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化学反应工程原理 第二版 华东理工大学出版社

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华东理工大学化学反应工程原理习题

华东理工大学化学反应工程原理习题

x Ae k1 0.667 K 2.003 k2 1 x Ae 1 0.667
( rA ) 0.0577c A 0.0288(c A0 c A )
*例3-8（p27）《化学反应工程原理——例题与习题》
P ，已知 (H ) 130959 J / mol 。已知210oC 3-21 可逆反应 A
cB 0 / c A0 1和5时，转化率分别为0.5，0.9，0.99时所需的反
应时间，并对计算结果进行讨论。
2 rA kcAcB kcA0 (1 xA )(cB0 cA0 xA ) kcA 0 (1 xA )(
cB0 cB0 2 xA ) kcA (1 x )( x ) ( 令 ) 0 A A cA0 cA0
xA 0
当 5时txA 0.5 0.78h, txA 0.9 2.78h , txA 0.99 5.81h
当C B0 /C A0 =β 越大，达到相同转化率所需的时间越短； 当C B0 /C A0 不变时，随x A 的增大，所需t 增大，且 x A 越高，t 增加越快
In
0.65(0.7 0.35) k1 ,同理 K 求k2 0.35(0.7 0.65)
k2 E 1 1 ( ) E 65.94kJ / mol k1 R T1 T2
3-12 在间歇釜式反应器中进行液相反应 A B P ，测得二级
61.5 102 L / (mol h) , c A0 0.307 mol / L ，计算当 反应速率常数：
k 0.5 L / (mol min)
3-8 在间歇反应器中进行二级反应 A P ，反应速率为
(-rA )=0.01c 2 A mol / s
华东理工大学化学反应工程原理课件

华东理工大学化学反应工程原理课件


CSTR
单位时间转化量∝V ∝S
2015年4月29日4时6分
体积过程 面积过程
3
Chemical Reaction Engineering
对于多组分反应
aA bB pP sS
nA0 nA nB 0 nB nP nP 0 nS nS 0 a b p s
(rA ) (rB ) rP rS a b p s
2015年4月29日4时6分 7
Chemical Reaction Engineering 开发实例： 丁二烯氯化→二氯丁烯→多氯丁烯（s） 温度270℃ 气相反应 丁二烯过量 好 差，黑色粉末堵塞 原因—混合过程产生两种微团 推断：此反应极快， 预混合成为重要工程问题 C4H6：Cl2=（4~7）：1 小试 中试
2015年4月29日4时6分
12
Chemical Reaction Engineering
(rA ) E (rA ) T RT T
n (rA ) kCA
k k0 e
E RT
T→ ( rA )
dk k E dT RT T
T→k
T变化对反应速率（或速率常数）相对变化率的大小 活化能的本质—反应速率对温度变化的敏感程度
292 .9 KJ / mol
2 ℃ 9 ℃ 37 ℃ 107 ℃
14
Chemical Reaction Engineering ⑵与反应热ΔH的关系
H E E '
⑶活化能的数量级 40~200 kJ/mol
如果 E<40 kJ/mol ，或<10 kcal/mol，可能有传质影响 ED RT 扩散系数 D D0 e
2015年4月29日4时6分
化学反应工程_华东理工大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年

化学反应工程_华东理工大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年

化学反应工程_华东理工大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.对简单不可逆二级反应，根据要求的处理量、初浓度和转化率，所需的反应器体积最小。

参考答案:平推流2.工业反应过程优化的决策变量包括参考答案:操作方式_工艺条件_结构变量3.均相反应应该满足下述哪2个条件？参考答案:反应体系互溶_预混合过程很快4.对串联反应而言，存在一个最优反应温度使反应产物收率最大。

参考答案:错误5.化学反应工程的研究方法是经验放大方法参考答案:错误6.连续流动釜式反应器中物料浓度和温度处处相等，并且等于反应器进口物料的浓度和温度。

参考答案:错误7.理想间歇反应器中搅拌越激烈，混合越均匀，则反应速率越快。

参考答案:错误8.化学反应的前提是参与反应的所有物料达到分子尺度上的均匀，成为均一的气相或液相。

参考答案:错误9.产生返混的原因是参考答案:不均匀的速度分布_空间上的反向流动10.限制返混的措施包括参考答案:横向分割_纵向分割11.化学反应工程的研究对象是以化学实验室中进行的化学反应过程。

参考答案:错误12.化学反应工程优化的技术指标是参考答案:反应选择率_能耗_反应速率13.活化能E与反应的热效应相关，活化能大的反应其反应热也大。

参考答案:错误14.零级反应的重要特征是反应时间由残余浓度决定，与初始浓度关系不大。

参考答案:错误15.可逆放热反应的最优温度随转化率xA变大而增大。

参考答案:错误16.限制返混的措施是分割，主要是横向分割。

参考答案:正确17.理想管式反应器的径向具有严格均匀的速度分布，也就是在径向不存在浓度变化，所以反应速率随空间位置的变化将只限于轴向。

参考答案:正确18.对自催化反应A+P®P+S而言，必定存在最优反应时间使反应的转化率最大。

参考答案:错误19.小于1级的简单不可逆反应，反应转化率可以在有限时间里达到100%。

参考答案:正确20.空速1000（1/h)表示每小时能够处理的进口物料体积为反应器体积的1000倍。

化学反应的速率与机理

化学反应的速率与机理

化学反应的速率与机理胡红（阿坝师范高等专科学校08化教20082036）【摘要】掌握化学反应的速率和机理;学习影响反应速率的因素；学习增大化学反应速率的影响因素以及增大化学反应速率的条件。

