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《化学反应工程》课程学习资料继续教育学院《化学反应工程》课程复习大纲一、考试要求本课程是一门专业课，要求学生在学完本课程后，能够牢固掌握本课程的基本知识，并具有应用所学知识说明和处理实际问题的能力。
据此，本课程的考试着重基本知识考查和应用能力考查两个方面，包括识记、理解、应用三个层次。
各层次含义如下：识记：指学习后应当记住的内容，包括概念、原则、方法的含义等。
这是最低层次的要求。
理解：指在识记的基础上，全面把握基本概念、基本原则、基本方法，并能表达其基本内容和基本原理，能够分析和说明相关问题的区别与联系。
这是较高层次的要求。
应用：指能够用学习过的知识分析、计算和处理涉及一两个知识点或多个知识点的会计问题，包括简单应用和综合应用。
二、考试方式闭卷笔试，时间120分钟三、考试题型●判断题：10％●选择题：15％●填空题：25%●简答题：10％●计算题：40％四、考核的内容和要求（基本要求、重点、难点）总要求：掌握反应器设计与分析的最基本原理和处理方法，了解化学反应工程的发展趋势和方向，初步具备对工业反应器进行设计与分析之能力。
第一章绪论基本要求：了解反应工程课程的性质、反应器的操作方式、反应器设计的基本方程和工业反应器的放大方法。
重点：化学反应及反应器的分类、反应器的操作方式。
一些重要的基本术语。
第二章反应动力学基础基本要求：掌握化学反应速率的不同表示方式及其相互关系；理解反应速率的浓度效应和温度效应；掌握复合反应体系中任一组分的消耗速率和生成速率的表达方法；掌握瞬时选择性的概念及其在反应器设计计算中的应用；掌握化学反应速率方程的变换与应用。
掌握定态近似及速率控制步骤的概念，学会推导多相催化反应速率方程的方法。
理解并列反应、平行反应和连串反应的动力学特征。
理解气体在固体催化剂表面上的吸附及吸附等温线，理解用实验确定反应速率方程的方法及由实验数据段动力学参数估值。
重点：化学反应速率的不同表示方式及其相互关系；复合反应体系中任一组分总的消耗速率和生成速率的表达方法；掌握瞬时选择性的概念及其在反应器设计计算中的应用；学会推导多相催化反应速率方程的方法。
红字为重点，红字加着重号的是重点中的重点，黑字加着重号的需要注意一下。
第一章分为两部分：反应动力学、反应器的设计一、 反应动力学1. 基本概念几个：化学反应式与化学反应计量方程、反应程度、转化率、反应速率。
记住公式：重点注意：①化学反应计量式中：反应物的计量数为负值、产物的为正值。
②反应速率的定义中“单位反应体系”，均相反应指的是“体积”，若是非均相可取“单位催化剂质量”（第四、五章中很重要的理解）③反应速率的符号是r （一定是个正数），r A 表示A 的生成速率，为负；-r A 表示A 的消耗速率；为正。
（在后面反应器设计中，物料守恒的标准是关键组分A ，所以每次公式中出现的-r A 取用标准是这个物质的消耗速率）2．化学反应速率和动力学方程建立：由于只考恒容体系，后面有关变容的东西全部忽略。
化学反应速率基本表达式（以反应速率r 为标准）：动力学方程（幂函数形式）：动力学方程建立的两种方法：积分法和微分法的具体原理其中表1-1（P8，第8面）是重点，务必每一个反应都记熟。
重点注意：①虽然动力学方程上写的是-r A ，但其标准是反应速率。
②注意了解动力学方程微分式和积分式的含义和表示方法。
二、 反应器的设计：按返混的不同，反应器分为四类（区别在返混的不同）：BR （间歇反应器）、PFR （活塞流反应器）、CSTR （全混流反应器）、非理想流动反应器。
反应器的设计基础：动力学方程、物料衡算方程、热量衡算方程（由于只考恒温的，这个可忽略）记住几个时间的概念：反应持续时间、停留时间和平均停留时间、空时（这个重点理解，主要是弄清楚这几个东西的区别，和重要）、空速。
