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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。
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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 moln 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 moln O =n O0-1/2n P -3/2n C =0.8788 moln N =n N0=43.28 mol1. 1. 2 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/h100kmol 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 15.49H268.25 69.78CO21.46 0.82CH40.55 3.62N22.92 10.29粗甲醇的组成为CH3OH 89.15%,(CH3)2O 3.55%,C3H9OH 1.10%,H2O 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CO29.82g,CO9.38g,H2 1.76g,CH42.14g,N25.38g。
《反应过程》李绍芬版 第二章 反应动力学基础
A
B
R
常数 r
1 dni r iV dt
r
1 d (c AV ) dc c dV A A V dt dt V dt
恒容
r
1 d V dt
dcA rA dt
2.1 化学反应速率
2. 对于流动反应器（定常态过程）：
FA0
M
Vr
取反应器内任意一个小微元 M，其体积为dVr，可认为此 体积内物系参数均匀。
Temperature Dependent Term of a Rate Equation
正、逆反应活化能与反应热的 关系 E 1 1nk 1nA ( ) R T
k/ k K
1 / C
( 2.25)
1
d1nk E dT RT 2
1n k 1n k 1nK p
r 0
k f ( X A ) k g( X A )
吸热反应
E＞E
dk kE dT RT 2
dk kE dT RT 2
E
2
RT
k f ( X A )＞
E
2
RT
k g( X A )
(
r E E ) xA k f ( X ) k g( X A ) A 2 2 T RT RT
可见，非基元反应的速率方程不能根据质量作用定律写出。
2.2 反应速率方程
举例2：一氧化氮氧化反应 2NO+O2→ 2NO2
反应机理（1）： 反应机理（2）：
NO+NO
《反应过程》李绍芬版 第八章多相反应器
第八章 多相反应器
第八章
第一节 气液反应
多相反应器
第二节 气液反应器
第三节 气液固反应 第四节 滴流床反应器 第五节 浆态反应器
第一节
气液反应
气液反应是化工、炼油等过程工业经常遇到的 多相反应，根据使用目的的不同可以分为两大类。 一类是通过气液反应以制备所需的产品；另一类是 通过气液反应净化气体。
第二节 气液反应器
主要类型: 塔式反应器 机械搅拌的釜式反应器
塔式反应器：
填料塔 板式塔
鼓泡塔 喷雾塔
第三节
,就是产物;
采用固体催化剂的气液反应;
三相中,有一相为惰性气体.
第四节
滴流床反应器
一、在逆流接触的气-液反应器或传质分
离设备中，气体从下往上流动。当气体 的流速增大至某一数值，液体被气体阻 拦不能向下流动，愈积愈多，最后从塔 顶溢出，称为液泛。 产生液泛时的气体速度或连续相速 度称为液泛速度；这种操作状态称为液 泛点。在设计设备时，必须使设备的操 作不致发生液泛。
第五节
浆态反应器
机械搅拌釜 环流反应器 鼓泡塔 三相流化床
8.1 纯二氧化碳与氢氧化钠水溶液进行反应,假 定液相上方水蒸汽分压可不计,试按双膜模型绘 出气相及液相中二氧化碳浓度分布的示意图. 解:
反应工程(总复习)word版本
=0，恒容过程
需要注意：无论按那一个反应组分计算的反应速率，其与相应的化学计量系数之比 恒为定值。 反应速率方程 对任何化学反应的速率都发生影响的是温度和浓度这两个因素。定
量描述反应速率与温度及浓度的关系，叫做反应速率方程
催化反应和非催化反应
化学反应工程的“三传一反” 动量、热量和质量传递。
反应进度（ ξ ）的定义：任何反应组分的反应量与其化学计量系数的之比恒为定 值，推广到任何反应，并表示为：
反应物取负值，反应产物取正值
永远取正值
第一章 绪论
转化率：是某一反应物转化的百分率或分率，定义为：
选择关键组分（不过量）计算转化率
就是每一个反应对整个反应速率的贡献之和
组分A参加 一个反应
组分A参加 二个反应
组分P是反应物A的 产物，又是生成物R 的反应物
反应体系存在着两个并列反应。其中各个反应都可 按着单一反应来处理。
反应体系存在着相同的反应物和不同的产 物，叫平行反应。
A反应的反应产物同时又是B反应的反应物，叫连 串反应
第二章 反应动力学基础
连续釜式反应器的物料衡算式
c 均一 T 均匀
输
输
消
累
入 = 出 + 耗 + 积 =0
间歇釜式反应器的物料衡算式
输
输
消
累
入= 出 + 耗 + 积