【关键词】速率机理影响因素1.定义化学反应中化进行的快慢程度，用反应物的浓度减少量或生成物浓度的增加量来表示。

1.1化学反应速率的表达式化学反应速率的符号为vv=νB-1dcB/dt式中，vB为反应物中物质B的化学计量数（反应物用负值，生成物用正值），dcB/dt表示由化学反应随时间（t）引起物质B的浓度（cB）变化速率。

例如，某给定条件下，氮气与氢气在密闭容器中合成氨，各物质浓度的变化如下：可知：N2的dcB/dt≈-0.2 mol·dm-3/2 s，H2的dcB/dt≈-0.6 mol·dm-3/2 s，NH3的dcB/dt≈+0.4 mol·dm-3/2 s。

所以上例反应的反应速率v近似为：v=νB-1dcB/dt≈（-1）-1（-0.2 mol·dm-3/2 s）=（-3）-1（-0.6 mol·dm--3/2 s）=（+2）-1（+0.4 mol·dm-3/2 s）=0.1 mol·dm-3·s-11.2化学反应速率的测定化学反应速率，用单位时间内反应物的浓度的减少或生成物浓度的增加量来表示。

浓度单位一般用摩尔·升-1，时间单位用秒、分或小时。

化学反应并非均匀速率进行：反应速率分为平均速率（一定时间间隔里平均反应速率）和瞬时速率（给定某时刻的反应速率），可通过实验测定。

1.3化学反应速率的计算公式反应速率有平均速率和瞬时速率例如实验测得H2O2分解反应，零时间时，H2O2=0.4mol/L，经过20分钟后，CH2O2=0.2mol/L，则其平均速率（average rate）表示20min时间间隔内H2O2的分解速率。

化学反应工程第二版(郭锴)课件

化学反应工程第二版(郭锴)课件


化学反应和反应器的分类
• 化学反应和反应器的分类方法很多，常 按下列四种方法进行分类。
• 一、按反应系统涉及的相态分类，分为 • 1． 均相反应，包括气相均相反应和液相
均相反应。 • 2． 非均相反应，包括气—固相，气—液
相，气—液—固相反应等。
• 二、按操作方式分类，分为
• 1 ．间歇操作，是指一批物料投入反应器 后，经过一定时间的反应再取出的操作 方法。
绪论
• 化学反应工程学是一门研究涉及化学反 应的工程问题的学科。
• 对于已经在实验室中实现的化学反应， 如何将其在工业规模实现是化学反应工 程学的主要任务。
• 为了这一目标，化学学反应动力学，而且，着重研究传 递过程对化学反应速率的影响；研究不 同类型反应器的特点及其与化学反应结 果之间的关系。
• 2 ．连续操作，指反应物料连续地通过反 应器的操作方式。
• 3 ．半连续操作，指反应器中的物料，有 一些是分批地加入或取出，而另一些则 是连续流动通过反应器。
• 三、按反应器型式来分类，分为 • 1． 管式反应器，一般长径比大于30 • 2． 槽式反应器，一般高径比为1—3 • 3． 塔式反应器，一般高径比在3—30之
间
• 四、按传热条件分类，分为
• 1． 等温反应器，整个反应器维持恒温， 这对传热要求很高。
• 2． 绝热反应器，反应器与外界没有热量 交换，全部反应热效应使物料升温或降 温。
• 3． 非等温、非绝热反应器，与外界有热 量交换，但不等温。
化学反应工程的基本研究方法
• 化学反应工程的基本研究方法是数学模 型法。数学模型法是对复杂的难以用数 学全面描述的客观实体，人为地做某些 假定，设想出一个简化模型，并通过对 简化模型的数学求解，达到利用简单数 学方程描述复杂物理过程的目的。
化学反应工程原理(华东理工大学版)第二版第八章答案

化学反应工程原理(华东理工大学版)第二版第八章答案

化学反应工程原理(华东理工大学版)第二版第八章答案篇一：化学反应工程原理(华东理工大学版)第三章答案华东版3-1 解：cA0kt?xA1?xA?1把数据代入得cA0k?当xA=时解得t=15min所以，增加的时间为15-5=10min3-2解：?1?xA?1?nn?1?1??n?1?cA0kt （式A）把xA=和t=10min代入解得cA0k?再把t=30min代入（式A）解得xA=所以，转化率应为13-3 解：设反应动力学方程为：?则?1?xA?1?nn?1dcAn ?kcAdtn?1?1??n?1?cA0kt，且cA0=1?11??n?1?k8因此有 1?n?11??n?1?k18解得：n=2;k=/mol·min3-41）计算进料中酸、醇和水的摩尔浓度cA0、cB0、cS0（注意进料中水的浓度cS0不为0）。