00X A A A n n n A A A A -===的起始量反应物反应消耗掉的量反应物的起始量反应物的转化量反应物r dtd V 1r r r ====ξνννＲＲＢＢＡＡdt dC r -A A -=S R B S B νννν+→+R A A 21B A A A C kC dtdC r -αα=-=等温恒容的几个理想反应器的设计：1、 BR （间歇反应器）： 这个方程重点理解：这个方程经常用，表示恒容时，记住： 重点注意：分清楚V 0，F A 之间的区别和相互之间的转化（建议看P19，“（3）设计计算过程”）2、 PFR （活塞流反应器）：这个方程重点理解：这个方程记住（恒容时）：方程关联了四个变量：反应速率、转化率、反应器体积、进料量 重点注意：图1-7要掌握。
化学反应工程学问点梳理第一章化学反应工程简介化学反应工程是讨论化学反应和工程问题的科学动量传递，热量传递，质量传递及化学动力学，可概括为“三传一反”－－第三个里程碑； 其次章均相反应动力学AA- dn A VdtBSSRBR（由于反应而消耗的 A 的摩尔数） (- r ) A (单位反应区域 )( 单位时间) dn dt1 V 1 dn S r SA ( r )A V dt反应进度：n A n A 0An Bn B 0Bn Rn R 0Rn P n P0Pn K i 0x ix K 某反应物的转化量 该反应物的起始量n i 0n K 0 n K 0n K转化率：x KKn n K 0 n 0 n Kn n 0 (n n 0 )膨胀因子：KKn K 0 x Kn y x 0 K 0 Ky i K 0 y ( 1x )i 0 K y ( 1 x i )y i i 0 Ky i1y x 1y x KK 0 K KK 0 Kn A Vn A 0 (1 x A ) (1 x A ) A y A0 x A)C AC A0V 0 (1A y A0 x A)(1ERT( r A ) kC A C Bk C( RT )k Pkk e0 E RTln kln k 0不行逆反应AABBSSdC C A 0 A kta b BC CC AAdC A dtab ( r A )kC ACB均相催化反应 CC 为催化剂浓度dC Adt( r )(kC )C A C A自催化反应 → A + C 2C + RdC A dt( r A )kC A C CR+S串联反应 PA + B总收率n P n A0 n P 0n AP单位时间内生成 单位时间内消耗 P 的摩尔数A 的摩尔r p ( r A )瞬时收率dC P / dt dC A / dtdC P dC A得率 yieldX ( n Pn P 0 ) / n A 0P总挑选性 目的产物 P 所生成的摩尔数与副产物S 生成的摩尔数之比，用 S0 表示：n P n S n P 0n S 0S 0αA2 αA1 AαS S 平行反应（ 副 ）αP P A（主）dC A dt（ r A ,1） k 1C A（ r A,2） k 2 C A（ r A ）（ r A,1） ( r A,2 )(k 1k 2 )C AdC dtdC P dtp P S S r P( r A ,1 )k 1C Ar Sk 2 C AA,1A ,1A ,2( k 1 k 2 ) tC AC A 0ek 1k 2AP串联反应S （均为一级反应）dC PdtdC S dtr Pk 1 C A k 2 C P r Sk 2 C P第三章 抱负均相反应器间歇反应器 (BSTR) 反应时间dx r dC x A C A A A t C 等容过程，液相反应A 0( )C A 0( r )A A 实际操作时间 (operating time)= 反应时间 (t) + 帮助时间 auxiliary time(t')反应体积 V 是指反应物料在反应器中所占的体积V = v0 (t + t')VV 实际的反应器体积为：实际为装料系数 (the volume charge coefficient) ，通常在 ～ 平推流反应器 PFR 空时反应器的容积进料的体积流量V v 0反应期的容积dV vV Rt反应器中物料 的体积流量V v 0C A0 ( C A r A )C A0 x A 全混流反应器 (CSTR)( r A )50000 V F A 0dx Ar A )V v 