第13章均相化学反应器
化学反应工程第二章
nA = nA0(1− xA )
亦可得到任意组分在任意时刻的摩尔数 可得到任意组分在任意时刻的摩尔数 αI nI = nI0 + nA0xA (−αA )
7
1.计算转化率起始状态的选择： 计算转化率起始状态的选择： 计算转化率起始状态的选择 反应起始原料组成； （1）间歇反应器 ：反应起始原料组成； ） （2）连续流动反应器：进口原料组成； ）连续流动反应器：进口原料组成； 2.等容反应 CA=CA0(1- XA) 等容反应 3.可逆等容反应 CAe=CA0(1- XAe) 可逆等容反应 4.单程转化率：原料通过反应器一次达到 单程转化率： 单程转化率 的转化率 5.全程转化率：新鲜原料进入反应系统到 全程转化率： 全程转化率 离开系统所达到的转化率。 离开系统所达到的转化率。
4
(－a)A + (− b)B +L+ rR+ sS +L= 0
a A A + a B B + L + a R R + aS S + L = 0
∑a I = 0
I
•特点： 特点： 特点 •1 只反映组份间的计量关系 •2 乘以非零常数，计量关系不变 乘以非零常数， •3 不得含有除 之外的其它公因子 不得含有除1之外的其它公因子
• 必有
1 1 − rA = (− rB ) = (rC ) = (rD ) 2 2
−r I r= −αI
• 当I为反应物时， 为反应物时， 为反应物时 • I为产物时， 为产物时， 为产物时
r=
αI
19
r I
• 用转化率表示反应速率： 用转化率表示反应速率： nA0 dx A kmol －rA = 一般式 3 V dt m s • 用浓度表示反应速率： 用浓度表示反应速率：
化学反应工程第二章
1 1 - xA kt
=
nA0
CA nA
CA C A0
=1 - x A
ln
ln
1 1 - xA
斜率﹦k 或
ln
C A0 CA
t
二级不可逆反应 A﹢B→产物
若 CA0﹦CB0
CA
( rA ) kC A
2
dC A dt
kC A C B
dC A dt
1 CA
dC A CA
2.13 93 k 5.02 86.8 k 0.0181 0.0309 1 2.13 K 1 5.02 K B B
2
2
2
9.58 89.3 k 6.46 86.3 k 0.0408 0.0338 1 9.58 K 1 6.46 K B B 3.3 92.2 k 0.0263 1 3.3 K B
第2章 均相反应动力学基础
2.1 概述
均相反应 均相反应是指参予反应的各物质均 处同一个相内进行的化学反应。
烃类的高温裂解为气相均相反应，酸碱中 和、酯化反应为典型的液相均相反应。
2.1.1化学反应速率及其表示
化学反应速率 ：单位时间、单位反应体积、组分A 的摩尔数变化量称为A组分的反应速率。 例 反应物
1 xA C A0 1 xA
斜率﹦k 或
1 CA
1 C A0
t
若 CA0≠CB0 ,设β﹦ CB0 ／CA0
dC A dt
kC A C B
CA
反应工程题库
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.( )和( ）一起，构成了化学反应工程的核心。
〔三传；反应动力学〕3。
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）4.化学反应和反应器的分类方法很多，按反应系统涉及的相态分类，分为:（）和( ）。
5。
化学反应和反应器的分类方法很多，按操作方法分为（）操作、( )操作和( )操作。
6.化学反应和反应器的分类方法很多，按传热条件分为（)、（)和( ).选择1。
( ) “三传一反”是化学反应工程的基础,其中所谓的一反是指。
A 化学反应B 反应工程C 反应热力学D 反应动力学,2。
（）“三传一反"是化学反应工程的基础,下列不属于三传的是.A 能量传递B质量传连C 热量传递D 动量传递3。
（）按反应器的型式来分类，高径比大于30的为A。
管式反应器B槽式反应器C塔式反应器D釜式反应器三、判断1.物理过程不会改变化学反应过程的动力学规律，即化学反应速率与温度浓度之间的关系并不因为物理过程的存在而发生变化.（)2.流体流动、传质、传热过程不会影响实际反应的温度和参与反应的各组分浓度在时间、空间上的分布，最终影响反应结果.( ）四、简答1。
