8、多级混合模型的唯一模型参数为 ，轴向扩散模型的唯一模型参数为： 。 9、对于单一反应，在相同的处理量和最终转化率条件下，选择反应器时主要考虑 ；而对于复合反应，选择反应器时主要考虑的则是 。 10、对于反应23A B R +→，各物质反应速率之间的关系为：(-r A ):(-r B ):r R ＝ 。 11、某重油催化裂化装置处理量为100吨重油/h ，未转化重油为6吨/h ，汽油产量为42吨/h ，则重油的转化率为_ _，工业上汽油的收率及选择性为_ _和_ _。 12、某反应的计量方程为A R S →+，则其反应速率表达式 。 13、反应级数 （可能/不可能）大于3， （可能/不可能）是0，基元反应的分子数 （可能/不可能）是0。 14、在一个完整的气—固相催化反应的七大步骤中，属于本征动力学范畴的三步为 、 和 。 15、在均相反应动力学中，利用实验数据求取化学反应速率方程式的两种最主要的方法为 和 。 16、对于一个在全混流反应器里进行的放热反应，一般可以出现三个定常态操作点M 1、M 2、M 3，如下图所示，其中M 1和M 3这两点我们称之为 的定常态操作点，M 2则称为 的定常态操作点。实际操作时，我们一般选择M 1、M 2、M 3中 做为操作点。 17、某一级液相反应在间歇式反应器中进行，5min 转化率为50％，则转化率达到80％需时间_____min 。 18、某反应的速率方程式为n A A r kC -= mol/(m 3 .h)，则反应级数n 为2时，k 的单位为 _。 19、某反应的计量方程为A R S →+，则其反应速率表达式 。

化学反应工程第二版课后答案

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。基元反应符合质量作用定律。基元反应的活化能指1摩尔活化分子的平均能量比普通分子的平均能量的高出值。基元反应的反应级数是该反应的反应分子数。一切不符合质量作用定律的反应都是非基元反应。非基元反应的活化能没有明确的物理意义，仅决定了反应速率对温度的敏感程度。非基元反应的反应级数是经验数值，决定了反应速率对反应物浓度的敏感程度。 3 若将反应速率写成t c r d d A A - =-，有什么条件? 答：化学反应的进行不引起物系体积的变化，即恒容。 4 为什么均相液相反应过程的动力学方程实验测定采用间歇反应器? 答：在间歇反应器中可以直接得到反应时间和反应程度的关系，而这种关系仅是动力学方程的直接积分，与反应器大小和投料量无关。 5 现有如下基元反应过程，请写出各组分生成速率与浓度之间关系。 (1)A+2B →C (2)A+2B →C (3)2A+2B →C A+C →D B+C →D A+C →D C+D →E 解

(1) D 4C A 3D D 4C A 3C 22 B A 1C C 22B A 1B D 4C A 3C 22 B A 1A 22c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-= (2) E 6D C 5D 4C B 3D E 6D C 5D 4C B 3C 22 B A 1C D 4C B 3C 22B A 1B C 22 B A 1A 22c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r +--=+-+--=+-+-=+-= (3) D 4C A 3D D 4C A 3C 22 B 2A 1C C 22B 2A 1B D 4C A 3C 22 B 2A 1A 2222c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-= 6 气相基元反应A+2B →2P 在30℃和常压下的反应速率常数k c =2.65× 104m 6kmol -2s -1。现以气相分压来表示速率方程，即(?r A )=k P p A p B 2 ，求k P =?（假定气体为理想气体） 解 ()3 -1-363111 2643c P 2 B A p A 2 B A c 2 B A c A 1264c kPa s m kmol 10655.1K 303K kmol kJ 314.8s kmol m 1065.2)(s kmol m 1065.2K 30330273--------??=???= ==-? ? ? ??==-= ?==+=RT k k p p k r RT p RT p k c c k r RT p c k T