2）列出当酸的转化率为xA时，各组分浓度的表示式： -11?ncA?cA0?1?xA?cB?cB0?cA0xAcR?cA0xAcS?cS0?cA0xA3)将上列各式及各组分初浓度代入反应速率式，整理得dxA2 10?6?dt4）计算转化率达35%所需的时间为t??0dxA 上述积分可查积分表用公式计算，也可用MATLAB语言的quad解算子计算，结果为 t?7153s?2h5）计算所需反应器体积。

先计算每天的反应批数，再计算每m3反应体积每天的生产量，然后再计算达到要求产量所需反应器体积。

答案为VR=3-51)设酯的平衡转化率为xAe，将平衡时各组分浓度代入化学平衡方程得：? ??化简整理上述方程并求解得xAe?%2）此题解法与3-4中的步骤2～4相同，答案为t=276min3）此时各组分的浓度为酯：/L；水： mol/L；醇、酸： mol/L；反应物系的组成为酯：%；水：%；醇、酸：%；3-6对可逆放热反应，当反应温度过低时，因反应速率过低转化率偏低，当反应温度过高时，转化率又会受化学平衡的限制。

yi

yi

笔试
高分子材料参考书：
1、高分子材料
《高分子科学教程》，韩哲文编，华东理工大学出版社
2、材料物理
《高分子科学实验》，韩哲文编，华东理工大学出版社
3、无机材料
材料物理参考书：
4、金属材料
《材料结构分析基础》，余焜主编，科学出版社
5、生物材料
《材料物理性能》，陈树川、陈凌冰编，上海交通大学出版社
6、纳米材料
笔试
无
120100管理科学与工程
专业综合。以管理科学与工程领域综合性的、热点的定性问题为主，重点考查考生在本学科领域的发展潜力。
《轻化工程专业实验(讲义)》化工专业实验教学中心编著
注：考生可在(1)、(2)和(3)中任选一部分复习。
《油气集输与矿场加工》冯叔初、郭揆常编著，中国石油大学出版社，2006年
《油气储运工程专业实验(讲义)》沈本贤、邹滢、周晓龙编著
082003油气储运工程
1.公共部分：
笔试
《化学反应工程原理》张濂、许志美、袁向前编著华东理工大学出版社2007年
085201机械工程
085206动力工程
085224安全工程
材料科学与工程学院
070305高分子化学与物理
考核内容包括六部分：
笔试
高分子材料参考书：
1、高分子材料
《高分子科学教程》，韩哲文编，华东理工大学出版社
2、材料物理
《高分子科学实验》，韩哲文编，华东理工大学出版社
3、无机材料
材料物理参考书：
4、金属材料
085221轻工技术与工程
实验操作
实验操作
参考书：《大学基础化学实验》蔡良珍，虞大红，宵繁花，苏克曼，化学工业出版社；《有机化学实验》周科衍，高占先，高等教育出版社
华理化工专业面试常见问题汇总

