化学反应工程 35 循环反应器
化学反应工程 3.3 全混流反应器CSTR
FA0 vTcA0 FA vTcA
rAV
0பைடு நூலகம்
FA0FArAV
rA
FA0 V
FA
全混流反应器的设计方程不是微分格式，这不 同于平推流反应器和间歇反应器。平推流需要 微分形式来描述组分随空间的变化，间歇反应 器组分随反应时间的变化。相反，CSTR方程 其组分不随时间和空间变化。因此，反应组分 不随时间和空间变化，那么全混流行为还是反 应器？回答呢：问题在于新鲜的物料是连续的 引入到反应器内，因为完全混合是一个瞬间变 化，因此反应组分也是瞬间发生变化的。
例题
某液相反应 A+B→R+S，其反应动力学表达式 为 rA＝kcAcB，T＝373K时，k=0.24 m3kmol/min。今要完成一生产任务，A的处理 量为 80 kmol/h，入口物料的浓度为cA,0=2.5 kmol/m3，cB,0=5.0kmol/m3，要求A的转化率 达到80％，问：①若采用活塞流反应器，反应 器容积应为多少m3？③采用全混流反应器，反 应器的容积应为多少m3？
例题
对于一级不可逆反应方程：
A B, rAkA c
在全混流反应器完成上述一级反应，如k＝ 0.01s－1，体积流量为10-3 m3s-1，试计算转化 率达到30%时所用的反应时间。
间歇反应器t＝35.7s 平推流反应器＝35.7s 全混流反应器＝42.9s
全混流反应器对完成同样的转化率所需的反应器 体积和停留时间都比平推流和间歇反应器大。
全混流反应器cstr操作特点反应流体在反应器内是完全混合的故在反应器内时具有均一的温度和组成且与从反应器流出的物料的温度和组成是一致的当反应流体的密度是恒定时则流出和流入反应器的容积流速v是相同的反应器内的反应速率亦维持恒定
《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2.1010000lg +-=Tk ，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 r14.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 。
《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。
化学反应工程中的反应器模拟
化学反应工程中的反应器模拟反应器是化学反应过程中最重要的装置之一，其设计和运行对于反应过程的效率和安全性都起着至关重要的作用。
在反应器设计过程中，模拟仿真是必不可少的一步，可以有效帮助工程师优化反应器的操作条件，提高反应器的运行效率。
反应器模拟主要包括传热、传质、反应动力学等方面的模拟。
在传热方面，工程师需要考虑反应器内部的温度分布、热传递系数等参数，以保证反应器内部不会发生过热或过冷等情况。
在传质方面，工程师需要考虑反应物和产物在反应器内部的浓度变化、扩散系数等参数，以保证反应物能够被充分利用并达到预期的反应效果。
在反应动力学方面，工程师需要考虑反应物在反应器内部的互作用、反应速率等参数，以保证反应过程的可控性和安全性。
反应器模拟的方法主要包括实验、计算机仿真和理论计算三种方式。
实验方法通常是通过实际操作反应器来获得反应器内部的动态数据，并通过分析这些数据来优化反应器设计。
计算机仿真方法则是通过计算机程序模拟反应器内部的温度分布、浓度分布等参数，并根据这些参数优化反应器的操作条件。
理论计算方法是通过理论公式和数学模型计算反应器内部的温度、浓度等参数，以达到优化反应器操作的效果。
在化学反应工程中，反应器模拟的应用非常广泛，可以用于设计新型反应器、改进既有反应器的操作效率、实现反应工程的安全性管理等方面。
下面我们将具体介绍几种常见的反应器模拟方法及其应用。
1. CFD模拟方法CFD是计算流体力学的缩写，是一种将流体流动、传热、传质等热力学现象进行计算机数值模拟的方法。
在反应器设计中，CFD方法可以用于预测反应器内部的流动状态、温度分布、浓度分布、反应速率等参数。
通过这些参数，工程师可以优化反应器的设计，提高反应器的操作效率和反应产品的质量。