化学反应工程课后答案

1 绪 论 1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应： 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： （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 mol n 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 mol 1. 1. 2其主副反应如 下： 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 原料气 Bkg/h 粗甲醇 Akmol/h

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 ) 2 O 3.55%,C 3 H 9 OH 1.10%,H 2 O 6.20%,均为 重量百分率。在操作压力及温度下，其余组分均为不凝组分，但在冷凝冷却过程中可部分溶解于粗甲醇中，对1kg粗甲醇而言，其溶解量为CO 2 9.82g,CO 9.38g,H 2 1.76g,CH 4 2.14g,N 2 5.38g。若循环气与原料气之比为7.2（摩尔比）， 试计算： （1）（1）一氧化碳的单程转换率和全程转化率； （2）（2）甲醇的单程收率和全程收率。 解：（1）设新鲜原料气进料流量为100kmol/h，则根据已知条件，计算进料原料 i i i i i m i i 。 M’ m =∑y i M i =9.554 又设放空气体流量为Akmol/h，粗甲醇的流量为Bkg/h。对整个系统的N 2 作衡算 得： 5.38B/28×1000+0.1029A=2.92 (A) 对整个系统就所有物料作衡算得： 100×10.42=B+9.554A (B) 联立（A）、（B）两个方程，解之得 A=26.91kmol/h B=785.2kg/h 反应后产物中CO摩尔流量为

《化学反应工程》试题及标准答案

《化学反应工程》试题及答案

————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：

《化学反应工程》试题 一、填空题 1. 质量传递 、 热量传递 、 动量传递 和化学反应 称为三传一反. 2. 物料衡算和能量衡算的一般表达式为 输入-输出=累积 。 3. 着眼组分A 转化率x A 的定义式为 x A =(n A0-n A )/n A0 。 4. 总反应级数不可能大于 3 。 5. 反应速率-r A =kC A C B 的单位为kmol/m 3·h ，速率常数k 的因次为 m 3/kmol ·h 。 6. 反应速率-r A =kC A 的单位为kmol/kg ·h ，速率常数k 的因次为 m 3/kg ·h 。 7. 反应速率2 /1A A kC r =-的单位为mol/L ·s ，速率常数k 的因次为 (mol)1/2·L -1/2·s 。 8. 反应速率常数k 与温度T 的关系为2.1010000 lg +- =T k ， 其活化能为 83.14kJ/mol 。 9. 某反应在500K 时的反应速率常数k 是400K 时的103倍，则600K 时的反应速率常数k 时是400K 时的 105 倍。 10. 某反应在450℃时的反应速率是400℃时的10倍，则该反应的活化能为（设浓度不变） 186.3kJ/mol 。 11. 非等分子反应2SO 2+O 2==2SO 3的膨胀因子2SO δ等于 -0.5 。 12. 非等分子反应N 2+3H 2==2NH 3的膨胀因子2H δ等于 –2/3 。 13. 反应N 2+3H 2==2NH 3中（2N r -）= 1/3 （2H r -）= 1/2 3NH r 14. 在平推流反应器中进行等温一级不可逆反应，反应物初浓度为C A0，转化率为x A ，当反应器体积增大到n 倍时，反应物A 的出口浓度为 C A0(1-x A )n ，转化率为 1-(1-x A )n 。 15. 在全混流反应器中进行等温一级不可逆反应，反应物初浓度为C A0，转化率为x A ，当反应器体积增大到n 倍时，反应物A 的出口浓度为 A A x n x )1(11-+-，转化率为A A x n nx )1(1-+。 16. 反应活化能E 越 大 ，反应速率对温度越敏感。 17. 对于特定的活化能，温度越低温度对反应速率的影响越 大 。 18. 某平行反应主副产物分别为P 和S ，选择性S P 的定义为 (n P -n P0)/ (n S -n S0) 。 19. 某反应目的产物和着眼组分分别为P 和A 其收率ΦP 的定义为 (n P -n P0)/ (n A0-n A ) 。 20. 均相自催化反应其反应速率的主要特征是随时间非单调变化，存在最大的反应速率 。 21. 根据反应机理推导反应动力学常采用的方法有 速率控制步骤 、 拟平衡态 。 22. 对于连续操作系统，定常态操作是指 温度及各组分浓度不随时间变化 。 23. 返混的定义： 不同停留时间流体微团间的混合 。