华理化工专业面试常见问题汇总

华理化工专业面试常见问题汇总1.关于乙醇与水的共沸点的问题：通过简单的蒸馏酒精的水溶液能否得到纯度为100%的酒精。

不能，乙醇与水形成横沸物，要用特殊精馏2.合成氨转化器的空时与停留时间大小的比较，及各自的物理意义、用途。

3.吸收塔塔高、塔径的计算。

4.精馏操作中回流比如何调整。

5.精馏塔的设计中哪一部分最为重要；塔板的设计指标是哪些。

6.乙二醇如何制备。

EG，重要的有机化工原料，主要用途是生产聚酯单体和抗冻剂，合成气直接合成法，环氧乙烷催化水合法/ 直接水合法/甲醇二聚法7.催化剂颗粒有何特点。

不参与反应，反应前后质量、性质不变；改变了反应路径，改变了达到平衡的时间但不改变反应平衡态；具有选择性；8.8.雷诺数Re 的物理意义。

惯性力与粘性力的比值9.一般工厂管道内的气体、液体流速。

气体：8-15/15-30 液体1-3m/s 10.U 型管内进入气泡，示数会如何变化。

增大11.反应釜的温度如何控制。

12.液泛如何观察。

气速增大至足以阻止液体下流，致使液体充满填料层空隙，先是塔顶部积液，产生大量气泡，继而蔓延全塔，液体被气体带出塔顶，吸收操作完全被破坏。

压降陡升13.关于恒摩尔流假设。

在没有进料或出料的填料塔段，气体或液体的摩尔流率保持不变。

主要条件：组分摩尔汽化热相近，热损失、显热差不计14.如何消除内、外扩散。

减少催化剂颗粒直径，改变催化剂内部工程结构增加气速。

15.什么叫特殊精馏，并举例。

对于难挥发体系或相对相对挥发度接近 1 的物系，为改变组分的沸点或相对挥发度在加入质量分离剂的同时也加入能量分离剂。

萃取精馏：加入的第三组分为萃取剂，改变了组分的相对挥发度但不形成横沸物，从塔底排出的精馏过程。

恒沸精馏：加入的第三组分为横沸剂，改变了组分的相对挥发度了，且与物系中的某些组分形成横沸物，从塔顶排出的精馏过程盐精馏：加入的萃取剂为盐的萃取精馏过程。

9.16.旋风分离器的原理及其与离心机的区别。

化学反应工程 绪论介绍

化学反应工程 绪论介绍

研究宏观反应过程的动力学称为宏观动力学。 本征（微观）动力学，即化学动力学，是在理想
条件下研究化学反应进行的机理和反应物系组成、 温度、压力等参数，不包括传递过程及反应器结 构等参数对反应速率的影响。 区别：在于是否考虑反应器结构和操作条件。
19
高 低 并 列 的 提 升 管 装 置
20
11
第三阶段：现代化学工业（二战前后）
在以石油和天然气为主要原料的化学工业 中，各种催化反应被广泛应用，这就要求在反应 技术和反应器设计方面作出重大努力。尤其是在 生产规模日益大型化趋势的影响下，促使化学工 程学科形成了一次理论综合：即从动量传递、热 量传递、质量传递的角度深入研究化工生产的物 理变化过程，以及从“化学反应工程”的角度来 研究化工生产的化学变化过程。从而使化学工程 学科上升为一门具有完整理论体系的全面学科。
7
绪论
一、化学反应工程的学科历史 二、化学反应工程的研究对象及内容 三、化学反应工程的研究方法 四、化学反应工程的学习目的 五、化学反应工程与其他学科的关系
8
一、化学反应工程的学科历史
第一阶段：古代的化学生产（17世纪以前） 这一时期经历了实用化学、炼丹和炼金、医
药化学和冶金化学等时期。早期化学知识来源于 人类的生产和生活实践。同时在人类对自然界万 物的本原构成的探索中，诞生了古代朴素的元素 观。古代化学具有实用和经验的特点，尚未形成 理论体系、是化学的萌芽时期；另一方面，尚未 形成有规模的化学加工实践。
学习本门课程，学生应牢固地掌握化 学反应工程中最基本的原理和计算方法， 运用科学思维方法，增强提出问题、分析 问题和解决问题的能力。课程教学将突出 阐述反应工程理论思维方法，重点讨论气 固相催化反应本征动力学、宏观动力学及 反应器中的混合及对反应的影响，并以开 发实例进行分析，培养学生应用反应工程 方法论解决实际问题的能力。
化学反应工程原理(华东理工大学版)第八章答案

化学反应工程原理(华东理工大学版)第八章答案

华东版8-1 解：553100.751410Sc D μρ--⨯===⨯⨯ 0220.0360.127/360036000.0144t v u m s d ππ===⨯⨯⨯ 3510.127110Re 4.23310P ud ρμ--⨯⨯⨯===⨯ 1/21/31/21/3Re 1.9 4.230.75 1.9 2.060.909 3.56Sh A Sc ==⨯⨯=⨯⨯= 166000pa m d -== 533.564100.1424/110g p Sh D k m s d --∙⨯⨯===⨯ 40.1 1.17100.14246000g k Da k a -===⨯⨯ 1111Daη==+ 8-2 553100.6720.558810Sc D μρ--⨯===⨯⨯ 450.5580.2410Re 1.488310P ud ρμ--⨯⨯⨯===⨯ 1/21/31/21/320.6Re 20.6 1.4880.672 2.64Sh Sc =+=+⨯⨯= 1615000pa m d -== 542.648100.528/410g p Sh D k m s d --∙⨯⨯===⨯ 50.7419.36100.52815000g k Da k a -===⨯⨯111 1Daη==+8-3解： 2.83Φ====23113110.686tanh 2.83tanh2.83 2.83η⎛⎫⎛⎫=-=-=⎪ ⎪ΦΦΦ⎝⎭⎝⎭8-4解：()2156222561.210101040020360051010pAbr Rc Deη---⨯⨯⨯Φ===⨯⨯⨯＞15说明内部阻力已经很严重8-5解：2262253101.441010p pAbr R rc Deη---⨯Φ==≤⨯解得 1.2pr mm≤8-6参见P231-2328-7解：（1）0.173Φ==== 23113110.913tanh0.173tanh0.1730.173η⎛⎫⎛⎫=-=-=⎪ ⎪ΦΦΦ⎝⎭⎝⎭（2）1.015Φ==== 23113110.937tanh 1.015tanh1.015 1.015η⎛⎫⎛⎫=-=-=⎪ ⎪ΦΦΦ⎝⎭⎝⎭依题意得120.230.9130.460.937es esc V c V⨯=⨯解得210.487V V =，所以催化剂用量为原来的0.487 （3=解得42.1310p r m -=⨯8-8解：（1）()23362500/2.410a m m -==⨯单位催化剂体积 510110.989300150020es b g b c R c k ac =-=-=⨯⨯ 所以气膜阻力没有影响（2）22652251 2.41010144420510p Ab r Rc De η--⨯⨯Φ==⨯=⨯⨯＞15 所以内扩散阻力影响严重（3）颗粒表面与气流主体的温度差为()()167.23000.2266167.2r g s b b es H k T T c c h -∆⨯-=-=⨯=℃ 颗粒内部温度差为：()max e r ese D H c T λ-∆∆=5510167.219.780.11.672-⨯⨯⨯==℃ 8-9由数据处理得下表：其表观速率为()0A AfA V c c R W -=由序号1、2可知，d p 相同，N 不同，表观速率R A 不变，表明外扩散不存在影响。