利用数学模型解决化学反应工程问题的步骤？第一章均相单一反应动力学和理想反应器1。
均相反应是指( ）.2。
如果反应体系中多于一个反应物，在定义转化率时，关键组分A的选取原则是（）.3. 当计量方程中计算系数的代数和等于零时,这种反应称为（），否则称为（）。
4. 化学反应速率式为,如用浓度表示的速率常数为，用压力表示的速率常数则＝（）.5.活化能的大小直接反映了( )对温度的敏感程度。
6。
化学反应动力学方程有多种形式。
对于均相反应，方程多数可以写成（）或（）。
7。
对于反应器的开发根据（）来选择合适的反应器,结合（）和( )两方面特性来确定操作方式和优化操作条件。
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
化学反应工程第二章解析
第二章 均相反应动力学基础均相反应 均相反应是指参予反应的各物质均处同一个相内进行化学反应。
在一个相中的反应物料是以分子尺度混合的，要求：①必须是均相体系 (微观条件) ②强烈的混合手段 (宏观条件) ③反应速率远小于分子扩散速度一、计量方程反应物计量系数为负，生成物计量系数为正。
计量方程表示物质量之间关系，与实际反应历程无关； 计量系数只有一个公因子；用一个计量方程表示物质量之间关系的体系称为单一反应，反之称为复合反应。
二、化学反应速率单位时间、单位反应容积内组分的物质的量（摩尔数）的变化称之为该组分的反应速率。
反应物：生成物：对于反应三、化学反应速率方程r 是反应物系的组成、温度和压力的函数。
32223NH H N =+032223=--N H NH A A Adn r Vd d t C dt=-=-R R Rdn r Vdt dC dt==A B S R A B S Rαααα+=+SABRABSRr r r r αααα===AA AB r [k (T)][f(C ,C ,)]=有两类；双曲函数型和幂函数型。
k -化学反应速率常数； a(b)-反应级数。
(1)反应级数(i) 反应级数与反应机理无直接的关系，也不等于各组份的计量系数； (ii) 反应级数表明反应速率对各组分浓度的敏感程度；(iii) 反应级数是由实验获得的经验值，只能在获得其值的实验条件范围内加以应用。
(2)反应速率常数k[k]: s -1·(mol/m 3)1-nE ：是活化能，把反应分子“激发”到可进行反应的“活化状态”时所需的能量。
E 愈大，通常所需的反应温度亦愈高，反应速率对温度就愈敏感。
k 0 —指前因子,其单位与 反应速率常数相同；E— 化学反应的活化能,J/mol ； R — 气体常数,8.314J/(mol .K)。
a b A A B r kC C=2220.512H Br HBrHBrBr k c c r c k c =+0exp[]E k k RT=-01ln ln E k k R T=-⨯ln klnk 0 slop=-E/R1/T⏹ 反应速率的温度函数关系● 活化能越高，斜率越大，该反应对温度越敏感； ● 对于一定反应，低温时反应速率对温度变化更敏感。
化学反应工程习题答案
后
答
dcA ，有什么条件? dt
w.
案
网
co
m
1
《化学反应工程》第二版习题解答
A+C↔D 解
2 rA k1cA cB k2cC k3cA cC k4cD 2 rB 2k1cA cB 2k2cC
(1)
rD k3cA cC k4cD
2 rA k1cA cB k2cC 2 rB 2k1cA cB 2k2cC k3cBcC k4cD
p p rA k c c kc A B RT RT
ww
kP
kc 2.65 104 m 6 kmol 2s 1 ( RT )3 8.314kJ kmol1K 1 303K
kh
2
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 × 104m6kmol-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）
pA
3 pA0 2 pA
答
w.
25℃下测得下列数据，试确定该反应反 913.8 70.6 28.2 1188 65.3 22.9 ∞ 42.4 0 490.2 913.8 1188
5
ww
w.
