1化学反应工程绪论
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第一章绪论习题1.1 解题思路:(1)可直接由式(1.7)求得其反应的选择性(2)设进入反应器的原料量为100 ,并利用进入原料气比例,求出反应器的进料组成(甲醇、空气、水),如下表:组分摩尔分率摩尔数根据式(1.3)和式(1.5)可得反应器出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数、和。
并根据反应的化学计量式求出水、氧及氮的摩尔数,即可计算出反应器出口气体的组成。
习题答案:(1) 反应选择性(2) 反应器出口气体组成:第二章反应动力学基础习题2.1 解题思路:利用反应时间与组分的浓度变化数据,先作出的关系曲线,用镜面法求得反应时间下的切线,即为水解速率,切线的斜率α。
再由求得水解速率。
习题答案:水解速率习题2.3 解题思路利用式(2.10)及式(2.27)可求得问题的解。
注意题中所给比表面的单位应换算成。
利用下列各式即可求得反应速率常数值。
习题答案:(1)反应体积为基准(2)反应相界面积为基准(3)分压表示物系组成(4)摩尔浓度表示物系组成习题2.9 解题思路:是个平行反应,反应物A的消耗速率为两反应速率之和,即利用式(2.6)积分就可求出反应时间。
习题答案:反应时间习题2.11 解题思路:(1)恒容过程,将反应式简化为:用下式描述其反应速率方程:设为理想气体,首先求出反应物A的初始浓度,然后再计算反应物A的消耗速率亚硝酸乙酯的分解速率即是反应物A的消耗速率,利用化学计量式即可求得乙醇的生成速率。
(2)恒压过程,由于反应前后摩尔数有变化,是个变容过程,由式(2.49)可求得总摩尔数的变化。
这里反应物是纯A,故有:由式(2.52)可求得反应物A的瞬时浓度,进一步可求得反应物的消耗速率由化学计量关系求出乙醇的生成速率。
习题答案:(1)亚硝酸乙酯的分解速率乙醇的生成速率(2)乙醇的生成速率第三章釜式反应器习题3.1 解题思路:(1)首先要确定1级反应的速率方程式,然后利用式(3.8)即可求得反应时间。
(2)理解间歇反应器的反应时间取决于反应状态,即反应物初始浓度、反应温度和转化率,与反应器的体积大小无关习题答案:(1)反应时间t=169.6min.(2)因间歇反应器的反应时间与反应器的体积无关,故反应时间仍为169.6min.习题3.5 解题思路:(1)因为B过量,与速率常数k 合并成,故速率式变为对于恒容过程,反应物A和产物C的速率式可用式(2.6)的形式表示。
第一章 绪论 1、化学反应工程是化学工程学科的一个分支,通常简称为反应工程。
其内容可概括为两个方面,即反应动力学和反应器设计与分析。
2、传递现象包括动量、热量和质量传递,再加上化学反应,这就是通常所说的三传一反。
3、反应组分的反应量与其化学计量系数之比的值为定值,ξ叫做反应进度且恒为正值。
、本书规定反应物的化学计量系数一律取负值,而反应产物则取正值。
8、工业反应器有三种操作方式: ① 间歇操作;② 连续操作;③ 半间歇(或半连续)操作 9、反应器设计的基本内容一般包括:1)选择合适的反应型式 ;2)确定最佳操作条件 ;3)根据操作负荷和规定的转化程度,确定反应器的体积和尺寸 。
10.反应器按结构原理的特点可分的类型: 管式,釜式 ,塔式,固定床,流化床,移动床,滴流床反应器。
第二章 3、温度对反应速率的影响 如果反应速率方程可以表示为:r=f1 (T)f2(c ),f1(T)是温度的影响。
当温度一定时,其值一定。
通常用阿累尼乌斯方程(Arrhenius ‘ law )表示反应速度常数与温度的关系, 即, 为指前因子,其因次与k 相同;E 为反应的活化能;R 为气体常数。
两边取对数,则有 : lnk=lnA0-E/RT ,lnk 对 1/T 作图,可得-直线,直线的斜率=-E/RT 。
注意:不是在所有的温度范围内上面均为直线关系,不能外推。
其原因包括:(1)速率方程不合适; (2)反应过程中反应机理发生变化;(3)传质的影响;(4)指前因子A0与温度有关。
速率极大点处有: 对应于极大点的温度叫做最佳温度Top 。
速率为零点处有: rA=0 6、多相催化与吸附 1)、催化剂的用途:①加快反应速度②定向作用(提高选择性)-化学吸附作用结果 2)、催化剂的组成:主催化剂-金属或金属氧化物,用于提供反应所需的活性中心。
助催化剂-提高活性,选择性和稳定性。
助催化剂可以是 ①结构性的;② 调变性的。
载体-用于 ① 增大接触表面积;②改善物理性能。
知识点1.绪论一、主要讲解内容介绍化学反应工程相关的基本知识,包括化学反应工程的定义、化学反应工程学科的发展、化学反应工程的任务、化学反应工程和其他学科的关系。
二、学习要求本章要求学生能够掌握化学反应工程的定义,明确化学反应工程的任务。
三、视频(已录制完成)四、讲义1.1化学反应工程的定义在工业规模上开发和应用化学反应的工程活动。
1.2化学反应工程学科的发展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。
1.3 化学反应工程的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。
其主要任务包括:分析化学反应的特点、确定合适的反应条件;选择合适的反应器并对其进行最优化设计;对反应器进行最优操作和控制。
1.4 化学反应工程和其他学科的关系a. 数学,微积分、方程的解析求解和数值求解、极值问题等,均是化学反应工程问题求解的基础。
b. 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。
c. 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。
为化学反应工程提供反应热、反应平衡常数等基础数据。
d. 催化作用e. 传递工程和流体力学:装置中有动量、热量、质量传递(三传),当规模放大时,出现放大效应。
“三传一反”是三传和反应动力学。
五、小结本章介绍了化学反应工程的定义、学科的发展、任务极其与数学、化工热力学、催化作用及传递工程等学科之间的密切关系。