0 C A 0x A VF A0x A r A )F v C R 0 0 R24 M 0( C A 0( Rdx dx dx x A x A x A A A At C A 0C A 0C A0绝热操作恒容间歇反应器的设计式为：nE x A 0( r A )x A 0kCAx A 0n nRTk 0 e C A0(1 x A )1 x A tI ( x A )dx An 1x A 0k C 0A02dx A dlD ( r A ) 4F A02变温平推流反应器F A 0dx A ( r A )dV P( r A ) D dl4化学反应工程讨论的目的是实现工业化学反应过程的优化全混流V mF A 0 x A 0 r AV B F A 0 t BC A 0d x A r Ax A mC A 0BR ：CST R:V PF A 0 d A x r Ax A 平推流PF R:PC A 0多级 CSTR 串联的优化 对于一级不行逆反应应有x A1 kC A0 (1 0 x A1 ) x A2 x A1x Am kC A 0 (1 x Am 1x Am )V v C ...R 0 A 0kC A 0 (1 x A 2 )x Ai 1 x Ai Aix Ai 1 x Ai Ai 111 V R x Aiv 0 k 1 (1 x Ai 11x Ai 10 (i 1,2,.....m 1)x x 2x Ai )1 ln( k / k )k 2( k 1 )k2 k 1k 2C P max C A01 2 k 2PFR ： X 同间歇釜optP maxk 1 C P max C A 01X 1P max12ＣＳＴＲ：2[( k 2 / k 1 )1]optk k 1 2全混流反应器的热衡算方程V ( r A )(v 0 c PH r )UAT m UA UAT m UA T (1) (T 0)Q rT (1) (T 0)v 0 c Pv 0 c Pv 0 c Pv 0 c P第四章非抱负流淌停留时间分布E(t) = P{t < residencetime< t + t}停留时间分布函数F ( t ) = P { residence time < t }t F (t)E(t )dt2(t t ) E (t )dt2 t22 2(t t ) E (t )dtt E (t ) d t t方差E (t) dtPFR0 t t tt 0 1t t t tE(t )t tF (t)2 t22(t t ) E(t)dt ( t t )CSTRttF(t) 1 et2t2 21et最大tE(t) tr2( ) [2 Rr( R 层流流淌)2]F (t) 22t 2轴向扩散模型tE z E z 2 uL / E 2( ) uL 2( ) (1 uLe Z) 2 Pe 1 2 ) (1 Pe 2( e ) Pe。
目录一、课程性质与设置目的二、课程内容和考核目标第一章化学反应动力学第一节均相反应动力学第二节气固催化反应动力学第二章反应器内流体流动与混合第一节三种典型反应器第二节典型反应过程的反应器体积计算第三节流动模型与反应器推动力、反应选择性第四节非理想流动第三章非均相反应与传递第一节气固催化反应过程的控制步骤和速率方程第二节气体与催化剂外表面间的传质和传热第三节气体在催化剂颗粒内的扩散第四节内扩散过程与化学反应第五节气固催化反应过程的数据处理第六节流固非催化反应第七节流体-流体反应第四章非等温反应器设计第一节反应器能量平衡第二节稳态连续流动反应器能量衡量第三节平衡转化率第五章气固催化反应器第一节固定床反应器设计基础第二节绝热固定床反应器第三节换热固定床反应器第四节流化床反应器第五节移动床反应器第六章反应器的稳定性第一节全混流反应器的热稳定性第二节颗粒催化剂的稳定性第三节固定床催化反应器的稳定性第七章其他反应过程第一节聚合反应过程第二节生物反应过程第三节气液固三相催化反应器三、关于大纲的说明与考核实施要求附录：题型举例一、课程性质与设置目的（一）课程的性质。
本课程是化工类专业的一门专业主干课、核心课程。
