化学反应工程基础
化学反应工程-第2章
移项并积分得：
dCA kCA a CB b dt
CA 0
kt
dCA CA mCBn
CA
这时假设a，b分别为m， n ，则以时间t为横 坐标，以积分项 C
A0
CA
dC A m n C A CB
为纵坐标，当以具体数据代入时，作图就可 以得到斜率为k的直线。如果得到直线，则表明此 动力学方程是适合于所研究的反应的。若得到曲 线，则表明此动力学应被排除，应该重新假设a， b的值而加以检验。
即：
ln
C Ae
C A0 C Ae C A C Ae
1 k1 1 t K
代入2-20式得：
将实验测得的CA-t数据，按照上式 C
ln
C A0
A
C Ae C Ae
与t作图可以得一条直线，斜率为k1+k2, 又因为k1/k2可知，因此可以求出 k1,k2 值。
2.2 等温恒容过程 ⑵ 反应转化率
第二章 均相反应动力学基础
反应物A的转化率可以用下式定义
反应物A的转化量 n A 0 n A xA ＝ A的起始量 n A0
注意： ① 转化率恒为正。 ② 反应物一般指关键反应物（限制反应物、着眼反应物）， 其是以最小化学计量量存在的反应物。 ③ 根据nA0的选择不同，有单程转化率（以反应器进口物料 为基准，如氨合成过程的合成塔进口循环气。）和总转化率 （以过程进口物料为基准，如氨合成过程的新鲜气。）。
如果cA0远远小于cB0，cB在全部反应时间里近似 于不变，则二级反应可以作为拟一级反应处理。
适用范围：
利用积分法求取动力学方程式的过程， 实际上是个试差的过程，它一般在反应级 数是简单整数时使用。当级数为分数时， 试差就比较困难，这时应该用微分法。 其他不可逆反应动力学方程式的 积分式见书上表2-4.
《化学反应工程》试题及答案基础部分
《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/(m3·h），速率常数k的因次为m3/(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m3/kg·h.7.反应速率的单位为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,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2SO2+O2==2SO3的膨胀因子等于-0。
5 .12.非等分子反应N2+3H2==2NH3的膨胀因子等于–2/3 。
13.反应N2+3H2==2NH3中（)= 1/3 （)= 1/214.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，转化率为。
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) 。
化学反应工程基础
幂函数形式：rA = -
1 V
nd A
dt
=
kCAα
1
CBα
2
k: 反应速率常数 α1，α2：实验测定常数
总级数 n=α1+α2
对基元反应： α1=a α2=b
复杂反应： n需实验测定
k遵循Arrehnies方程:
k = A0e-E/RT lnk =lnA0 – E/RT dlnk/dT = E/RT2
釜式、塔式 釜式、塔式 固定床、流化床、移动
床 釜式、塔式
回转筒式 固定床、流化床
（2） 按反应器的结构型式分类
结构型式
适用的相态
反应釜（包括 液相、气-液相、液-液
多釜串联）
相、液-固相
管式
气相、液相
鼓泡塔 固定床
流化床 回转筒式 喷雾式
气-液相、气-液-固（催 化剂）相
气-固（催化或非催化） 相
A+B
S
rA =
dCA dt
=kCACB
因为A,B等摩尔消耗，所以CA0xA = CB0xB 令M＝CB0/CA0
（1）M＝1 即 CA0=CB0 CA=CB
rA = kCA2 =
kt = 1