化学反应工程原理-第二版-华东理工大学出版社

化学反应工程原理-第二版-华东理工大学出版社

an n p n n A Ao Po P )()(--=-βAf Ao Pf C C C -=βAoPf C C =ϕ1 基本概念1.1 优化：在一定的范围内，选择一组优惠的决策变量，使系统对于确定的评价标准达到最佳的状态。

1.2 反应速率：反应系统中某一物质在单位时间、单位反应区内的反应量。

1.3 反应转化率：反应物中某一组分转化掉的量（摩尔）与其初始量（摩尔）的比值。

常用x 表示。

1.4选择率：对于复杂反应过程，同一反应原料可以生成几种不同的产物和无用的副产物。

此时，不同产物之间的分配比例对该反应过程的经济效益是一个非常重要的指标。

产物之间的这种分配比例可以用反应选择率 表示。

定义为已经转化掉的反应物量（摩尔）中，转化为目的产物的摩尔分率。

例：（主反应） （副反应）或又称为平均选择率。

瞬时选择率 β1.5反应收率：得到的产物的量与投入反应系统的原料的量的比值φ。

该指标综合了选择率和反应速率两个指标的特点。

可采用摩尔收率和质量收率来表示。

以摩尔收率为例： 总收率 1.6 单耗：产品的原料消耗若以每份产品所需的反应原料份数来表示，就称为原料单耗，也可以用摩尔分率或质量分率来表示。

单耗与收率互成倒数。

1.7 返混：使早先进入的存在于反应器内的物料有机会与刚进入的反应物料相混合，这种混合现象称为返混现象。

1.8排除了一切物理传递过程的影响，得到的化学反应动力学称为微观动力学或本征动力学。

在包含物理过程影响的条件下所测得的反应动力学称为宏观动力学（或称为表观反应动力学）。

1.9 基元反应和非基元反应：如果一个化学反应，反应物分子在碰撞中相互作用直接转化为生成物分子，这种化学反应称为基元反应(elementary reaction)，否则就是非基元反应。

1.10 反应机理或反应历程：复杂反应要经过若干个基元反应才能完成，这些基元反应代表了反应所经过的途径，动力学上就称为反应机理或反应历程。

1.11 反应的级数：在化学反应速率方程中，各物浓度项的指数之代数和就称为该反应的级数,用n 表示。

化学反应工程第二版

8
• 三、按反应器型式来分类，分为 • 1． 管式反应器，一般长径比大于30 • 2． 槽式反应器，一般高径比为1—3 • 3． 塔式反应器，一般高径比在3—30之
间
9
• 四、按传热条件分类，分为 • 1． 等温反应器，整个反应器维持恒温，
这对传热要求很高。 • 2． 绝热反应器，反应器与外界没有热量
kt1 1 cA cA0
c1A01xA xA
1
t1
2

kc A 0
41
建立动力学方程式的方法
• 动力学方程表现的是化学反应速率与反 应物温度、浓度之间的关系。而建立一 个动力学方程，就是要通过实验数据回 归出上述关系。
• 对于一些相对简单的动力学关系，如简 单级数反应，在等温条件下，回归可以 由简单计算手工进行。
• E：活化能，[J·mol-1]，从化学反应工程 的角度看，活化能反映了反应速率对温 度变化的敏感程度。
37
反应级数
• m，n：A，B组分的反应级数，m+n为此 反应的总级数。
• 如果反应级数与反应组份的化学计量系
数相同，即m=a并且n=b，此反应可能是
基元反应。基元反应的总级数一般为1或
2，极个别有3，没有大于3级的基元反应。
× 1 0 2 /k m o l.m -3
• 试求反应的速率方程。
48
• 解：由于题目中给的数据均是醋酸转化 率较低时的数据，可以忽略逆反应的影 响，而丁醇又大大过量，反应过程中丁 醇浓度可视为不变。所以反应速率方程 为：
rAdd ctAkB m ccA nkcA n
49
• 将实验数据分别按0、1和2级处理并得到 t-f(cA)的关系
• CH3COOH+C4H9OH=CH3COOC4H9+H2O