其主要内容包括化学反应动力学、反应器内流体流动与混合、非均相反应与传递、非等温反应器设计、气固催化反应器、反应器的稳定性等等，涉及了物理化学、化工热力学、化工传递过程、优化与控制等，知识领域广泛、内容新颖，对于培养学生的反应工程基础、强化工程分析能力具有十分重要的作用。
（二）课程的设置目的。
通过该课程的学习，学生能够掌握化学反应工程的基本概念、基本理论和工程分析方法，培养其分析和解决实际工程问题的能力，为学生今后开发反应过程与反应器打下扎实的理论基础。
（三）课程考核重点与每章提要。
第一章至第三章是考核重点章，第五章是考核次重点章，第四章、第六章、第七章是考核一般章。
第一章是讨论化学反应动力学，主要研究化学反应进行的机理和速率。
1. (CH 3CO)2 (A) + H 2O(B)2CH 3COOH(C)乙酸酐发生水解，反应温度25℃，k=0.1556 min -1，采用三个等体积的串联全混流釜进行反应，每个釜体积为1800 cm 3，求使乙酸酐的总转化率为60%时，进料速度0v 。
解：初始浓度为0A C ，离开第一釜为1A C ，依次为2A C 、3A C 。
∵1101)(A A A r C C --=τ 11)(A A kC r =- ∴11101110111111τττk x k C C kC C C A A A A A A +-=⇒+=⇒-=对第二釜21211τk C C A A += 对于等体积釜串联τττ==21 22202)1(11)1(1ττk x k C C A A A +-=⇒+=同理 33)1(11τk x A +-= ∴τ=2.3（min ）min)/(6.7823.2180030cm V v ===τ2.反应A → B 为n 级不可逆反应。
已知在300K 时要使A 的转化率达到20%需12.6分钟，而在340K 时达到同样的转化率仅需3.20分钟，求该反应的活化能E 。
解： n A A A kC dt dC r =-=- ⎰⎰=-A A C C t n A A t dt C dC 00 即kt C C n n A n A =⎥⎦⎤⎢⎣⎡----1011111 达20%时，08.0A A C C =t M t C n k n n A 11)125.1()1(111⨯=⨯--=-- 式中M 为常数∴6.121300⨯=M k2.31340⨯=M k )34013001(314.86.12/2.3/ln ln 300340-==E M M k k E=29.06（kJ/mol ）3. 用两串联全混流反应器进行一个二级不可逆等温反应，已知在操作温度下,10,30.2),(92.03030113h m v m kmol C h kmol m k A ===--要求出口x A=0.9，计算该操作最优容积比)(21V V 和总容积V 。
淮海工学院化学反应工程复习参考1 绪论1．化学反应工程研究的内容P12 通常所说的三传一反指什么P13 什么是转化率关键组分的转化率与100％的关系P34 单程转化率与全程转化率的大小关系P45 收率与转化率是针对什么物质而言的,数值能否大于100％P56 收率与转化率,选择性的关系P52 反应动力学基础1．反应速率定义P152 流动系统的反应速率三种表示形式及换算方法P163 基元反应速率方程的写法与级数的分析, 基元反应与非基元反应的关系P17-184温度对三种反应速率的影响,对反应速率常数的影响,不可逆.可逆吸热与放热反应P235 复合反应的类型P26-296 δA的计算方法P317 多相催化反应的步骤P368 物理吸附与化学吸附及理想吸附的特点分析P373 釜式反应器1．等温间歇釜式反应器的计算有单一反应,平行反应及连串反应最大收率的计算P57-652 空时,空速与生产能力的关系P66-673 连续釜式反应器体积的计算P67-684 什么是正常动力学与反常动力学,连续釜式反应器串并联特点P695 釜式反应器的总收率与总选择性的变化特点P75-766 平行反应分析P767 连串反应分析P79-80 4 管式反应器1．理想反应器模型的特点,与实际反应器对应的是什么反应器P982 等温管式反应器的计算P1003 管式与釜式反应器反应体积比较结果P107-1095 停留时间分布与反应器的流动模型1．