以
解 由c A -c B =42.4 可知反应应按下列方式A+B→产物进行 设为二级反应
1 c c dcA ln A B0 kcA cB 积分得： kt cA0 cB0 cA0cB dt 1 c ln A 对 t 作图若为直线，则假设正确。 cA0 cB0 cB
化学反应工程
化学反应和反应器的分类（四种）： 一、 按反应系统涉及的相态分类：均相反应、非均相反应 二、 按操作方式分类：间歇操作、连续操作、半连续操作 三、 按反应器型式来分类：管式反应器（长径比大于30）、槽式反应器（高径比为1—3）、塔式反应器（高径比在3—30）四、 按传热条件分类：等温反应器、绝热反应器、非等温、非绝热反应器 化学反应工程的基本研究方法：数学模型法 反应程度/进度：II I αξn n -=()()0S R B A =++-+-s r b an I 为参与反应的任意组分I 的摩尔数，αI 为其计量系数，n I0为起始时刻组分I 的摩尔数。
转化率（关键组分A ）A0A 0A A A n n n A x -==组分的起始量组分量转化了的A,00A c c c A -= ξαA0AA n x -=化学反应速率：单位反应体积内反应程度随时间的变化率。
13s m mol d d 1--⋅=tV r ξ 13AA s m mol d d 1--⋅-=-tn V r n m c c k r B A c A =- 均相反应的速率是反应物系组成、温度和压力的函数 阿累尼乌斯关系: RTE k k -=ec0c ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=T R E k k 1ln ln 0半衰期:反应转化率达到50%所需要的时间 二级反应：0A 211kc t =停留时间又称接触时间，用于连续流动反应器，指流体微元从反应器入口到出口经历的时间。
空间时间τRV V =τ （反应器有效容积V R 与流体特征体积流率V 0之比值） 空速S V 1R 0V h 1-==τV V S （在单位时间内投入单位有效反应器容积内的物料体积）标准空速 1RNO V h -=V V S 简单混合：停留时间相同（反应程度、反应前后物料相同）的物料之间的混合 返混：停留时间不同（组成、反应程度、反应速率不同）的物料之间的混合 按返混情况不同反应器被分为以下四种类型: 1. 间歇反应器 (物料之间的简单混合，不存在返混、有搅拌、釜式、间歇操作) 反应时间()⎰⎰'-==ArR A AA00r d d x t V r x n t t 恒容条件下 ()A 0A A 1x c c -= h化简：()()⎰⎰--=-=A A0AAAA A A0r d d c c x r c r x c t F A : kmol.h -1 C A0 : kmol.m -3反应器有效容积 ()t t V V C F V '+=''='r 0RA0AR或 反应器总体积ϕR R V V '= φ：装填系数 2.平推流/活塞流反应器 PFR (不存在返混、没有搅拌、管式、连续操作)β=0⎰-==A 0A A 0A 0R d x r x c V V τ 恒容过程：⎰--==2A 1A A A 0R d c c r c V V τ ⎰-==A 0AA0A 0A R d x r x c F V τ3. 全混流反应器 CSTR (返混达最大值) β→∞()f A 1A Af 0A 0R r x x c V V --==τ 恒容过程：()f A Af A1r c c --=τ =A0R F V τ/ 0A c4.非理想流反应器 (物料返混程度介于平推流反应器及全混流反应器之间) 0<β<∞变容反应过程: 1. 膨胀因子 ()A IA ααδ-=∑ (关键组份A 的膨胀因子等于反应计量系数的代数和除以A 组分计量系数的相反数) AA0A δεy =2. 膨胀率1A A A A ===-=x x x V V V ε (A 组分的膨胀率等于物系中A 组分完全转化所引起的体积变化除以物系的初始体积。
均相反应动力学基础(第一讲)
本课程重点 介绍
例如不可逆反应
反应物A的幂函数型反应速率式表示为：
下面就上式中的动力学参数a、b和k的物理 意义加以讨论。
(1)反应级数：
各浓度项上方的指数a和b分别是反应组分A和 B的反应级数；这些指数的代数和称为总反应级 数。
说明： ①反应级数不能独立表示反应速率的大小，只 表明反应速率对各组分浓度的敏感程度。 ②反应级数的值是由实验获得的，与反应机理 无直接的关系，也不一定等于计量系数。 ③反应级数可以是整数、分数，亦可是负数， 但总反应级数在数值上不可能大于3。
反应动力学： 是研究各种因素（如温度、压力、组成、 催化剂、溶剂等）对反应速率、反应产物分布 的影响。并确定这些影响因素与反应速率之间 的定量关系（数学模型——速率方程），为工 业反应装置的选型、设计计算和反应的操作分 析提供理论依据。
化学计量方程
是表示各反应物、生成物在反应过程中量的 变化关系的方程。 注意与化学 如方程