化学反应工程原理例题与习题-许志美-华东理工大学出版社


反应器出口
C2 H2 HCl
1
1- z
1 .1
1 .1 - z
C2 H3 Cl
0
z
∑
2 .1
2 .1 - z
按题意 : 反应器出口气体中氯乙烯含量为 0 .85 , 则
所以反应掉的量 z 为:
z 2 .1 -
z=0
.85
z = 0 .965mol
C2 H2 转化率为 xC H 22
xC H 22
=
0
率 ) , C4 H2 O3 含量为 0 .010 9 ( 体 积分 率 ) , 其余 为 空气。 求 进料 混 合气 中
C6 H6 的浓度 ( 以摩尔分率表示 ) 、C6 H6 的 转化 率、C4 H2 O3 的收率 和平 均选
择性。
解 : C6 H6 在混合气体中浓度 cA0 :
cA0
=
79×0 78
.88 ×22
.4
2
000
=
9
.98×10 - 3
( 体积分率)
第1章 绪 论
·3·
式中 0 .88———C6 H6 的密度 ;
78———C6 H6 的分子量。
C6 H6 在反应器出口气体中浓度 为 3×10 - 4 ( 体积 分率 ) , 所 以 C6 H6 转
化率 xA 可用下式求得 :
xA
=
nA0 , cP0 ———物料 A, P 的初始浓度 (mol L ) ;
cA , cP ———物料 A, P 的终点浓度 (mol L) 。
(1 - 1) (1 - 2) (1 - 3)
1 .2 例 题
例 1 - 1 技术指标的计算
工业生产以 C6 H6 在 V2 O5 作 活性 组 分 的 催 化剂 上 进 行 催 化氧 化 制

化学反应工程(第二版)

• 1． 均相反应，包括气相均相反应和液相 均相反应。
• 2． 非均相反应，包括气—固相，气—液 相，气—液—固相反应等。
整理课件
9
• 二、按操作方式分类，分为
• 1 ．间歇操作，是指一批物料投入反应器 后，经过一定时间的反应再取出的操作 方法。
• 2 ．连续操作，指反应物料连续地通过反 应器的操作方式。
整理课件
21
明确 任务
建立 计算机 解算
数学模型
数学模型
检验 计算机 实际
数学模型
应用
修改模型
数学模拟放大法示意图
整理课件
22
Lab. Experiment
Small Scale Experiment
实验
Medium Scale Experiment
Chemical Model Physical Model
2
典型的化工过程（ Typical Chemical Process ）
单元 操作
过程之 核心
单元 操作
原料
原料的
预处理
化学反应 过程
产品的分离 产品
循环物流
图1.1 典型的化工过程
Figure 1.1 Typical chemical process
整理课件
3
地位和作用？
• 化学反应工程学是一门研究涉及化学反 应的工程问题的学科，是化学工程与工
整理课件
5
• 工业反应器中对反应结果产生影响的主 要物理过程是：(1)由物料的不均匀混合 和停留时间不同引起的传质过程；(2)由 化学反应的热效应产生的传热过程；(3)
多相催化反应中在催化剂微孔内的扩散
与传热过程。这些物理过程与化学反应 过程同时发生。

化学反应工程1-2章习题答案

化学反应工程1-2章答案（华东理工大学张濂版课后习题）第一章1-1 乙苯循环量：46kg/h 补充的新鲜乙苯：100-46=54 kg/h单程转化率=（100-46）/100×100%=54%选择率=（48/105）/(54/107)×100%=90.6%单程摩尔收率=（48/105）/(100/107)×100%=48.9% 单程质量收率=48/100×100%=48% 总摩尔收率=（48/105）/(54/107)×100%=90.6% 总质量收率=48/54×100%=88.9%单耗（摩尔）=1/90.6%=1.104 单耗（质量）=1/88.9%=1.1241-2以100kg进口气体为基准，设甲醛转化量为xkg则：进口出口100kg 100kg甲醛：10kg 1.6kg丁炔二醇：0kg 7.65kg转化率=（10-1.6）/10×100%=84%选择率=（7.65/86）/((10-1.6)/30)×100%=31.76%单程质量收率=7.65/100×100%=7.65%总质量收率=7.65/(10-1.6)×100%=91.07%1-3得到的顺丁烯二酸酐：20.27×34.5%=6.99t质量收率：6.99/7.21×100%=96.9%摩尔收率：(6.99/98)/(7.21/78)×100%=72.7%第二章2-1 化学计量方程式不影响速率表达式，因此以反应物B和产物P表示的反应速率表达式为：(-r B)=k B C B2C p22-2k C=(-r A)/C A n k P=(-r A)/P A nn=0 (-r A)=k C=k P mol/m3﹒hn=1 k C =(-r A)/C A=( mol/m3﹒h)/(mol/L)=(103h)-1k P=(-r A)/P A=( mol/m3﹒h)/Mpa=mol/m3﹒h﹒Mpan=2 k C=(-r A)/C A2=( mol/m3﹒h)/ (mol/L)2=(106h﹒mol)-1k P=(-r A)/P A2=( mol/m3﹒h)/(Mpa)2= mol/m3﹒h﹒Mpa2 2-3 t1=8d=11520min T1=20℃=293Kt2=10min T2=120℃=393Kln(r2/r1)=ln(k2/k1)=E/R(1/T1-1/T2)ln(11520/10)=E/8.314(1/293-1/393)E=67751J/mol2-4 ln(r2/r1)=ln(k2/k1)=E/R(1/T1-1/T2)1）r2/r1=2 T1=473K E1=156.9kJ/molln2=156.9×103 /8.314(1/473-1/T2)T2=482.3K=209.3℃△T=9.3℃2)同1），ln2=104.6×103 /8.314(1/473-1/T2)T2=489K=216℃△T=16℃2-5 ln(r2/r1)=ln(k2/k1)=E/R(1/T1-1/T2)ln2=E1/8.314(1/300-1/310) E1=57616J/mol同理：ln2=E2/8.314(1/400-1/410) E2=94607J/mol ln2=E3/8.314(1/500-1/510) E3=144040J/molln2=E4/8.314(1/600-1/610) E4=208332J/mol。

