化学反应工程第3章

1.理想反应器包括___平推流反应器、__全混流反应器_ 。

2.具有良好搅拌装置的釜式反应器按_全混流__反应器处理，而管径小，管子较长和流速较大的管式反应按_平推流_反应器处理。

3.全混流反应器的空时τ是_反应器的有效容积____与___进料流体的容积流速_之比。

4.全混流反应器的返混__∞__，平推流反应器的返混为_零__。

5.如果将平推流反应器出口的产物部分的返回到入口处与原始物料混合，这类反应器为_循环操作_的平推流反应器6.对于循环操作的平推流反应器，当循环比β→0时为___平推流__反应器，而当β→∞时则相当于_全混流___反应器。

7. 对于循环操作的平推流反应器，当循环比β→0时反应器内返混为_零_，而当β→∞时则反应器内返混为_∞_。

8.对于反应级数n＜0的反应，为降低反应器容积，应选用_全混流__反应器为宜。

9.对于反应级数n＞0的反应，为降低反应器容积，应选用_平推流__反应器为宜。

10.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___B____。

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11.在间歇反应器中进行等温二级反应A →B，，当时，求反应至所需时间t=__D_____秒。

A. 8500B. 8900C. 9000D. 990012.在间歇反应器中进行等温一级反应A →B，，当时，求反应至所需时间t=__B_____秒。

A. 400B. 460C. 500D. 56013.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__。

A. 空时τB. 反应时间tC. 停留时间tD. 平均停留时间14.一级不可逆液相反应，，出口转化率，每批操作时间，装置的生产能力为50000 kg产物R/天，=60，则反应器的体积V为__C__。

A. 19.6B. 20.2C. 22.2D. 23.415.对于单一反应组分的平行反应，其瞬间收率随增大而单调增大，则最适合的反应器为___A____。

1、分批式操作的完全混合反应器非生产性时间t0不包括下列哪一项( )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2、在间歇反应器中进行等温二级反应A →B，当slmolCrAA⋅=-/01.02时，求反应至所需时间t为多少秒.A. 8500B. 8900C. 9000D. 99003、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. 空时τB. 反应时间tC. 停留时间tD. 平均停留时间4、空间时间的定义是（）A 停留时间与非生产时间的和B 实际反应时间与真实停留时间的和C 反应器有效容积与入口体积流率的比值D 反应物微元在反应器内经历的时间5、返混的定义是（）A 不同空间位置的粒子的混合B 不同停留时间的粒子的混合C 参与不同反应的粒子的混合D 不同反应器内粒子的混合6、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7、平推流反应器中诸参数不随（）而变A 反应物的组成B 反应器的轴向位置C 反应器的空间时间D反应器的径向位置8、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<V2<V3 B．V1=V2<V3C．V2<V1<V3 D．V2<V1=V39、对反应级数大于零的单一反应，对同一转化率，其反应级数越小，全混流反应器与平推流反应器的体积比（）。

A 不变B 变大C 变小D 不好说10、等温恒容下进行各步均为一级不可逆串联反应若保持相同的转化率x A，调节反应温度使k2/k1降低，则P的收率将( )A.增大B．减小C．不变D．先增后减11、全混流反应器进行放热反应时，要使反应器操作在稳定定常态，则必须满足条件( )A (dQ r/dt)>(dQ g/dt)B (dQ r/dt)<(dQ g/dt)C (dQ r/dt)=(dQ g/dt)D 二者没有关系12、全混流反应器中有个稳定的定常态操作点。

3釜式反应器在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应：该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级。

反应开始时乙酸乙酯及氢氧化钠的浓度均为 l ，反应速率常数等于。

要求最终转化率达到 95%。

试问：3（ 1）（ 1）当反应器的反应体积为1m 时，需要多长的反应时间？3，（ 2）（ 2）若反应器的反应体积为2m ，所需的反应时间又是多少？解：（ 1）(2)因为间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关，所以反应时间仍为。

拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应：以生产乙二醇，产量为20 ㎏/h ，使用 15%（重量）的 NaHCO3水溶液及 30%（重量）的氯乙醇水溶液作原料，反应器装料中氯乙醇和碳酸氢钠的摩尔比为 1：1，混合液的比重为。

该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为一级，在反应温度下反应速率常数等于，要求转化率达到 95%。

（1）（ 1）若辅助时间为，试计算反应器的有效体积；（2）（ 2）若装填系数取，试计算反应器的实际体积。

62kg/kmol,每小时产解：氯乙醇，碳酸氢钠，和乙二醇的分子量分别为,84和乙二醇： 20/62= kmol/h每小时需氯乙醇：每小时需碳酸氢钠：原料体积流量：氯乙醇初始浓度：反应时间：反应体积：（2）（ 2）反应器的实际体积：丙酸钠与盐酸的反应：为二级可逆反应（对丙酸钠和盐酸均为一级），在实验室中用间歇反应器于 50℃等温下进行该反应的实验。