1
dCA dt
=
1
xA
CA CA0 CA0 1-xA
（2）M≠1 即 CA0≠CB0 CA≠CB
rA = kCA20 (1-xA)(M-xA)
t
半连续反应器
B
A
半连续反应器特点：
1、某些反应物料一次
加入，其余物料连续加
入，或者将某种产物连
续取出。
C
2、非稳态操作。 t
0
化学反应工程知识点
化学反应工程知识点1.反应机理和动力学反应机理是指反应的分子层面的步骤和中间产物，它对理解和控制反应过程非常重要。
动力学研究反应速率与反应物浓度的关系，了解反应速率规律，通过动力学模型可以预测反应速率和产物选择性。
2.反应条件的选择反应条件的选择包括温度、压力、反应物浓度、反应物配比和催化剂等。
化学反应的速率和选择性往往受到反应条件的影响，优化反应条件可以提高反应速率和产物质量。
3.反应器的设计和优化反应器是进行化学反应的设备，其设计和优化对反应过程的效率和产品质量具有重要影响。
常见的反应器类型有批式反应器、连续式反应器和循环式反应器等。
反应器的选择和设计要考虑反应物性质、反应过程的控制方式、热传导和质量传递等因素。
4.反应工艺的控制反应工艺的控制包括对反应过程的监测和调节，以维持所需的反应条件和优化产品质量。
常用的控制策略有温度、压力和反应物供给的控制等。
控制系统的设计和优化需要考虑反应机理、反应动力学和工艺实际操作的特点。
5.安全与环保化学反应过程中会产生化学品和能量的变化，单个反应步骤可能会产生副产物和废物。
因此，反应工程也需要关注安全性和环保性。
安全性考虑的因素包括反应物和产物的毒性、易燃性和爆炸性等，以及反应条件的选择和操作的威胁。
环保方面，需要考虑减少废物的生成，回收利用资源，优化反应条件以减少能耗和污染物排放。
6.规模放大与工业化化学反应工程要实现从实验室到工业生产的规模放大和工艺转化。
这涉及到规模放大的技术、成本评估和安全规范，以及将实验室的合成路线或方法转化为适合大规模生产的工艺。
同时，也需要考虑工艺的稳定性和连续运营的可行性。
以上是化学反应工程的一些基本知识点，化学反应工程涵盖了多个学科领域，是化学工程和化学的交叉学科。
化学反应工程的研究和应用有助于解决实际生产中的技术问题，提高反应过程的效率和产品质量，同时也倡导可持续发展和环保意识。
化学反应工程的基本原理和应用
化学反应工程的基本原理和应用化学反应工程是一门研究化学反应过程、反应器设计和反应条件优化的学科。
其基本原理涉及到热力学、动力学、传热学和质量传递等多个方面。
在化学工业、制药工业、食品加工、环境保护等领域中，化学反应工程都得到了广泛的应用。
本文将介绍化学反应工程的基本原理和应用。
一、化学反应工程的基本原理1. 热力学基础热力学是研究物质热性质和能量转换的学科。
化学反应的方向、速率和平衡状态均与热力学有关。
在化学反应过程中，反应物和生成物的热力学性质会决定反应物和反应产物的物态和量。
在热力学中，常用的量有物态函数、能量、熵、焓和自由能等。
物态函数是指与温度、压力和物质量有关的函数。
比如，摩尔焓表示单位物质的能量和摩尔基本热容表示温度变化单位物质的热容。
熵表示物质分子的运动状态的无序程度，是一个复杂的物理量。
自由能是描述热力学过程能量变化的重要物理量。
2. 动力学基础动力学研究物质在时间上的变化。
化学反应的速率、动力学模型、反应路径等都与动力学有关。
在化学反应中，反应速率对于工艺过程的影响非常重要，主要受反应物浓度、反应温度、反应物质分子的能量等影响。
化学反应的速率常被表述为反应物消失和产物生成的速率。
反应速率与反应物质分子间的碰撞次数和碰撞的方式有关，速率常数是用来描述反应速率大小的参数。
通过测量反应物的消失和产物的生成速率，可以推导出化学反应的动力学模型和反应路径。
3. 传热学基础传热学是研究热量的传递过程和方法的学科，其研究内容包括传热传质的机理、传热传质的基本定律和传热传质的数学模型等。