《化学反应工程》试题和答案基础部分

《化学反应工程》试题库 一、填空题 1. 质量传递、热量传递、动量传递和和化学反应称为三传一 反? 2. 物料衡算和能量衡算的一般表达式为输入-输出二累 积_____________ 。 3. 着眼组分A 转化率X A的定义式为 X A=( n A—n A)/ _____________ 。 4. 总反应级数不可能大于￡—。 5. 反应速率-r A=kC A C B的单位为kmol/(m3? h).速率常数k的因次为 nV(kmol ? h ) 。 6. 反应速率-r A=kC A的单位为kmol/kg ? h.速率常数k的因次为mVkg ? h 。 7. 反应速率.kc A/2的单位为mol/L ? s.速率常数k的因次为 (mol) 1/2? L-1/2? s 。 8. 反应速率常数k与温度T的关系为lnk 10000 102.其活化能为 T mol 。 9. 某反应在500K时的反应速率常数k是400K时的103倍.则600K

时的反应速率常数k时是400K时的10 5倍。 10. 某反应在450C时的反应速率是400C时的10倍.则该反应的活化 能为（设浓度不变）mol 。 11. 非等分子反应2SO+Q==2SQ的膨胀因子sq等于________ 。 12. 非等分子反应N2+3H2==2NH的膨胀因子H2等于-2/3 。 13. 反应N b+3H2==2NH中（& ）= 1/3 （仏）二1/2 扁3 14. 在平推流反应器中进行等温一级不可逆反应.反应物初浓度为G°. 转化率为X A.当反应器体积增大到n倍时.反应物A的出口浓度为 C A0（1-X A）n . 转化率为1-（1- X A”。 15. 在全混流反应器中进行等温一级不可逆反应.反应物初浓度为C A0. 转化率为X A.当反应器体积增大到n倍时.反应物A的出口浓度为 匚些.转化率为nxA—。 1 （n 1）X A 1 （n 1）X A 16. 反应活化能E越大.反应速率对温度越敏感。 17. 对于特定的活化能.温度越低温度对反应速率的影响越大。 18. 某平行反应主副产物分别为P和S选择性S的定义为（n P-g）/ (n s- n s0)

化学反应工程总结

、绪论 1. 研究对象是工业反应过程或工业反应器 研究目的是实现工业反应过程的优化 2. 决策变量：反应器结构、操作方式、工艺条件 3. 优化指标一一技术指标：反应速率、选择性、能耗 掌握转化率、收率与选择性的概念 4. 工程思维方法 1. 反应类型：简单反应、自催化、可逆、平行、串联反应 基本特征、分析判断 2. 化学反应速率的工程表示 3. 工业反应动力学规律可表示为： r i f c （G ） f T （T ） a ）浓度效应——n 工程意义是：反应速率对浓度变化的敏感程 度。 b ）温度效应——E 工程意义是：反应速率对温度变化的敏感程 度。 E ---- cal/mol , j/mol T ----- K R = 1.987cal/mol.K = 8.314 j/mol.K 化学反应动力学 反应速率= 反应量 （反应时间）（反应 已知两个温度下的反应速率常数 k , 可以按下式计算活化能 工程问题 动力学问题