停留时间的年龄分布与寿命分布定义P1282 停留时间分布的定量描述E(t)与F(t)的定义P128-1293 停留时间分布的实验测定有几种方法及分别测定什么P130-1324 停留时间统计值有两个参数分别表示什么P1345 理想反应器停留时间分布的计算F(θ) E(θ)的计算6 多相系统中的化学反应与传递现象1．颗粒的三个密度大小比较P1592 气固催化反应过程进行的步骤P1603 外扩散对催化反应的影响分析单一反应,复合反应分析P165-1664 孔扩散的三种方式P1675 内扩散有效因子Φ的分析P1706 内外扩散有效因子分析P1767 内扩散对复合反应选择性的影响分析P1778 消除内外扩散影响的方法P178-1797 多相催化反应器的设计与分析1．固定床内空隙率大小分析P1862 多段固定床绝热反应器的类型P1943 流化床反应器中压降与流速的变化关系P211 8 多相反应器1．气液反应机理P2222 η值大小分析P224-2253 气液固反应器机理P2324 滴流床反应器的四个区域P2339 生化反应工程基础1．酶的组成与类型P2442 生化反应过程的特点P2453 酶催化反应特点P2464 酶催化反应的四种抑制机理P248-2505 影响酶催化反应速率的因素p2516 酶与细胞固定化技术P257-2587 影响固定化酶催化反应动力学的因素p258１一、单项选择题1．下列反应器可视为活塞流的反应器是（）反应器A：管式B：釜式C：塔式2．对于基元反应2A+B→2C，则反应速率方程为（）反应器A：r=kc A2C B B：r A=kC A C B C：r A=Kc A C B2D: r A=kC A C B C c3．在全混流反应器中，反应器的有效容积V R与进料流体的流速Q0之比为（）A：空时τB：反应时间t C：停留时间t D：平均停留时间t4．化学反应速率式为-r A=K C CαA C Bβ,如果用浓度表示的速率常数为K C,用压力表示的速率常数为K P,则K C=（）K P A：(RT)-(α+β)B：(RT)(α+β) C：(RT)(α-β)5．对于基元反应：2A+B→2P的反应，对A的反应总级数为（）级A：1 B：3 C：2 D：06．在平行反应中，A→P,2A→Q,r P=k1C A,r Q=k2C A2,P为目的产物，k1,k2为常数，浓度对瞬时选择性S的影响是（）7.完成同样的任务所需反应器体积在（）时，平推流反应器与全混釜一样A：反应级数大于零B：零级反应C、反应级数小于零8．阶跃示踪法测定停留时间分布对应的曲线为（）A：E（t）曲线 B：F（t）曲线 C：I（t）曲线 D：y（t）曲线9．对正常动力学，完成同样的任务，所需反应器体积最小的操作是（）A：单釜 B：二釜串联 C：三釜串联 D：四釜串联O,已知k=0.01L/s.mol，则反应级数为（）10．反应NaOH+HCl→NaCl+H2A：1 B：2 C：3 D：011．对于基元反应A+B→2C，则反应速率方程为（）反应器A：r=kc A2C B B：r A=kC A C B C：r A=Kc A C B2D: r A=kC A C B C c12．在连续操作的全混流反应器中，反应物的平均停留时间为（）A：大于空时τB：小于空时τC：等于空时τ13.完成同样的任务所需反应器体积在（）时，平推流反应器与全混釜一样A：反应级数大于零B：零级反应C、反应级数小于零14. 对正常动力学，瞬时选择性S随转化率增大而降低的情况下，反应器内的目的产物最终收率最大的操作是（）A：间歇釜反应器 B：连续单釜 C：二釜串联＝（）15．气相反应2A+B→3P+S,进料时为惰性气体，A与B的摩尔比为2：1进料，则膨胀因子δAA：-1 B：-0.5 C：0.5 D:116.反应产物的质量收率，其最大值为（）A：100％ B：大于100％ C：小于100％１17.催化剂颗粒上的反应速率大小与三个有效因子有关，分别是外扩散ηx 、内扩散η、内外扩散总有效因子η,忽略内扩散影响时，它们之间的关系是( )A：ηX >η B:ηX=η C:ηX=ηD:η=η18. 对于（）的反应器，在恒容反应过程的平均停留时间、反应时间、空时是一致的。