在化学反应工程中，传热是一个非常重要的环节。
化学反应需要吸热或放热，传热的效率和传热方式会直接影响反应的温度和速率。
常见的传热方式包括传导、对流和辐射等。
传热系数是描述传热的重要参数，其大小受传热的方式、材料特性和流体性质等多个因素的影响。
4. 质量传递基础质量传递是气体、液体和固体之间物质的传递。
化学反应中会涉及到多种物质的质量传递，比如，反应物的输送、反应产物的分离和纯化等。
化学反应工程》课程概述
04 化学反应工程应用案例
工业生产中的应用
石油化工
化学反应工程在石油化工领域中广泛应用 于烃类裂化、加氢裂化、催化重整等反应 过程，以提高石油产品的质量和产量。
制药工业
化学反应工程在制药工业中用于合成药物的 反应过程，如药物中间体的合成、生物碱的 制备等，提高药物合成的效率和纯度。
煤化工
在煤化工领域，化学反应工程用于煤 的气化、煤制油、煤制天然气等反应 过程，实现煤炭的高效清洁转化。
废气处理
化学反应工程在环境治理中用于废气处理，如烟气脱硫脱硝 、工业废气中有害物质的去除等，降低污染物排放，保护大 气环境。
废水处理
通过化学反应工程实现废水中重金属离子、有机污染物的去 除和降解，降低废水对环境的危害，实现废水的资源化和无 害化处理。
05 课程总结与展望
课程收获与体会
掌握化学反应工程的基本原理 和概念，如反应动力学、反应
新材料制备中的应用
高分子合成
化学反应工程在新材料制备中广泛应 用于高分子合成领域，如合成橡胶、 合成纤维、功能性高分子材料等，优 化反应过程以提高产物的性能。
纳米材料制备
通过化学反应工程实现纳米材料的制 备，如纳米碳管、纳米氧化物、纳米 金属等，在能源、环境、电子信息等 领域具有广泛应用前景。
环境治理中的应用
《化学反应工程》课程概述
目录
• 课程简介 • 化学反应工程基础知识 • 化学反应工程实验与实践 • 化学反应工程应用案例 • 课程总结与展望
01 课程简介
课程目标
01 掌握化学反应工程的基本原理和概念。
02 学会运用数学和工程知识分析化学反应过程 。
03
培养解决实际化学反应工程问题的能力。
化学反应工程第一章1
aA bB rR sS 0
化学反应计量式只表示参与化学反应的各 组分之间的计量关系，与反应历程及反应可以 进行的程度无关。 化学反应计量式不得含有除1以外的任何公因
子。具体写法依习惯而定，
SO 2 1 2 O2 SO3 与 2SO2 O2 2SO3
把化学反应定义式和化学反应动力学方程
相结合，可以得到：
1 dnA m n rA kcA cB V dt
直接积分，可获得化学反应动力学方程的 积分形式。
对一级不可逆反应，恒容过程，有：
dcA rA kcA dt
cA 0 1 kt ln ln cA 1 xA
第一章
均相单一反应动力学和理想反应器
一、基本概念
1.化学反应式 反应物经化学反应生成产物的过程用定量关 系式予以描述时,该定量关系式称为化学反应式:
aA bB rR sS
2.化学反应计量式
aA bB rR sS
是一个方程式，允许按方程式的运算规则
5. 化学反应速率
⑴ 反应速率定义为单位反应体系内反
应程度随时间的变化率。对于均相反应，单
位反应体系是指单位反应体积：
1 d r V dt mol m 3s 1
⑵ 常用的还有以反应体系中各个组份
分别定义的反应速率：
1 dnA rA V dt mol m 3s 1
对于反应：
t/hr 醋酸转化量 ×102/kmol.m-3 0 0 1 1.636 2 2.732 3 3.662 4 4.525 5 5.405 6 6.086 7 6.833 8 7.398
试求反应的速率方程
化学反应工程复习题
一、填空题：（每空1分，共20分）1. _______是化学反应工程的基础。
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。
3. 化学反应过程按操作方法分为_______、_______、_______操作。