三、PFR与CSTR基本方程 1.理想间歇：t V R V o c Af dC A CA0( J ) x Af dx A XA0( J ) 2.理想PFR V R V o C Af dc A C A0 ( J) C A0 x Af dx A x A 0(「A) 3. CSTR 4. 图解法 V R C A0 C A C A0X A T /C A0 0 X Af X A 四、简单反应的计算 n=1,0,2级反应特征C A C A0(1 X A)浓度、转化率、反应时间关系式 基本关系式PFR（间歇）CSTR V R C Af dC A V R C A0 C A p V。C A0 (：)m v (「A) PFF H CSTR CSTR>PFR C A0X A k p C A0 X A k p n=0 n=1 n=2 C A0 kC A . 11 k p 丁 C A C A0 k p 1吒C A0

化学反应工程测试2答案

1. 各种操作因素对于复杂反应的影响虽然各不相同，但通常温度升高有利于活 化能 高 的反应的选择性，反应物浓度升高有利于反应级数 大 的反应的选择性。 2. 测定非理想流动的停留时间分布函数时，两种最常见的示踪物输入方法为 脉冲示踪法 和 阶跃示踪法 。 3. 在均相反应动力学中，利用实验数据求取化学反应速度方程式的两种最主要 的方法为 积分法 和 微分法 。 4. 平推流反应器的E 函数表达式为,()0,t t E t t t ?∞=?=?≠??，其无因次方差2 θσ= 0 ， 而全混流反应器的无因次方差2 θσ＝ 1 。 5. 平推流管式反应器t ＜t 时，F （t ）=_______。（0） 全混流反应器其E （θ）曲线的方差=2 θσ_______。（1） 6. 工业催化剂所必备的三个主要条件是：_______、_______、_______。（活性好、选择性高、寿命长） 7. 气体在固体表面上的吸附中物理吸附是靠_______结合的，而化学吸附是靠_______结合的。（范德华力、化学键力） 8. 气体在固体表面上的吸附中物理吸附是_______分子层的，而化学吸附是_______分子层的。（多、单） 9. 对于气—固相催化反应，要测定真实的反应速率，必须首先排除_______和_______的影响。（内扩散、外扩散） 10. 测定气固相催化速率检验外扩散影响时，可以同时改变_______和_______，但保持 0A F W 不变。（催化剂装量、进料流量） 11. 测定气固相催化速率检验内扩散影响时，可改变催化剂的_______，在恒定的0A F W 下测_______，看二者的变化关系。[粒度（直径p d ）、转化率] 12. 下列不属于Langmuir 型等温吸附的假定的是_______。（B ） A. 均匀表面 B. 多分子层吸附 C. 分子间无作用 D. 吸附机理相同 13. 下列属于理想吸附等温方程的是_______。（A ） A. Langmuir 型 B. Freundlich 型 C. Temkin 型 D. BET 型

《化学反应工程》试题及答案

《化学反应工程》试题 一、填空题 1. 质量传递 、 热量传递 、 动量传递 和化学反应 称为三传一 反. 2. 物料衡算和能量衡算的一般表达式为 输入-输出=累 积 。 3. 着眼组分A 转化率x A 的定义式为 x A =(n A0-n A )/n A0 。 4. 总反应级数不可能大于 3 。 5. 反应速率-r A =kC A C B 的单位为kmol/m 3·h ，速率常数k 的因次为 m 3/kmol ·h 。 6. 反应速率-r A =kC A 的单位为kmol/kg ·h ，速率常数k 的因次为 m 3/kg ·h 。 7. 反应速率2 /1A A kC r =-的单位为mol/L ·s ，速率常数k 的因次为 (mol)1/2·L -1/2·s 。 8. 反应速率常数k 与温度T 的关系为2.1010000lg +-=T k ，其活化能为 mol 。

