化学反应工程31间歇釜式反应器

1.反应动力学主要研究化学反应进行的机理和速率，以获得进行工业反应器的设计和操作所必需的动力学知识，如反应模式、速率方程及反应活化能等等。

包含宏观反应动力学和本征反应动力学。

2.化学反应工程化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的学科，即以化学反应为研究对象，又以工程问题为研究对象的学科体系。

3.小试，中试小试：从事探索、开发性的工作，化学小试解决了所定课题的反应、分离过程和所涉及物料的分析认定，拿出合格试样，且收率等经济技术指标达到预期要求。

中试：要解决的问题是：如何釆用工业手段、装备，完成小试的全流程，并基本达到小试的各项经济技术指标，规模扩大。

4.三传一反三传为动量传递（流体输送、过滤、沉降、固体流态化等，遵循流体动力学基本规律）、热量传递（加热、冷却、蒸发、冷凝等，遵循热量传递基本规律）和质量传递（蒸馏、吸收、萃取、干燥等，遵循质量传递基本规律），“一反”为化学反应过程（反应动力学）。

5催化剂在化学反应中能改变反应物的化学反应速率（提高或降低）而不改变化学平衡，且本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变的物质叫催化剂。

6催化剂的特征（1）.催化剂只能加速热力学上可以进行的反应。

（2）.催化剂只能加速反应趋于平衡，不能改变反应的平衡位置（平衡常数）。

（3）催化剂对反应具有选择性，当反应可能有一不同方向时，催化剂仅加速其中一种。

（4）.催化剂具有寿命，由正常运转到更换所延续时间。

7活化组份活性组分是催化剂的主要成分，是真正起摧化作用的组分。

常用的催化剂活性组分是金属和金属氧化物。

8.载体催化剂活性组分的分散剂、粘合物或支撑体，是负载活性组分的骨架。

9助催化剂本身没有活性，但能改善催化剂效能。

助催化剂是加入催化剂中的少量物质，是催化剂的辅助成分，其本身没有活性或活性很小，但是他们加入到催化剂中后，可以改变催化剂的化学组成，化学结构，离子价态、酸碱性、晶格结构、表面结构，孔结构分散状态，机械强度等，从而提高催化剂的活性，选择性，稳定性和寿命。

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。

3 釜式反应器3.1在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应：325325+→+CH COOC H NaOH CH COONa C H OH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0.02mol/l ，反应速率常数等于5.6l/mol.min 。

要求最终转化率达到95%。

试问：（1） （1） 当反应器的反应体积为1m 3时，需要多长的反应时间？ （2） （2） 若反应器的反应体积为2m 3，，所需的反应时间又是多少？解：（1）00222000001()(1)110.95169.6min(2.83)5.60.0210.95===⨯---=⨯=⨯-⎰⎰AfAf X X A A AA A A A A A A A dX dX X t C C R k C X kC X h(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2.83h 。

3.2拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应：223222+→++CH ClCH OH NaHCO CH OHCH OH NaCl CO以生产乙二醇，产量为20㎏/h ，使用15%（重量）的NaHCO 3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1.02。

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5.2l/mol.h ，要求转化率达到95%。

（1） （1） 若辅助时间为0.5h ，试计算反应器的有效体积； （2） （2） 若装填系数取0.75，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80.5,84 和 62kg/kmol,每小时产乙二醇：20/62=0.3226 kmol/h每小时需氯乙醇：0.326680.591.11/0.9530%⨯=⨯kg h每小时需碳酸氢钠：0.326684190.2/0.9515%⨯=⨯kg h原料体积流量：091.11190.2275.8/1.02+==Q l h氯乙醇初始浓度：00.32661000 1.231/0.95275.8⨯==⨯A C mol l反应时间：02000110.952.968(1) 5.2 1.23110.95===⨯=-⨯-⎰⎰AfAf X X A A A A B A A dX dX t C h kC C kC X 反应体积：0(')275.8(2.9680.5)956.5=+=⨯+=r V Q t t l（2） （2） 反应器的实际体积：956.512750.75===r V V l f3.3丙酸钠与盐酸的反应：2525+⇔+C H COONa HCl C H COOH NaCl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。

第三章理想均相反应器设计本章核心内容：从间歇釜反应器、稳态全混流反应器和平推流管式反应器这三种理想反应器的结构和流动特性出发，给出了它们数学模型的建立方法、不同反应过程中的反应体积设计公式和热量计算式以及具体的应用实例。

对这三种理想反应器性能进行了比较，特别是对稳态全混流反应器和平推流管式反应器及其组合内容进行了详细叙述。

针对不同反应过程讲述了优化设计方法。

化学反应工程学的主要目的是设计不同型式和大小的反应器，实现最佳的操作与控制，取得最佳的经济效益。

在用数学模型法来设计放大反应器的过程中，首先要了解进行化学反应的动力学特征、反应物的性质、产物的性质与分布，才能进行反应器的选型、操作方式的选择，进而进行反应器设计和计算。