反应开始时两反应物的摩尔比为 1，为了确定反应进行的程度，在不同的反应时间下取出10ml 反应液用的NaOH溶液滴定，以确定未反应盐酸浓度。

不同反应时间下，NaOH溶液用量如下表所示：时间， min0 10 20 30 50∝NaOH用量， ml现拟用与实验室反应条件相同的间歇反应器生产丙酸，产量为500kg/h ，且丙酸钠的转化率要达到平衡转化率的 90%。

试计算反应器的反应体积。

假定（ 1）原料装入以及加热至反应温度（ 50℃）所需的时间为 20min，且在加热过程中不进行反应；（2）卸料及清洗时间为 10min；（3）反应过程中反应物密度恒定。

3 釜式反应器在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应：该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级。

反应开始时乙酸乙酯及氢氧化钠的浓度均为l，反应速率常数等于。

要求最终转化率达到95%。

试问：（1）（1）当反应器的反应体积为1m3时，需要多长的反应时间？（2）（2）若反应器的反应体积为2m3，，所需的反应时间又是多少？解：（1）(2) 因为间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关，所以反应时间仍为。

拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应：以生产乙二醇，产量为20㎏/h，使用15%（重量）的NaHCO水溶液及30%（重3量）的氯乙醇水溶液作原料，反应器装料中氯乙醇和碳酸氢钠的摩尔比为1：1，混合液的比重为。

该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为一级，在反应温度下反应速率常数等于，要求转化率达到95%。

（1）（1）若辅助时间为，试计算反应器的有效体积；（2）（2）若装填系数取，试计算反应器的实际体积。

解：氯乙醇，碳酸氢钠，和乙二醇的分子量分别为,84 和 62kg/kmol,每小时产乙二醇：20/62= kmol/h每小时需氯乙醇：每小时需碳酸氢钠：原料体积流量：氯乙醇初始浓度：反应时间：反应体积：（2）（2）反应器的实际体积：丙酸钠与盐酸的反应：为二级可逆反应（对丙酸钠和盐酸均为一级），在实验室中用间歇反应器于50℃等温下进行该反应的实验。

反应开始时两反应物的摩尔比为1，为了确定反应进行的程度，在不同的反应时间下取出10ml反应液用的NaOH溶液滴定，以确定500kg/h，且丙酸钠的转化率要达到平衡转化率的90%。

试计算反应器的反应体积。

假定（1）原料装入以及加热至反应温度（50℃）所需的时间为20min，且在加热过程中不进行反应；（2）卸料及清洗时间为10min；（3）反应过程中反应物密度恒定。

解：用A,B,R,S分别表示反应方程式中的四种物质，利用当量关系可求出任一时刻盐酸的浓度（也就是丙酸钠的浓度，因为其计量比和投量比均为1：1）为：于是可求出A的平衡转化率：现以丙酸浓度对时间作图：由上图，当CA=×l时，所对应的反应时间为48min。

第一章绪论1.1 化学反应工程学的范畴和任务1.1.1化学反应工程发展简述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。

1.1.2 化学反应工程的范畴和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。

一、研究的范畴1.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。

2.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。

3.催化剂4.设备型式、操作方法和流程有小试到扩是出现放大效应，因此工业装置的反映条件必须结合工程上的考虑才能合理的确定。

反应器型式：管式、釜式、塔式、固定床或流化床等。

操作方式：分批式、连续式或半连续式。

反应器的型式与特性表型式适用反应优缺点搅拌槽液相、液—液、液—固相适用性大，操作弹性大，温度、浓度易控制，产品质量均一管式气相、液相返混小，反应器容积小，比传热面大空塔或搅拌塔液相、液—液相结构简单，返混程度与高/径比及搅拌有关，轴向温差大鼓泡塔或挡板鼓泡塔气—液相，气—液—固相气相返混小，液相返混大，温度较易调节，气体压降大，流速有限制填料塔液相、气—液相结构简单，返混小，压降小，有温差，填料装卸麻烦板式塔气—液相逆流接触，气液返混均小，流速有限制，如需传热，常另加传热面喷雾塔气—液相快速反应结构简单，液体表面积大，停留时间受塔高限制，气流速度有限制固定床气—固相返混小，催化剂用量少，不易磨损，装卸麻烦，传热控温不易流化床气—固相，特别是催化剂失活很快的反应传热好，温度均匀，易控制，催化剂有效系数大，磨损大，返混大，对转化率不利，操作条件限制大移动床同上固体返混小，固气比可变性大，床内温差大，调节困难滴流床气—液—固相催化剂带出少，分离易，气液分不要均匀，温度调节困难蓄热床气相，以固相为热载体结构简单，调节范围较广，切换频繁，温度波动大，收率低喷嘴式气相，高速反应的液相传热、传质速度快，流体混合好，反应物急冷易分批式（或间歇）操作：是指一批反应物料投入反应器内后，让它经过一定的反应，然后再取出的操作方法。