9. 某反应在500K 时的反应速率常数k 是400K 时的103倍，则600K 时的反应速率常数k 时是400K 时的 105 倍。 10. 某反应在450℃时的反应速率是400℃时的10倍，则该反应的活 化能为（设浓度不变） mol 。 11. 非等分子反应2SO 2+O 2==2SO 3的膨胀因子2 SO δ等于 。 12. 非等分子反应N 2+3H 2==2NH 3的膨胀因子2 H δ等于 –2/3 。 13. 反应N 2+3H 2==2NH 3中（2 N r -）= 1/3 （2 H r -）= 1/2 3 NH r 14. 在平推流反应器中进行等温一级不可逆反应，反应物初浓度为 C A0，转化率为x A ，当反应器体积增大到n 倍时，反应物A 的出口浓度 为 C A0(1-x A )n ，转化率为 1-(1-x A )n 。 15. 在全混流反应器中进行等温一级不可逆反应，反应物初浓度为 C A0，转化率为x A ，当反应器体积增大到n 倍时，反应物A 的出口浓度 为 A A x n x )1(11-+-，转化率为A A x n nx )1(1-+。 16. 反应活化能E 越 大 ，反应速率对温度越敏感。 17. 对于特定的活化能，温度越低温度对反应速率的影响越 大 。 18. 某平行反应主副产物分别为P 和S ，选择性S P 的定义为 (n P -n P0)/ (n S -n S0) 。

化学工程的发展与展望

化学工程的发展与展望 化学工程的发展与展 化学工程是将化学过程和物理过程的基础理论研究与工业化学相结合的学科，不仅是一门具有百年历史的成熟基础学科，也是充满朝气、与时俱进的学科。 1 化学工程的兴起 几千年来过滤、蒸发、结晶等操作在生产中被广泛的应用，但在相当长的时期里，这些操作都是规模很小的手工作业。化学工程这一学科，是在 19 世纪后期随着大规模制造化学工业产品的生产过程的发展而诞生的。 19 世纪70 年代，各种基础化学品的生产等都有了相当的规模，化学工业有了许多杰出的成就。如索尔维法制碱中所用的纯碱碳化塔，高 20 余米，在其中同时进行化学吸收 、结晶、沉降等过程，但是人们还没有从其中找出共有的规律。1880 年，“化学工程” 第一次被英国学者 George E.Davis 正式提出，1888 年，美国麻省理工学院开设了第一个以“化学工程”命名的课程，标志着化学工程学科的诞生。1915 年，本文由论文联盟https://www.wendangku.net/doc/fb5058720.html, 收集整理美国学者 Arthur D. Little 提出了“单元操作”，将各种化学品的工业生产工艺分解为若干独立的物理操作单元，并阐明了即使是不同的工艺，只要是相同操作单元就遵循的相同原理。 1920 年，在美国麻省理工学院，化学工程从化学系分离出来，成为一个独立的系。1923 年华克尔、刘易斯和 W.H.麦克亚共同写的《化工原理》一书出版，奠定了化学工程作为一门独立的工程学科的基础。 2化学工程的发展 2.120 世纪前叶，化学工程二级学科应运而生 在20 世纪前叶，化学工程学科的发展促进了许多化学工艺的问世，如美国用丙烯合成出异丙醇，被誉为是石油化工的开端。这些化学工艺的出现，许多化学工程二级学科应运而生。 化学热力学，化学反应工程，传递过程，化工系统工程，化工控制工程等多个二级学科相继诞生。 2.220 世纪50～60 年代，化学工程完成了从单元操作到