2. 动态模拟方法动态模拟方法是通过数学模型和计算机程序模拟反应器内部的动态变化过程，以了解反应器任意时刻的温度分布、浓度分布、反应速率等参数。
工程师可以根据这些参数进行反应器的优化设计，实现反应过程的高效、稳定、安全。
化学反应工程_华东理工大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
化学反应工程_华东理工大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.对简单不可逆二级反应，根据要求的处理量、初浓度和转化率，所需的反应器体积最小。
参考答案:平推流2.工业反应过程优化的决策变量包括参考答案:操作方式_工艺条件_结构变量3.均相反应应该满足下述哪2个条件？参考答案:反应体系互溶_预混合过程很快4.对串联反应而言，存在一个最优反应温度使反应产物收率最大。
参考答案:错误5.化学反应工程的研究方法是经验放大方法参考答案:错误6.连续流动釜式反应器中物料浓度和温度处处相等，并且等于反应器进口物料的浓度和温度。
参考答案:错误7.理想间歇反应器中搅拌越激烈，混合越均匀，则反应速率越快。
参考答案:错误8.化学反应的前提是参与反应的所有物料达到分子尺度上的均匀，成为均一的气相或液相。
参考答案:错误9.产生返混的原因是参考答案:不均匀的速度分布_空间上的反向流动10.限制返混的措施包括参考答案:横向分割_纵向分割11.化学反应工程的研究对象是以化学实验室中进行的化学反应过程。
参考答案:错误12.化学反应工程优化的技术指标是参考答案:反应选择率_能耗_反应速率13.活化能E与反应的热效应相关，活化能大的反应其反应热也大。
参考答案:错误14.零级反应的重要特征是反应时间由残余浓度决定，与初始浓度关系不大。
参考答案:错误15.可逆放热反应的最优温度随转化率xA变大而增大。
参考答案:错误16.限制返混的措施是分割，主要是横向分割。
参考答案:正确17.理想管式反应器的径向具有严格均匀的速度分布，也就是在径向不存在浓度变化，所以反应速率随空间位置的变化将只限于轴向。
参考答案:正确18.对自催化反应A+P®P+S而言，必定存在最优反应时间使反应的转化率最大。
参考答案:错误19.小于1级的简单不可逆反应，反应转化率可以在有限时间里达到100%。
参考答案:正确20.空速1000（1/h)表示每小时能够处理的进口物料体积为反应器体积的1000倍。
化学工程中的反应器设计
化学工程中的反应器设计反应器是化学工程中至关重要的设备，它用于控制和促进化学反应的进行。
反应器设计需要考虑多个因素，包括反应物的特性、反应条件、反应速率等。
下面将讨论在化学工程中进行反应器设计的一些关键考虑因素。
1. 反应物的特性在设计反应器之前，首先需要了解反应物的特性。
这包括反应物的化学性质、物理性质以及反应的机理。
通过对反应物特性的了解，可以确定反应的类型和可能发生的副反应。
2. 反应条件确定适当的反应条件对于反应器设计至关重要。
反应条件包括温度、压力、物料的浓度等。
这些条件将直接影响反应的速率和选择性。
因此，在进行反应器设计时，需要根据反应条件来选择和确定反应器的类型和尺寸。
3. 反应速率了解反应的速率对于确定反应器的尺寸和反应时间非常重要。
反应速率可以通过实验室实验或者基于反应物特性进行估算。
反应速率的了解将有助于确定反应器的体积和反应物的进料速率。
4. 混合效应反应器中的混合效应对于反应的进行至关重要。
混合效应决定了反应物之间的接触程度，从而影响反应速率。
不同的反应器类型和设计方式会导致不同的混合效应，如完全混合反应器和不完全混合反应器。
5. 均质反应器和非均质反应器均质反应器是指反应物在体积上是均匀分布的反应器，例如连续搅拌槽反应器。
而非均质反应器是指反应物在体积上不均匀分布的反应器，例如流化床反应器。
在进行反应器设计时，需要确定是使用均质反应器还是非均质反应器。
6. 安全性考虑在进行反应器设计时，安全性是一个重要的考虑因素。
需要考虑反应物的毒性、易燃性等特性，并采取相应的安全措施。
此外，还需要考虑反应过程中可能发生的意外情况，如压力突然增加或温度失控等，并设计相应的安全系统。