由于生产中的化学反应器都很大，都或大或小存在着温度的差异和浓度的差异，都存在着动力消耗和反应器的各种结构的差异，对于实际生产中的化学反应过程一般很难做到反应物的温度、压力和流速完全均一，即非理想化。

这些差异给实际反应器的设计和放大带来了很大的困难。

实际反应过程的理想化是研究生产实践中千变万化的各种反应器的基础和前提，也是均相反应过程接近实际的反应器模型。

间歇釜式反应器（BSTR）、稳态全混流反应器(CSTR)和活塞流（平推流）管式反应器(PFR)，这三种理想反应器的设计原理具有普遍意义和广泛的应用性。

3-1 间歇釜式反应器3-2间歇釜示意图图3-1间歇釜式反应器如图3-1所示，间歇釜式反应器简称间歇釜，它的最大特点是分批装料和卸料。

因此，其操作条件较为灵活，可适用于不同品种和不同规格的液态产品生产，尤其适合于多品种而小批量的化学品生产，它在医药、助剂、添加剂、涂料、应用化学品等精细化工生产部门中经常得到应用，很少用于气相过程。

间歇釜的结构主要有釜体、搅拌装置、加热和冷却装置、进出料口和管件、温度和压力测量装置以及视孔、排污口和液位计等。

釜体上部釜盖用法兰与釜体连接，釜体上一般不开孔，都在釜盖上开孔用以安装管阀件，釜体上有四个吊耳用于固定反应釜，釜体外部是换热夹套。

1、平推流反应器中，。

反应器中任一横截面上各质点浓度或转化率不同浓度或转化率沿轴向不变浓度或转化率沿轴向变化反应器中沿轴向反应速度不变2、反应A + B → C，已知，则反应级数n=_______。

1233、对于一非恒容均相化学反应，反应产物B的化学反应速率=_______。

4、如果平行反应均为一级不可逆反应，若，提高收率应。

降低浓度提高温度提高浓度降低温度5、一级连串反应A → P → S在平推流管式反应器中进行，使目的产物P浓度最大时的反应时间_______。

6、对于一非恒容均相化学反应，反应组分A的化学反应速率_______。

7、管式反应器的特点是 。

返混小，所需反应器容积较小，比传热面积大，但对慢速反应，管要很长，压降大温度、浓度容易控制，产品质量可调结构简单，返混程度与高径比及搅拌有关，轴向温差大 流体与固体（催化剂）颗粒呈逆流流动8、反应，已知，则反应级数n=_______。

F. 23 0 19、下列哪些现象不属于非理想流动现象？活塞流循环流沟流短路10、下面几种操作过程中，不能按恒容过程处理。

总摩尔数不发生变化的等温气相反应均相的液相反应间歇操作的液相反应或气相反应体系中有少量惰性气体的等温气相反应11、如果平行反应均为一级不可逆反应，若，提高选择性应_______。

提高浓度提高温度降低温度降低浓度12、在理想全混流反应器中，物料。

浓度相同，温度不同浓度不同，温度也不同浓度不同，温度相同浓度相同，温度也相同13、如果连续操作的反应器达到定态，那么反应器中的浓度、温度等参数（）随时间变化，也随位置变化不随时间变化，可能随位置变化不随时间变化，也不随位置变化随时间变化，但不随位置变化14、测量气—固相催化反应速率，在确定有无外扩散影响时是在没有改变_______的条件下进行实验的。

催化剂装置进料流量催化剂装量15、下列属于理想吸附等温方程的是_______。

BET型Freundlich型Temkin型Langmuir型16、反应，已知k=0.8 L/(s·mol)，则反应级数n= 。

化学反应⼯程名词解释与简答题1.反应动⼒学主要研究化学反应进⾏的机理和速率，以获得进⾏⼯业反应器的设计和操作所必需的动⼒学知识，如反应模式、速率⽅程及反应活化能等等。

包含宏观反应动⼒学和本征反应动⼒学。

2.化学反应⼯程化学反应⼯程是⼀门研究化学反应的⼯程问题的学科，即以化学反应为研究对象，⼜以⼯程问题为研究对象的学科体系。

3.⼩试，中试⼩试：从事探索、开发性的⼯作，化学⼩试解决了所定课题的反应、分离过程和所涉及物料的分析认定，拿出合格试样，且收率等经济技术指标达到预期要求。

中试：要解决的问题是：如何⾤⽤⼯业⼿段、装备，完成⼩试的全流程，并基本达到⼩试的各项经济技术指标，规模扩⼤。

4.三传⼀反三传为动量传递（流体输送、过滤、沉降、固体流态化等，遵循流体动⼒学基本规律）、热量传递（加热、冷却、蒸发、冷凝等，遵循热量传递基本规律）和质量传递（蒸馏、吸收、萃取、⼲燥等，遵循质量传递基本规律），“⼀反”为化学反应过程（反应动⼒学）。