化学反应工程试题分析

化学反应工程原理 一、选择题 1、气相反应CO + 3H 2 CH 4 + H 2O 进料时无惰性气体，CO 与2H 以1∶2摩尔比进料，则膨胀因子CO δ=__A_。 A. -2 B. -1 C. 1 D. 2 2 、一级连串反应A S P 在间歇式反应器中，则目的产物P 的最大浓度=max ,P C ___A____。 A. 122)(210K K K A K K C - B. 22/1120]1)/[(+K K C A C. 122 )(120K K K A K K C - D. 22/1210]1)/[(+K K C A 3、串联反应A → P （目的）→R + S ，目的产物P 与副产物S 的选择性P S =__C_。 A. A A P P n n n n --0 0 B. 00A P P n n n - C. 00 S S P P n n n n -- D. 00R R P P n n n n -- 4、全混流反应器的容积效率η=1.0时，该反应的反应级数n___B__。 A. ＜0 B. =0 C. ≥0 D. ＞0 5 、对于单一反应组分的平行反应A P(主) S(副)，其瞬间收率P ?随A C 增大而单调下降，则最适合的反应器为____B__。 A. 平推流反应器 B. 全混流反应器 C. 多釜串联全混流反应器 D. 全混流串接平推流反应器 6、对于反应级数n ＞0的不可逆等温反应，为降低反应器容积，应选用____A___。 A. 平推流反应器 B. 全混流反应器 C. 循环操作的平推流反应器 D. 全混流串接平推流反应器 7 、一级不可逆液相反应A 2R ，30/30.2m kmol C A =， 出口转化率7.0=A x ，每批操作时间h t t 06.20=+，装置的生产能力为50000 kg 产物R/天，R M =60，则反应器的体积V 为_C_3 m 。 A. 19.6 B. 20.2 C. 22.2 D. 23.4 8、在间歇反应器中进行等温一级反应A → B ，s l mol C r A A ?=-/01.0，当l mol C A /10 =时，求反应至l mol C A /01.0=所需时间t=____B___秒。 A. 400 B. 460 C. 500 D. 560

化学反应工程第二版课后答案

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。基元反应符合质量作用定律。基元反应的活化能指1摩尔活化分子的平均能量比普通分子的平均能量的高出值。基元反应的反应级数是该反应的反应分子数。一切不符合质量作用定律的反应都是非基元反应。非基元反应的活化能没有明确的物理意义，仅决定了反应速率对温度的敏感程度。非基元反应的反应级数是经验数值，决定了反应速率对反应物浓度的敏感程度。 3 若将反应速率写成t c r d d A A - =-，有什么条件? 答：化学反应的进行不引起物系体积的变化，即恒容。 4 为什么均相液相反应过程的动力学方程实验测定采用间歇反应器? 答：在间歇反应器中可以直接得到反应时间和反应程度的关系，而这种关系仅是动力学方程的直接积分，与反应器大小和投料量无关。 5 现有如下基元反应过程，请写出各组分生成速率与浓度之间关系。 (1)A+2B →C (2)A+2B →C (3)2A+2B →C A+C →D B+C →D A+C →D C+D →E 解

(1) D 4C A 3D D 4C A 3C 22 B A 1C C 22B A 1B D 4C A 3C 22 B A 1A 22c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-= (2) E 6D C 5D 4C B 3D E 6D C 5D 4C B 3C 22 B A 1C D 4C B 3C 22B A 1B C 22 B A 1A 22c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r +--=+-+--=+-+-=+-= (3) D 4C A 3D D 4C A 3C 22 B 2A 1C C 22B 2A 1B D 4C A 3C 22 B 2A 1A 2222c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-= 6 气相基元反应A+2B →2P 在30℃和常压下的反应速率常数k c =2.65× 104m 6kmol -2s -1。现以气相分压来表示速率方程，即(?r A )=k P p A p B 2 ，求k P =?（假定气体为理想气体） 解 () 3 -1-363 111 2643c P 2 B A p A 2 B A c 2 B A c A 1264c kPa s m kmol 10655.1K 303K kmol kJ 314.8s kmol m 1065.2)(s kmol m 1065.2K 30330273--------??=???= ==-? ? ? ??==-= ?==+=RT k k p p k r RT p RT p k c c k r RT p c k T