3-1 在反应体积为31m 的间歇操作釜式反应器中，环氧丙烷的甲醇溶液与水反应生成丙二醇32232COHCHOHCH H →+O H COCHCH H该反应对环氧丙烷为一级，反应温度下的速率常数为0.981-h，原料液中环氧丙烷的浓度为2.1kmol/3m ，环氧丙烷的最终转化率为90%。

若辅助时间为0.65h ，一天24h 连续生产，试求丙二醇的日产量为多少？ 解 32232COHCHOHCH H →+O H COCHCH H( A ) ( B ) 一级反应h x k C C k t Af Af A 35.29.011ln 98.0111ln 1ln 10=-=-==h m h m t t V v /31)65.035.2(13300=+=+=丙二醇日产量=Af A x C v 0024=天/12.159.01.23124kmol =⨯⨯⨯kmol k /g 76M B=丙二醇日产量天/kg 2.111492.11576Q =⨯= 3-2一个含有A 和B 液体)/0.04molc /10.0c (B00L L mol A ==、 以体积流量2L/min 流入容积V R =10L 的全混流反应器，物料在最佳的条件下进行反应A →2B+C 。

已知由反应器流出的物料中含有A 、B 和C ，L mol c Af /04.0=。

试求：在反应器内条件下，A 、B 和C 的反应速率？解 空时min 5min/2100===L Lv V R τmin5/)04.01.0(00L mol C C r r C C AfA Af AfAfA -=-==-ττmin /012.0∙=L molmin)/(024.02∙==L mol r r Af Bfmin)/(012.0∙==L mol r r Af Cf3-3 一个液相反应： A+B →R+S其中，min)/(71∙=mol L k ，min)/(32∙=mol L k 。

第三章 理想流动反应器概述按照操作方式，可以分为间歇过程和连续过程，相应的反应器为间歇反应器和流动反应器。

对于间歇反应器，物料一次性加入，反应一定时间后把产物一次性取出，反应是分批进行的。

物料在反应器内的流动状况是相同的，经历的反应时间也是相同的。

对于流动反应器，物料不断地加入反应器，又不断地离开反应器。

考察物料在反应器内的流动状况。

有的物料正常的通过反应器，有的物料进入反应器的死角，有的物料短路（即近路）通过反应器，有的物料在反应器内回流。

在流动反应器中物料的流动状况不相同，造成物料浓度不均匀，经历的反应时间不相同，直接影响反应结果。

物料在反应器内的流动状况看不见摸不着。

人们采用流动模型来描述物料在反应器内的流动状况。

流动模型分类如下：理想流动模型 流动模型非理想流动模型特别强调的是，对于流动反应器，必须考虑物料在反应器内的流动状况；流动模型是专指反应器而言的。

第一节 流动模型概述3－1 反应器中流体的流动模型平推流模型全混流模型一、物料质点、年龄、奉命及其返混1.物料质点物料质点是指代表物料特性的微元或微团。

物料由无数个质点组成。

2.物料质点的年龄和寿命年龄是对反应器内质点而言，指从进入反应器开始到某一时刻，称为年龄。

寿命是对离开反应器的质点而言，指从进入反应器开始到离开反应器的时间。

3.返混（1）返混指流动反应器内不同年龄质点间的混合。

在间歇反应器中，物料同时进入反应器，质点的年龄都相同，所以没有返混。

在流动反应器中，存在死角、短路和回流等工程因素，不同年具的质点混合在一起，所以有返混。

（2）返混的原因a.机械搅拌引起物料质点的运动方向和主体流动方向相反，不同年龄的质点混合在一起；b.反应器结构造成物料流速不均匀，例如死角、分布器等。

造成返混的各种因素统称为工程因素。

在流动反应器中，不可避免的存在工程因素，而且带有随机性，所以在流动反应器中都存在着返混，只是返混程度有所不同而已。

二、理想流动模型1.平推流模型（活塞流模型、理想置换模型、理想排挤模型）平推流模型认为物料进入反应器后沿着流动方向象气缸里的活塞一样向前移动，彼此不相混合。