年产10万吨的异丙醇反应器的设计毕业论文

3.1 设计依据《化工工艺设计手册》第四版化学工业出版社《化学反应工程》第二版（陈甘棠）浙江大学出版社《化学反应工程》（李绍芬）天津大学出版社《化学反应工程》第二版华东理工出版社《化工设备机械基础》第四版化工工业出版社《反应器》中石化主编3.2设计示例3.2.1水合反应器的设计设计选材考虑到使用温度、耐酸、许用压力、价格、供货情况及材料的焊接性能等，在设计中选取：壳体、列管、管板和封头材料为钼三钛超低碳不锈钢，法兰、支座、折流板为16MnR。

基本物性参数设计的主要数据参数如表3-1至表3-6所示。

28表3-1设计数据和工作参数异丙醇年产量0.5万吨水烯比13年工作时间8000h 丙烯空速表3-2 水合反应器进口物料组成表3-3 反应器物料出口组成表3-4 相对分子质量M丙烯水异丙醇异丙醚C6烯4218 60.06 102.18 84进料混合物的平均相对分子质量出口混合物的平均相对分子质量表3-5 相关物性参数名称密度ρ（kg/错误!未找到引用源。

）临界温度错误!未找到引用源。

（K）临界压力错误!未找到引用源。

(MPa) 丙烯233.9 365.57 4.665水959.8774554 647.13 22.055异丙醇653.2937024 508.3 4.762异丙醚718.2 501.15 2.832错误!未找到引用源。

烯623.920346 475.55 4.09 混合物的密度：错误!未找到引用源。

表3-6 黏度η/ 错误!未找到引用源。

错误!未找到引用丙烯水异丙醇异丙醚源。

烯5.29 19.32 17.70 22.50 27.34进口物料混合物的黏度：错误!未找到引用源。

出口物料混合物的黏度：错误!未找到引用源。

➢异丙醇的产量每年的生产时间为8000h，则异丙醇的产量为0.71875t/hr。

每年需要催化剂的量已知每升每小时催化剂产生125g的异丙醇，一年换一次催化剂，则每年需要催化剂的量为 5.75m3，催化剂的堆密度为0.85t/m3，即每年催化剂用量为4.8875t。

《化学反应工程》教学大纲

《化学反应工程》教学大纲课程编号：01100730 课程性质：必修课程名称：化学反应工程学时/ 学分：48/3英文名称：Chemical Reaction Engineering 考核方式：闭卷笔试选用教材：《化学反应工程》朱炳辰化学工业出版社《化学反应工程原理》张濂等华东理工大学出版社大纲执笔人：许志美先修课程：物理化学、化工原理、高等数学大纲审核人：适用专业：化学工程与工艺及相近专业一、教学基本目标化学反应工程是以工业规模的化学反应过程为研究对象，研究过程速率及其变化规律，宏观动力学因素对化学反应过程的影响，以实现工业反应过程开发、设计、放大和操作的优化。

学习本门课程，学生应牢固地掌握化学反应工程中最基本的原理和计算方法，运用科学思维方法，增强提出问题、分析问题和解决问题的能力。

课程教学将突出阐述反应工程理论思维方法，重点讨论影响反应结果的工程因素（如返混、混合、热稳定性和参数灵敏性等），并以开发实例进行分析，培养学生应用反应工程方法论解决实际问题的能力。

二、教学基本内容1.绪论学习了解反应工程的研究对象，研究目的和研究方法。

2.化学反应动力学掌握化学反应速率的不同表示方式及相互关系。

掌握转化率、收率与选择性的概念。

掌握反应速率的温度效应和活化能的意义，反应速率的浓度效应和级数的意义。

3理想化学反应器与典型化学反应的基本特征理解简单反应、可逆反应、平行反应和串联反应的动力学特征，掌握复杂反应系统反应组分的速率、选择性和收率的计算方法。

掌握等温间歇反应器的基本方程，及反应时间、反应器体积的计算方法。

4理想管式反应器掌握管式平推流反应器的基本方程，理解平推流反应器的停留时间、空时和空速的概念及其应用。

5.连续流动釜式反应器深入理解全混流模型的意义。

掌握定态下全混流反应器的基本方程，以及定态下串联或并联操作的全混流反应器的计算。

根据化学反应的不同类型能正确地选择反应器的组合方式、加料方式、原料浓度及操作温度。

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选择率：对于复杂反应过程，同一反应原料可以生成几种不同的产物和无用的副产 物。此时，不同产物之间的分配比例对该反应过程的经济效益是一个非常重要的指 标。产物之间的这种分配比例可以用反应选择率 应物量（摩尔）中，转化为目的产物的摩尔分率。