化学反应工程复习题

《化学反应工程原理》复习思考题 第一章绪论 1、了解化学反应工程的研究内容和研究方法。 2、几个常用指标的定义及计算：转化率、选择性、收率。 第二章化学反应动力学 1、化学反应速率的工程表示，气固相催化反应及气液相非均相反应反应区的取法。 2、反应速率常数的单位及其换算。 3、复杂反应的反应速率表达式（可逆、平行、连串、自催化）。 4、气固相催化反应的步骤及基本特征。 5、物理吸附与化学吸附的特点。 6、理想吸附等温方程的导出及应用（单组分吸附、解离吸附、混合吸附）。 7、气固相催化反应动力学方程的推导步骤。 8、不同控制步骤的理想吸附模型的动力学方程的推导。 9、由已知的动力学方程推测反应机理。 第三章理想间歇反应器与典型化学反应的基本特征 1、反应器设计的基本方程式。 2、理想间歇反应器的特点。 3、理想间歇反应器等温、等容一级、二级反应反应时间的计算及反应器体积的计算。 4、自催化反应的特点及最佳工艺条件的确定及最佳反应器形式的选择。 5、理想间歇反应器最优反应时间的计算. 7、可逆反应的反应速率，分析其浓度效应及温度效应。 8、平行反应选择率的浓度效应及温度效应分析。 9、平行反应反应器形式和操作方式的选择。 10、串连反应反应物及产物的浓度分布，t opt C p.max的计算。 11、串连反应的温度效应及浓度效应分析。 第四章理想管式反应器

1、理想管式反应器的特点。 2、理想管式反应器内进行一级、二级等容、变容反应的计算。 3、空时、空速、停留时间的概念及计算。 4、膨胀率、膨胀因子的定义，变分子数反应过程反应器的计算。 第五章理想连续流动釜式反应器 1、全混流反应器的特点。 2、全混流反应器的基础方程及应用。 3、全混釜中进行零级、一级、二级等温、等容反应时的解析法计算。 4、全混釜的图解计算原理及图解示意。 5、全混流反应器中的浓度分布与返混，返混对反应的影响。 6、返混产生的原因及限制返混的措施。 7、多釜串联反应器进行一级、二级不可逆反应的解析法计算。 8、多釜串联反应器的图解法计算原理。 第七章化学反应过程的优化 1、简单反应过程平推流反应器与全混流反应器的比较及反应器形式的选择。 2、多釜串连反应器串连段数的选择分析。 3、自催化反应反应器的选型分析。 4、可逆放热反应速率随温度的变化规律，平衡温度和最优温度的概念。 5、平行反应选择率的温度效应及浓度效应分析，反应器的选型，操作方式的确定。 6、串连反应影响选择率和收率的因素分析，反应器的选型及操作方式的确定。 7、平推流与全混釜的组合方式及其计算。 第八章气固相催化反应过程的传递现象 1、气固相催化反应的全过程及特点。 2、等温条件下催化剂颗粒的外部效率因子的定义。 3、外扩散、内扩散对平行反应、连串反应选择性的影响分析。 4、气体流速对外扩散的影响分析。 5、等温条件下催化剂颗粒的内部效率因子的定义。

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。 六、自测题 1.三传一反是指动量传递、热量传递、质量传递和反应动力学。

化学反应工程2试题答案

一、单项选择题： 一、答案为： 1 2 3 4 5 6 7 8 B A B C B C B C 1．反应器的类型不同，则( )也将有不同。 A ．反应动力学 B ．传递特性 C ．反应的相态 D ．反应的可逆性 2．等温恒容下进行各步均为一级不可逆串联反应 )R()(k21副产物主产物?→??→?P A k 若保持相同的转化率x A ，调节反应温度使k 2/k 1降低，则P 的收率将( ) A.增大 B ．减小 C ．不变 D ．先增后减 3．乙苯在催化剂上脱氢生成苯乙烯，经一段时间反应后，苯乙烯生成量不再增加，但乙苯仍大量存在，表明这是一个( )反应。 A ．慢速 B ．可逆 C ．自催化 D ．不可逆 4．全混流反应器进行放热反应时，要使反应器操作在稳定的定常态，则必须满足以下条件( ) A ．移热速率>放热速率 B ．移热速率<放热速率 C ．移热速率随温度变化率>放热速率随温度的变化率 D ．移热速率随温度变化率<放热速率随温度的变化率 5．等温一级不可逆液相反应，采用下列三种方案进行： (1)一个间歇反应釜，容积V1(仅考虑反应时间所需)， (2)一个平推流反应器，容积V2， (3)二个等体积全混流反应器串联，总容积为V3。 上述三种情况反应温度、物料处理量及转化率均相同，则容积比较为( ) A ．V1