4. 均相反应是指___________________________________。
第一章1. 化学反应工程是一门研究“化学反应的工程问题”的科学。
2. 所谓数学模型是指：用数学式来表达各参数间的关系。
3. 化学反应器的数学模型包括：动力学方程式、物料恒算式、热量恒算式、动量恒算式和参数计算式。
4. 所谓控制体积是指：能把反应速率视作定值的最大空间。
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“动态模型”。
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：在均一的气相或液相中进行的反应。
2. 对于反应aA + bB → pP + sS，则rP = _______rA。
3.着眼反应物A的转化率的定义式为：反应的量/反应开始的量。
4. 产物P的收率ΦP 与得率ХP和转化率xA间的关系为_________________________________________________。
5. 化学反应速率式为rA =kCCAαCBβ，用浓度表示的速率常数为kC，假定符合理想气体状态方程，如用压力表示的速率常数kP ，则kC=_______kP。
6.对反应aA + bB → pP + sS的膨胀因子的定义式为___________________。
7.膨胀率的物理意义为：反应物全部转化后系统体积的变化分率。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2、等温、恒容、单一反应动力学方程式
单一反应是指用一个化学反应式和一个动力学方 程式便能代表的反应。
为简化起见，只研究、等 温、恒容、单一反应动力 学
不可逆反应 一级不可逆反应 二级不可逆反应
rA
1 V
dnA dt
恒容 dCA dt
恒温
kCA CB
可逆反应 一级可逆反应 二级可逆反应
第二节 均相反应动力学
均相反应是指在均一的液相或气相中进行的反应
均相反应动力学内容：研究化学反应本身的速度 规律，即物料的浓度，温度，催化剂等因素对化 学反应速度的影响。 即Rp~(C,T,Cats)
均相反应动力学没有考虑到物理因素的影响，仅 研究化学反应内在规律
1、 反应速率
定义：对均相反应而言，反应速率可定义为单位 时间，单位反应体积中所生成（消失）的某组分 的摩尔数。 即
反应的可逆性
可逆反应、不 可逆反应
单分子、双分 反应热效应
反应分子数 子、三分子
反应
放热反应、吸 热反应
（2） 按反应物料的相态分类
均相反应 非均相反应
催化反应 非催化反应
催化反应
非催化反应
气相反应、液相反应
液-液相、气-液相、液 -固相、气、固相
气-固相、固相、气-液 -固相
（3） 按反应过程进行的条件分类
釜式、塔式 釜式、塔式 固定床、流化床、移动
床 釜式、塔式
回转筒式 固定床、流化床
（2） 按反应器的结构型式分类
结构型式
适用的相态
反应釜（包括 液相、气-液相、液-液
多釜串联）
相、液-固相
管式
气相、液相
鼓泡塔 固定床
流化床 回转筒式 喷雾式
气-液相、气-液-固（催 化剂）相
气-固（催化或非催化） 相
间歇反应器
间歇反应器特点：
1、反应物料一次加入， 产物一次取出。 2、非稳态操作，反应 器内浓度、温度随反应 时间连续变化。 3、同一瞬时，反应器 内各点温度相同、浓度 相同。 C 0
t
连续反应器
反应物A 反应物B
连续反应器特点：
1、反应物料连续加 入，反应产物连续 引出。 生成物R 2、稳态操作，反应 器内任一点的组成 不随时间改变。C 0
2、所有物料质点在反应器中的停留时间都相同。
2、反应器内物料浓度沿着流动方向改变，故反应 速率随空间位置改变，即反应速率的变化只限于 反应器的轴向。
理想混合流反应器
反应物A 反应物B
理想混合流反应器特点：
