第五章间歇式操作反应器

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。

理想间歇操作釜式反应器的计算王丽婷 13化工二班 1303022011间歇釜式反应器的特征特点:1、由于剧烈搅拌，反应器内物料浓度达到分子尺度上的均匀,且反应器内浓度处处相等，因而排除了物质传递对反应的影响；2、具有足够强的传热条件，温度始终相等，无需考虑器内的热量传递问题；3、物料同时加入并同时停止反应，所有物料具有相同的反应时间。

优点：操作灵活，适用于小批量、多品种、反应时间较长的产品生产,精细化工产品、制药、染料、涂料生产。

缺点：装料、卸料等辅助操作时间长，产品质量不稳定。

一、基础方程式单位时间进入反应器的物料A 的量-单位时间流出反应器的物料A 的量-单位时间内反应掉的物料A 的量=单位时间内在反应器内物料A 的积累量 )_1(0A A A X n n =RA A A V r dx n dt )(_0= 二、反应时间的计算n A0 ----在t=0时反应器中物料A 的摩尔数n A ----在 t 时反应器中物料A 的摩尔数-r A ----组分 A 在操作条件下的反应速率（消失速率）A x ----在 t 时反应器中物料A 的转化率上式是间歇反应器计算的基本方程式，表达了在一定操作条件下为达到所需求的转化率A x 所需要的反应时间t ，适用于任何间歇反应过程，均相或多相，等温或非等温的，可以直接积分求解，也可以用图解法。

如果是非等温过程，反应速度常数随温度变化，而温度又随转化率变化，则需联立解方程恒温、恒容不可逆时间歇操作釜式反应器中物料达到一定出口转化率所需时间t 取决于反应速度，与处理量无关，所以可用于直接放大。

零级反应k r A )(一级反应二级反应当动力学方程解析式相当复杂或不能做数值积分时，可用图解法。

1.好氧堆肥化的基本原理、好氧堆肥化的微生物生化过程分别是什么？如何评价堆肥的腐熟程度？（1）基本原理：好氧堆肥是利用好氧微生物代谢使生物质废物降解稳定，不再易腐发臭，成为相容于植物生长的土壤调理剂的过程。

（2）过程：潜伏阶段：部分微生物产生适应酶，其细胞物质开始增加，但微生物总数尚未增加；而另一些微生物因不适应新环境而死亡。

此阶段微生物会大量分泌水解酶，部分固体废物会被水解成可溶性物质。

升温阶段：已适应特定环境的微生物，利用物料中的易降解有机物，旺盛繁殖，在转换和利用生化能的过程中，多余的生化能以热能的形式释放，使堆置环境温度不断上升。

高温阶段：当堆层温度升高到45℃以上，嗜温性微生物受到抑制甚至死亡，嗜热性微生物逐渐替代了嗜温性微生物的活动，无聊中残留的和新形成的可溶性有机物急需分解转化，复杂的有机化合物也开始被剧烈分解。

微生物对易降解有机物的高速降解，必然使其代谢逐步受到有机物可利用性的限制，代谢和生长速率下降，因代谢而产生的热量减少。

当产生的热量低于散失的热量时，堆层温度开始下降。

降温阶段：当堆体温度下降到45℃以下时，嗜温性微生物又重新占据优势。

嗜温性微生物对剩下的较难降解的有机物做进一步分解，并逐渐形成腐殖质。

腐熟阶段：经过以上四个阶段，物料中剩下的是难降解有机物。

此阶段为嗜温性的，细菌和放线菌数目有所下降，真菌会大量繁殖，难降解有机物会被缓慢分解，腐殖质不断增多、聚合度和芳构化程度不断提高。

（3）评价方式：腐熟程度的评价指标有物理学指标、化学指标和生物学指标。

物理学指标包括表观指标和堆层温度。

化学指标包括易降解有机物和难降解有机物、有机物含量、氮试验法、碳氮比和腐殖类物质的变化。

生物指标包括植物分析法、好氧速率法、厌氧产气法和综合评定法。

2.何谓厌氧消化？简述厌氧消化的生物化学过程。

厌氧消化工艺有哪些类型？试比较它们的优缺点。

固体废物厌氧消化反应器搅拌的主要作用是什么？（1）厌氧消化是有机物在厌氧条件下通过微生物的代谢活动而被稳定，同时伴有甲烷和二氧化碳等气体产生的过程。

间歇式反应器课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解间歇式反应器的基本原理与结构，掌握其工作过程及特点；2. 掌握间歇式反应器在化工生产中的应用及其优缺点；3. 学会运用化学反应动力学的基本知识分析间歇式反应器中的反应过程。

技能目标：1. 能够运用所学知识对间歇式反应器进行设计与计算，包括反应器体积、反应时间等参数的确定；2. 能够运用图表、数据和文字等形式对间歇式反应器运行结果进行有效表达和分析；3. 能够运用批判性思维和合作学习的方法，探讨间歇式反应器在实际应用中存在的问题及改进措施。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对化学工程学科的兴趣，激发其探索未知、勇于创新的精神；2. 培养学生具备良好的团队合作意识，学会倾听、交流、分享与合作；3. 增强学生的环保意识，使其认识到化学反应器在环境保护和资源利用方面的重要性。

课程性质：本课程为化学工程学科的专业课程，旨在帮助学生掌握间歇式反应器的基本理论、设计与计算方法，培养学生解决实际工程问题的能力。

学生特点：学生为高中二年级学生，已具备一定的化学基础和实验操作技能，具有较强的求知欲和动手能力。

教学要求：结合学生特点，注重理论联系实际，采用案例教学、实验演示等多种教学方法，提高学生的实践操作能力和创新能力。

通过课程学习，使学生能够达到上述课程目标，为今后的学术研究和工程实践打下坚实基础。

二、教学内容1. 间歇式反应器原理：讲解间歇式反应器的基本概念、工作原理及分类，结合教材第二章第一节内容，重点分析不同类型的间歇式反应器特点。

2. 间歇式反应器设计与计算：根据教材第二章第二节，教授反应器体积、反应时间等参数的计算方法，并通过实例进行讲解。

- 反应器体积的计算；- 反应时间的确定；- 物料平衡与能量平衡分析。

3. 间歇式反应器在化工生产中的应用：结合教材第二章第三节，介绍间歇式反应器在实际生产中的应用案例，分析其优缺点。

4. 化学反应动力学在间歇式反应器中的应用：根据教材第二章第四节，讲解反应动力学在间歇式反应器设计中的应用，包括反应速率、反应级数等概念。