《化学反应工程》课程综合复习资料一、填空题：1.在一个完整的气—固相催化反应的七大步骤中，属于本征动力学范畴的三步为、和。
2.多级混合模型的唯一模型参数为，轴向扩散模型的唯一模型参数为。
3.对于单一反应，在相同的处理量和最终转化率条件下，选择反应器时主要考虑；而对于复合反应，选择反应器时主要考虑的则是。
4.工业催化剂性能优劣的三种最主要的性质是、和。
5.在均相反应动力学中，利用实验数据求取化学反应速率方程式的两种最主要的方法为和。
6.反应级数（可能/不可能）是0，基元反应的分子数（可能/不可能）是0。
7.完全混合反应器（全混流反应器）内物料的温度和浓度，并且（大于/小于/等于）反应器出口物料的温度和浓度。
8.对于一个在全混流反应器里进行的放热反应，一般可以出现三个定常态操作点M1、M2、M3，如下图所示，其中M1和M3这两点我们称之为的定常态操作点，M2则称为的定常态操作点。
实际操作时，我们一般选择M1、M2、M3中哪一个操作点？X AT9.测定非理想流动的停留时间分布函数时，两种最常见的示踪物输入方法为和阶跃示踪。
二、选择题：1.对于瞬时收率和总收率，下列正确的说法有（多项选择）。
A. 对于平推流反应器，反应的瞬时收率与总收率相等；B. 对于全混流反应器，反应的瞬时收率与总收率相等；C. 对于平推流反应器，反应的瞬时收率与总收率之间是积分关系；D. 对于全混流反应器，反应的瞬时收率与总收率之间是积分关系。
2.某反应速率常数的单位为m3/(mol.hr)，该反应为级反应。
A. 零级；B. 一级；C. 二级；D. 不能确定。
3. 对于平行反应SA RA 222111n ,E ,k nE ,k −−−→−−−−→−，，活化能E 1 > E 2，反应级数n 1 < n 2，如果目的产物是R 的话，我们应该在 条件下操作。
A. 高温、反应物A 高浓度；B. 高温、反应物A 低浓度；C. 低温、反应物A 高浓度；D. 低温、反应物A 低浓度。
1、简述等温恒容平推流反应器空时、反应时间、停留时间三者关系？答：空时是反应器的有效容积与进料流体的容积流速之比。
反应时间是反应物料进入反应器后从实际发生反应的时刻起到反应达某一程度所需的反应时间。
停留时间是指反应物进入反应器的时刻算起到离开反应器内共停留了多少时间。
由于平推流反应器内物料不发生返混，具有相同的停留时间且等于反应时间，恒容时的空时等于体积流速只比，所以三者相等。
2、简述非理想流动向扩散模型的特点答：①在管内径向截面上流体具有均一的流速。
②在流动方向上流体存在扩散过程，该过程类似于分子扩散，符合Fick定律。
③轴向混合系数在管内为定值。
④径向不存在扩散。
⑤管内不存在死区或短路流3、简述阶跃示踪法测停留时间分布的实验方法及其对应曲线？答：阶跃示踪发是对于定是常态的连续流动系统，在某瞬间t=0将流入系统的流体切换为含有示踪剂A且浓度为C A0的流体，同时保持系统内流动模式不变，并在切换的同时，在出口处测出出口流体中示踪剂A的浓度随时间的变化。
对应的曲线为F（t），F(t)=C t /C 0。
4、简述脉冲示踪法测停留时间分布的实验方法及其对应曲线？答：脉冲示踪法是对于常态的连续流动系统，在某瞬间t=0将流入体系的流体切换为含有示踪剂A且浓度为C A0的流体，同时保持体系内流动模式不变，并在切换的同时，在出口处测出出口流体中示踪剂A的浓度随时间的变化。
对应的曲线为F(t)，F（t）= C A /C A05、气-固相催化反应的动力学步骤？答：①反应物从气流主题向催化剂的外表面和内孔扩散。
②反应物在催化剂表面上吸附。
③吸附的反应物转化成反应的生成物。
④反应生成物从催化剂表面上脱附下来。
⑤脱附下来的生成物向催化剂外表面、气流主体中扩散。
6、简述双膜理论答：该模型设想在气-液两相流的相界面处存在着呈滞留状态的气膜和液膜，而把气液两相阻力集中在这两个流体膜内，而假定气相主体和液相主题内组成均一，不存在传质阻力。