综上所述，化学工程中的反应器设计需要综合考虑反应物的特性、反应条件、反应速率、混合效应等多个因素。
通过合理设计反应器，可以提高反应的效率、选择性并确保反应的安全进行。
化学反应器分类
化学反应器分类化学反应器是广泛应用于化学工程领域中的一种工艺设备，其作用是在特定的反应条件下，将一种或多种反应物转化为所需的产物。
根据反应器的用途和操作方式，化学反应器可分为多种类型。
下面将针对这些类型来进行详细介绍。
一、按照用途的分类1、试验型反应器试验型反应器通常用于实验室和研究中心，其主要作用是验证反应的可行性、确定反应的动力学参数以及查找最佳反应条件。
它的体积较小，通常在1L以下，通常采用的是搅拌反应器或批式反应器。
2、工业型反应器工业型反应器用于工业规模的化学反应生产，一般容量为2m3以上，通常采用的是大型批式反应器、连续式反应器或其他特殊反应器。
3、中试型反应器中试型反应器是介于试验型反应器和工业型反应器之间的一种设备，主要用于中试阶段的生产，通常柿子500L~20m3。
这种反应器可用于验证反应的可扩展性、确定合理的反应条件以及评估反应的经济效益。
二、按照操作方式的分类批式反应器是一种适用于小批量生产的化学反应器，常用于中试研究和小量生产，其特点是可以根据需要灵活控制反应参数，但是其生产效率比较低。
2、连续式反应器连续式反应器是一种能够持续进行反应的反应器，也称为流动式反应器或定向流动反应器。
连续式反应器的主要特点是反应物从反应器的一端流入，经过反应后从另一端出口流出，这种方式使得反应可以实现连续生产，提高了生产效率。
3、循环式反应器循环式反应器是一种通过循环流动来实现反应的设备，通常由一个或多个循环回路组成。
这种反应器的主要优点是能够循环利用反应物，提高反应效率，降低反应成本。
4、气固反应器气固反应器用于气体和固体反应的化学反应器，其反应过程中，反应物一般在粉末或颗粒状态下存在，这种类型的反应器的优点是反应过程中易于控制反应条件，但也存在有一些缺点，例如反应过程中的传热和传质效率都比较低。
5、液固反应器液固反应器是一种适用于液体与固体反应的化学反应器，它的主要特点是反应物以液体形式存在，反应过程中需要充足地进行搅拌和传热传质过程，以保证反应的顺利进行。
- 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)。
FA0 FAe R 1FAe
R 1vT 0 V
k
FA0 FAe R 1FAe
R 1vT 0 R 1F ln FA F RF
A0 Ae k R 1vT 0 FA0 RFAe ln R 1FAe k
讨论
讨论
当Ｒ→0
vT 0 FA0 V ln k FAe
当Ｒ→∞时
R 1vT 0 V ln 1
k
1 R FAe
vTi vT R 1vTe R 1vT 0 FA FA rA kcA k k R 1vT 0 vT
V
R 1FAe
R 1vT 0 dFA
k FAe
Ae
F Ai F A 0 RFAe
循环比：新料与循环器环流混合加入PFR反应 器中。反应器的出口进行分流，一部分流体回 收于反应器入口，剩余的是产品流。其循环比 返回的摩尔流率 定义如下： R 流出反应系统的摩尔流 率
Hale Waihona Puke vT0 FT0 FA0vTi FTi FAi
vT FT FA PFR
(R+1)vTe (R+1)FTe (R+1)FAe
循环反应器
通过分析全混反应器的多釜串联可知，当串联级数无 限多时，整个多釜串联反应器接近平推流反应器。与 此相反，如果将平推流反应器出口的反应产物部分地 返回到入口处与进料混合，则这样的平推流反应器称 为循环操作的平推流反应器，其性能接近搅拌釜的特 性。 随着循环比（循环流量与出口流量之比）的增加，平 推流反应器内的轴向浓度梯度降低，这种循环操作的 平推流反应器则相当于全混流反应器。 这类反应器广泛地应用于自催化反应、生化反应和某 些自热反应。
vTe FTe FAe RvTe RFTe RFAe
以反应器为 对象 反应器及其循环 部分看作一个整 体反应器
FAi R 1FAe xA FAi
FA0 FAe XA ;F Ae FA0 1 X A FA0
计算循环反应器的体积
dFA V FAi rA FA rA kcA k vT