化学反应工程基本概念

第一章 1. 化学反应工程是一门研究 (化学反应个工程问题)的科学。 2. 所谓数学模型是指 (用数学方法表达各变量间的关系)。 3. 化学反应器的数学模型包括 （动力学方程式、 物料横算式子、 热量衡算式、 动量衡算式 和 参数计算式） 4. 所谓控制体积是指 （能把反应速率视作定值的最大空间范围）。 5. 模型参数随空间而变化的数学模型称为 （ 分布参数模型）。 6. 模型参数随时间而变化的数学模型称为 （非定态模型）。 7. 建立物料、热量和动量衡算方程的一般式为 (累积量=输入量-输出量)。 第二章 1. 均相反应是指 (在均一的液相或气相中进行的反应)。 2. 对于反应aA + bB → pP + sS ，则r P =( p/a )r A 。 3.着眼反应物A 的转化率的定义式为(转化率Xa=转化了的物料A 的量/反应开始的物料A 的量)。 4. 产物P 的收率ΦP 与得率ХP 和转化率x A 间的关系为( Xp/Xa )。 5. 化学反应速率式为r A =k C C A αC B β，用浓度表示的速率常数为k C ，假定符合理想气体状态方 程，如用压力表示的速率常数k P ，则k C =[ (RT)的a+B 次方]k P 。 6.对反应aA + bB → pP + sS 的膨胀因子的定义式为 （P+S ）-(A+B))/A 。 7.膨胀率的物理意义为 (反应物A 全部转化后系统的体积变化率)。 8. 活化能的大小直接反映了 (反应速率) 对温度变化的敏感程度。 9. 反应级数的大小直接反映了(反应速率) 对浓度变化的敏感程度。 10.对复合反应，生成主产物的反应称为 (主反应)，其它的均为(副反应)。 11. 平行反应A → P 、A → S 均为一级不可逆反应，若E 1＞E 2，选择性S p 与 (A 的浓度) 无关，仅是 (A 的浓度) 的函数。 12. 如果平行反应A → P 、A → S 均为一级不可逆反应，若E 1＞E 2，提高选择性S P 应(提到 温度)。 13. 一级连串反应A → P → S 在平推流反应器中，为提高目的产物P 的收率，应(降 低)k 2/k 1。 14. 产物P 的收率的定义式为 (生成的全部P 的物质的量/反应掉的全部A 的物质的量) 15. 产物P 的瞬时收率φP 的定义式为(生成的物质的量/反应的A 的物质的量) 16. 产物P 的选择性S P 的定义式为(单位时间内产物P 的物质的量/单位时间内生成产物S 的物质的量) 17. 由A 和B 进行均相二级不可逆反应αA A+αB B = αS S ，速率方程为： r A =－dC A /dt=kC A C b 。 求： （1）当C A0/C B0=αA /αB 时的积分式 （2）当C A0/C B0=λ≠αA /αB 时的积分式 18. 反应A → B 为n 级不可逆反应。已知在300K 时要使A 的转化率达到20%需，而在340K 时达到同样的转化率仅需，求该反应的活化能E 。 第三章 1. 理想反应器是指(理想混合反应器 平推流反应器)。 2. 全混流反应器的空时τ是 (反应器容积) 与(进料的体积流量)之比。 3. 全混流反应器的放热速率Q G ={ 00()A A Hr Ft y x ? }。 4. 全混流反应器的移热速率Q r ={ 012()pm Ft C T T - } 5. 全混流反应器的定常态操作点的判据为{ G r Q Q = }。 6. 全混流反应器处于热稳定的定常态操作点的判据为{ G r Q Q = G r dQ dQ dT dT > }。