5催化剂在化学反应中能改变反应物的化学反应速率（提⾼或降低）⽽不改变化学平衡，且本⾝的质量和化学性质在化学反应前后都没有发⽣改变的物质叫催化剂。

6催化剂的特征（1）.催化剂只能加速热⼒学上可以进⾏的反应。

（2）.催化剂只能加速反应趋于平衡，不能改变反应的平衡位置（平衡常数）。

（3）催化剂对反应具有选择性，当反应可能有⼀不同⽅向时，催化剂仅加速其中⼀种。

（4）.催化剂具有寿命，由正常运转到更换所延续时间。

7活化组份活性组分是催化剂的主要成分，是真正起摧化作⽤的组分。

常⽤的催化剂活性组分是⾦属和⾦属氧化物。

8.载体催化剂活性组分的分散剂、粘合物或⽀撑体，是负载活性组分的⾻架。

9助催化剂本⾝没有活性，但能改善催化剂效能。

助催化剂是加⼊催化剂中的少量物质，是催化剂的辅助成分，其本⾝没有活性或活性很⼩，但是他们加⼊到催化剂中后，可以改变催化剂的化学组成，化学结构，离⼦价态、酸碱性、晶格结构、表⾯结构，孔结构分散状态，机械强度等，从⽽提⾼催化剂的活性，选择性，稳定性和寿命。

化学反应⼯程第三章答案3 釜式反应器3.1在等温间歇反应器中进⾏⼄酸⼄酯皂化反应：325325+→+CH COOC H NaOH CH COONa C H OH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0．02mol ／ｌ，反应速率常数等于5.6l/mol.m ｉn 。

要求最终转化率达到9５%。

试问：（1） (1）当反应器的反应体积为１m 3时，需要多长的反应时间? （2） (2) 若反应器的反应体积为２m 3，,所需的反应时间⼜是多少？解:（1）00222000001()(1)110.95169.6min(2.83)5.60.0210.95===?---=?=?-?AfAf X X A A AA A A A A AA A dX dX X t C C R k C X kC X h（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2.８3h 。

３.２拟在等温间歇反应器中进⾏氯⼄醇的皂化反应:223222+→++CH ClCH OH NaHCO CH OHCH OH NaCl CO以⽣产⼄⼆醇,产量为2０㎏／ｈ,使⽤15％（重量）的Na ＨCO 3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1．0２。

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5．２ｌ／m ｏｌ.h ，要求转化率达到9５％。

（1）（1）若辅助时间为0．5ｈ，试计算反应器的有效体积；（2）（2）若装填系数取0.7５，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8０.5,84 和 6２ｋg/kmol,每⼩时产⼄⼆醇：２0/62=0.3226 kmol/ｈ每⼩时需氯⼄醇：0.326680.591.11/0.9530%?=?kg h每⼩时需碳酸氢钠：0.326684190.2/0.9515%?=?kg h原料体积流量：091.11190.2275.8/1.02+==Q l h氯⼄醇初始浓度：00.32661000 1.231/0.95275.8?==?A C mol l反应时间：02000110.952.968(1) 5.2 1.23110.95===?=-?-??AfAf X X A A A A B A A dX dX t C h kC C kC X 反应体积：0(')275.8(2.9680.5)956.5=+=?+=r V Q t t l（2）（２) 反应器的实际体积：956.512750.75=3.3丙酸钠与盐酸的反应：2525+?+C H COONa HCl C H COOH NaCl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。

化学反应工程复习资料一．填空1。

理想反应器是指_______、_______.2。

全混流反应器的返混_______。

平推流反应器的返混为_______。

3.反应器物料的停留时间的分布曲线是通过物理示踪法来测定的,根据示踪剂的输入方式不同分为_______、_______、_______.4。

平推流管式反应器时，E(t）=____.；平推流管式反应器时，E（t）=_____.；平推流管式反应器时，F(t）=___.;平推流管式反应器＜时，F（t)=____。

5。

平推流管式反应器其E（θ)曲线的方差_______。

；平推流管式反应器其E（t）曲线的方差_______。

6.全混流反应器t=0时E(t）=_______。

;全混流反应器其E（θ)曲线的方差_______。

;全混流反应器其E（t）曲线的方差_______。

7。

催化剂“三性”是指、和。

8。

凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作_______.9。

化学反应过程按操作方法分为_______、_______、_______操作。

10。

化学反应工程中的“三传一反”中的三传是指_______、_______、_______。

11.化学反应的总级数为n，如用浓度表示的速率常数为，用逸度表示的速率常数，则=_______。

12。

在构成反应机理的诸个基元反应中，如果有一个基元反应的速率较之其他基元反应慢得多,他的反应速率即代表整个反应的速率,其他基元反应可视为处于_______。

13. 一级连串反应在全混流釜式反应器中，则目的产物P的最大浓度______、______。

14. 一级连串反应在平推流反应器中，则目的产物P的最大浓度_______、______。

15。

全混流反应器的空时τ是_______与_______之比.17。

脉冲示踪法测定停留时间分布对应曲线为_______。

18。

阶跃示踪法测定停留时间分布对应曲线为_______.19。