解：设进入反应器的乙炔的摩尔数为1mol，则氯化氢的 摩尔数为1.1mol 设最终有Xmol的乙炔反应掉采用列 表
∵
出口气体中氯乙烯的摩尔分数为90% 即 X/（2.1-X）=0.9 得 X=0.9947 ∴ 乙炔的转化率 XC2H2 =0.9947/1=99.47% 氯化氢的转化率 XHCl=0.9947/1.1=90.43% gt7
☆
流率为v0。 则反应物A占总进料量的分子分数为
yA0=FA0/F0
当转化率为XA时反应体系总物料流量为
Ft= F0+δ AFA0XA = F0 (1+δ AyA0XA)
若气体为理想气体，则相应体积流率为
所以
CA～ XA的关系为
若反应速率以分压表示则下式仍成立
《化学反应工程》复习题及答案 (1)
化学反应工程单选题1. 对于反应级数n ＞0的不可逆气相等温反应，为降低反应器体积，应选用_______。
（A ）（A ）平推流反应器 （B ）全混流反应器（C ）平推流串接全混流反应器 （D ）全混流串接平推流反应器2. 分批式操作的完全混合反应器非生产性时间不包括下列哪一项_______。
（P22）（A ）加料时间 （B ）反应时间 （C ）物料冷却时间 （D ）清洗釜所用时间3. 下列单位不属于反应速率的是_______。
（P13）（A ）mol/(g ﹒s) （B ）m 3/s （C ）mol/(m 2﹒s) （D ）mol/(m 3﹒s)4．反应 A B C →+，12.50 k s -=，则反应级数为_______。
（P 13）A ． 0 （B ）1 （C ）2 （D ）35. 反应NaOH + HClNaCl + H 2O ，已知mol s l k /1.0⋅=，则反应级数n=_______。
（P 13）（A ）0 （B ）1 （C ）2 （D ）36. 气相基元反应 B A →2，进料时反应物A 和稀释剂C 以等摩尔比加入，则膨胀率为_______。
（P58）（A ）-1 （B ）-0.25 （C ）0.25 （D ）0.57. 下面反应器中不属于理想反应器的是_______。
（P21）（A ）间歇反应器 （B ）全混流反应器 （C ）平推流反应器 （D ）膜反应器8. 下面哪种反应器组合形式可以最大程度降低反应器体积_______。
（B ）（A ）平推流反应器串联 （B ）全混流反应器串联（C ）平推流反应器并联 （D ）全混流反应器并联9. 在间歇反应器中进行等温一级反应A → B ，0.01 /A A r C mol L s -=⋅，当C A0=1 mol/L 时，求反应至C A0=0.01 mol/L 所需时间t=_______秒。
（P43）（A ）400 （B ）460 （C ）500 （D ）56010. 在间歇反应器中进行等温二级反应A → B ，20.01 /A A r C mol L s -=⋅，当C A0=1 mol/L 时，求反应至C A0=0.01 mol/L 所需时间t=_______秒。
化学反应工程智慧树知到课后章节答案2023年下聊城大学
化学反应工程智慧树知到课后章节答案2023年下聊城大学聊城大学第一章测试1.下列属于均相反应的是（）。
A:加氢裂解B:氢气燃烧C:离子交换D:煤炭燃烧答案:氢气燃烧2.“三传一反”是学习化学反应工程的基础，那这里所说的一反是指（）。
A:反应工程B:反应动力学C:化学反应D:反应热力学答案:反应动力学3.所谓“三传一反”是化学反应工程学的基础，其中“三传”是指 ( )。
A:热量传递B:动量传递C:能量传递D:质量传递、答案:热量传递;动量传递;质量传递、4.化学反应过程按操作方式分为( ) 操作。
A:间歇操作B:半连续操作C:连续操作D:半间歇操作答案:间歇操作;半连续操作;连续操作5.化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的科学。
（）A:错 B:对答案:对6.化学反应工程的一项重要研究内容便是动力学特性的研究。
（）A:对 B:错答案:对7.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。
（）A:错 B:对答案:对第二章测试1.对于一氧化碳还原制备甲烷的反应，其中化学反应计量系数为-1的物质是（）。
A:B:C:D:答案:2.气相反应CO + 3H2→ CH4 + H2O 进料时无惰性气体，与以1∶2摩尔比进料，则膨胀因子=（）。
A:-1B:-2C:2D:1答案:-23.对于一非恒容均相化学反应αA↔βB，反应组分A的化学反应速率（）。
A:B:C:D:答案:4.如果化学反应的方程为3A → P，该反应的速率常数，则该过程的反应级数n=（）。
A:3B:1C:0D:2答案:05.在全混流反应器中，反应器的有效容积与进料流体的容积流速之比为（）。
A:反应时间tB:空时τC:停留时间tD:平均停留时答案:空时τ6.一级不可逆液相反应A=2R，，出口转化率，每批操作时间为2.06h (包括反应时间和辅助生产时间)，装置的生产能力为50000 kg 产物R/天，=60，则反应器的体积V为（）。