=0
=0
第三章 釜式反应器
等温间歇釜式反应器的计算（单一反应）
间歇反应的操作时间由两部分组成：一是反应时间，即装料完毕后算起至达到所要 求的产品收率时所需时间；另一是辅助时间，即装料、卸料及清洗等所需时间之 和。
化学反应工程 第一章课件
化学反应工程研究方法 （1）简化：忽略和简化事物的次要方面，简化处理 后仍能反应事物的本质。 （2）建模：用数学，物理，化学等基础学科，将化 学和物理现象综合起来研究，了解它们之间的相 互关系，掌握各种现象的规律，以及对反应的作 用，找出数学关联式。 （3）优化：实际反应场所（物理传递现象；化学反 应动力学因素）；具体参数：浓度，温度的空间 和时间分布特点 —选择适宜的反应器结构型式，操作方式和工艺条 件 —最优化的技术指标 学习要重点掌握典型的反应，有利的强化措施。
转化率、选择性和收率 转化率：针对反应物，反应物中价值最高的组 分为关键组转化 量 X 该反应物（关键组分）的起始量
设A起始摩尔数NA0，反应后摩尔数NA，转 化量NA0 – NA，则 XA=(NA0 - NA)/ NA0
选择性：
生成目标产物所消耗的 关键组分量 S 已转化的关键组分量
•
化学反应工程的研究内容
化学反应工程 化学反应工程是化学工程学科的一个重 要分支，主要包括两个方面的内容，即反应 动力学与反应器分析与设计。 反应动力学：研究化学反应进行的机理 和速率，以获得工业反应器设计与操作所需 的动力学知识和信息，如反应模式、速率方 程及反应活化能等。其中速率方程可表示为： r=f（T、C、P） （对于一定的反应物系）而言，随时间、空 间变化。其中，r为反应系统中某一组分的反 应速率，C代表浓度，P为系统的总压。
恒容间歇反应 器设计方程
例题2：计算基准：进口原料量100mol。关键组分： C2H4. 化学计量表如下：
C2H4+ 1/2O2 x 0.5x C 2H 4+ 3O2 y 3y ∑ x+y 0.5x+3y
CH2CH2O 变化量 x -0.5x 2CO2+ 2H2O 2y 2y 0 总变化量 -0.5x
《化学反应工程》教材课后习题答案 李绍芬 天津大学
dX A dX A C A0 dVR d (VR / Q0 )
用 XA～VR/Q0 作图，过 VR/Q0=0.20min 的点作切线，即得该条件下的 dXA/d(VR/Q0)值 α。 VR/Q0min 0.12 0.148 0.20 0.26 0.34 0.45 XA% 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0
1 绪 论
1.1 在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应：
2CH 3OH O 2 2HCHO 2H 2O
2CH 3OH 3O 2 2CO 2 4H 2O
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：
2CO 4H 2 (CH 3 )2 O H 2O
CO 3H 2 CH 4 H 2O
4CO 8H 2 C4 H 9OH 3H 2O
CO H 2O CO 2 H 2
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，大部分经循环压缩机后与 原料气混合返回合成塔中。下图是生产流程示意图 冷凝分离 合成
FCO,0 FCO 26.82 4.435 16.18% FCO,0 138.4
产物粗甲醇所溶解的 CO2、CO、H2、CH4 和 N2 总量 D 为
D
(9.82 9.38 1.76 2.14 5.38)B 0.02848Bkmol / h 1000
第三章 釜式反应器
������������
1
= − ln 1 − ������
1 − ������
������
化学反应工程——釜式反应器
7
t与CA0有关 t与CA0无关
2. 间歇反应器的反应体积：
������ = ������ ������ + ������
式中： Q0— 单位时间内处理的反应物料的体积（由生产任务决定） t— 反应时间 t0— 辅助时间
1 − ������
������������
������������
1 反应时间：������ =
������������
������������ 1 − ������
若 ������ ≠ 1
t = 1 − ������
−1
������ − 1 ������������
若 ������ = 1
1 ������ = ������
������ = = ������ ������
(5)
������������
初 始 条 件 ： t=0时，CA=CA0 ; CP=0; CQ=0
对 ( 4 ) 积 分 得 ： ∴ ������ =
ln =
ln
(6)
由此式可求得为达到一定的XA所需要的反应时间,式（6）也可写成：
������ = ������ exp − ������ + ������ ������
1 − exp − ������ + ������ ������
������ + ������
两种产物的浓度之比，在任何反应时间下均等于两个反应的速率常数之比。
化学反应工程——釜式反应器
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