生成物R
1. 物料连续以恒定的流速 流入、流出反应器，稳态 操作。 2. 反应器内各空间位置温 度、浓度均一。 3. 反应器内浓度、温度 与出口处浓度、温度相同。
操作方式 温度条件
间歇反应、半连续反应、连续反应
等温反应、绝热反应、非绝热变温 反应
2、反应器的分类
（1） 按物料相态分类的反应器种类 （2） 按反应器的结构型式分类 （3） 按操作方式分类
（1） 按物料相态分类的反应器种类
反应器种类
均相
气相 液相
非均 相
气-液相 液-液相 气-固相 液-固相 固-固相 气-液-固
1 dni ri =+ V dt
＋：表示i组分的生成速率 －：表示i 组分的消失速率
对反应： aA + Bb 各组分的反应速率：
lL + mM
rA=
1 V
dnA dt
rL =
1 V
dnL dt
rB =
1 V
dnB dt
rM=
1 V
dnM dt
它们之间：
rA
a
= —rB = —rl
bl
= —mrm
气-固（催化或非催化） 相，特别是催化剂很 快失活的反应
气-固相、固-固相
气相、高速反应的液相
பைடு நூலகம்
应用举例
苯的硝化、氯乙烯聚合、高压聚乙烯、 顺丁橡胶聚合等
清油裂解、甲基丁炔醇合成、高压聚乙 烯等
变换气的碳化、苯的烷基化、二甲苯氧 化、乙烯基乙炔合成等
二氧化硫氧化、氨合成、乙炔法制氯乙 烯、乙苯脱氢、半水煤气生产等
相
反应特性
无相界面， 反应速率只与 温度或浓度有
关
反应类型举例
燃烧、裂解等 中和、酯化、水解等
有相界面， 实际 反应速 率与相 界面 大小及相 间 扩散速率有关
氧化、氯化、加氢等 磺化、硝化、烷基化等 燃烧、还原、固相催化等
还原、离子交换等 水泥制造等
加氢裂解、加氢脱氢等
适用设备的结构形式
管式 釜式
幂函数形式：rA = -
1 V
nd A
dt
=
kCAα
1
CBα
2
k: 反应速率常数 α1，α2：实验测定常数
总级数 n=α1+α2
对基元反应： α1=a α2=b
复杂反应： n需实验测定
k遵循Arrehnies方程:
k = A0e-E/RT lnk =lnA0 – E/RT dlnk/dT = E/RT2
t
半连续反应器
B
A
半连续反应器特点：
1、某些反应物料一次
加入，其余物料连续加
入，或者将某种产物连
续取出。
C
2、非稳态操作。 t
0
3、连续流动反应器内流体流动的两种理想形态
平推流反应器 理想混合流反应器
平推流反应器
反应物A 反应物B
活塞流反应器
生成物R
平推流反应器特点：
1、在稳态操作时，在反应器的每个截面上，物料 浓度不随时间变化。
第一节 化学反应和反应器分类
1、 化学反应的分类 2、 反应器的分类 3、 连续流动反应器内流体流动的两种理想形态
1、 化学反应的分类
（1） 按化学反应的特性分类 （2） 按反应物料的相态分类 （3） 按反应过程进行的条件分类
（1） 按化学反应的特性分类
反应机理
简单反应、复 杂反应
反应级数
一级、二级、 三级、零级、 分数级反应
2.1 一级不可逆方程
A
S
rA=
1 dnA 恒容 V dt
(1) E , d ln K / dT 反应对T敏感
(2) T (低温) , d ln K / dT
所以，T对K的影响在低温下更敏感
k1 对反应A
k2 k1 = k0e- E1/RT
P k2 = k0e- E2/RT
若 E1>E2 T 有利于A
P
若 E1<E2 T 有利于P
A
(3)、k的单位随n而变化 0级 mol/l.s 1级 s-1 2级 1/mol.s
硫铁矿焙烧、萘氧化制苯酐、石油催化 裂化、乙烯氧氯化制二氯乙烷、丙烯 氨氧化制丙烯腈等
水泥制造等
氯化氢合成、天然气裂解制乙炔
反应釜
夹套式蒸汽加热反应釜
内外盘管式加热不锈钢反应釜 管式反应器
鼓泡塔反应器
固定床反应器
固定床反应器
厌氧流化床反应器
（3） 按操作方式分类
间歇反应器 连续反应器 半连续反应器