表示。 定义为已经转化掉的反
例： aA pP （主反应） aA sS
xA X Ao

A dxA dCA (rA ) (rA ) C Ao
C
表 3-1 理想间歇反应器中简单级数的反应结果表达式 P60 反应级数 n=0 n=1 n=2 n级 n≠1 4.4 反应速率 残余浓度式
转化率式
(rA ) k (rA ) kCA
(rA ) kCA (rA ) kCA

0
dxA C Ao (rA )
xAf

0
dxA (rA )
理想间歇反应器中的结论完全适用于理想管式反应器，结果列于表 4-1。 表 4-1 等温等容理想管式反应器中简单反应的结果 P97 反应速率式 设计式
VR x A , FA0 v0C A0 F A0 k
VR 1 1 ln FA0 kC A0 (1 x A )
1 n 1 n (C1 A C A0 ) n 1

F V Ao v0 v0
xAf
1－n n1 （ 1－xA） 1 (n 1)CA 0 kt
ห้องสมุดไป่ตู้
n
理想管式反应器基本计算公式 xAf x Af dxA dxA V FAo (vo C Ao ) ( r ) ( rA ) A 0 0
k ln
k
1 x A 1 e k 1 xA
VR xA 1 2 (1 x ) FA0 kC A A 0
k
C A0 1 1 CA C A C A0 1 C A0 k
1 MC A0 C A ln M (1 M )C A
C A0 k xA xA C A0 (1 x A ) 1 C A0 k
1 M xA 1 ln M (1 M )(1 x A )
二级
(rA ) kCACB C C A0 M B0 C A0 C A0 C B0
VR 1 1 M xA 2 ln FA0 kCA ( 1 M )(1 x A ) M 0
C A0 k
C A0 k
二级自 (rA ) kC AC P 催化反应
C (C C A ) VR 1 ln A0 T 0 FA0 kCA0CT 0 C A (CT 0 C A0 )
VR 1 [(1 x A )1n 1] n FA0 kC A0 (n 1)
CT 0 C A0 CP0 C A CP
要掌握各类反应的动力学表达式（第二章） ，转化率、选择率和收率的表达式（第一章） ，及 表达式的浓度效应（第七章）和温度效应（第九章） 。 3 基本反应器 反应器的基本类型
1. 按操作方式分类：间歇操作反应器、连续操作反应器和半间歇半连续操作反应器。 2. 按结构型式分类：釜式反应器和管式反应器。 3.1 理想间歇反应器的特征 1. 反应器内浓度处处相等——无物质传递； 2. 反应器内温度处处相等——无热量传递，即物料在反应器中达到充分混合，即在任一瞬 间，反应器中各处的组成、温度等参数相同； 3. 反应过程中物料温度、组成等参数随时间改变——反应器属非定常态操作； 4. 物料同时加入，同时停止反应——具有相同的反应时间。在化学反应进行过程中，反应 器无物料进、出。 因此，其动力学只取决于化学反应，属于微观动力学。 3.2 平推流(理想管式反应器) 又称活塞流、理想置换或理想排挤，是反应器中流体流动 状况的一种极端化的模型。平推流的特点是反应物料沿运动方向平行地向前移动， 没有轴向的扩散与混合；沿半径方向，即在垂直于流体流动方向的截面上流速是均 匀分布的。所有物料粒子在反应器中的停留时间完全相同。 3.3 全混流(连续流动釜式反应器，CSTR) 又称理想混合、完全混合，是流体在反应器内 流动的另一种极端情况。全混流的特点是物料在反应器内能达到完全混合，进入反 应器的物料可在瞬间和反应器内原有物料均匀混合；物料在反应器内任何位置的浓 度、温度都相同，而且等于出口物料的温度和浓度。 3.4 多釜串联反应器 又称为阶式 CSTR (CSTR cascade)，由 n 个 CSTR 组成。
2
kt CA0 CA CA CA0 kt
kt ln kt
kt
kt CA0 xA
kt ln 1 1 xA
xA
kt C A0
C A0 CA CA0e kt CA
C A0 C A0 kt 1 1 1 xA CA kt xA 1 C A0 kt C A C A0 C A0 1 xA 1 C A0 kt
反应级数 零级 一级 二级
残余浓度
转化率式
(rA ) k (rA ) kC A
2 (rA ) kC A
k C A0 C ACA CA0 k
k ln C A0 C A C A0 e k CA
k C A0 x A
xA
k C A0

VR V0
k A p
f (t )dt 1.0
t
F (t ) f (t )dt
0
2. 能够进行示踪物的物料衡算； 4. 不发生反应或被吸收；
C Ao dC A o kC A k C A C Ao kt t1 2 2k dt dC ln 2 0.693 1 A 一级 kC A kC A C A C Aoe kt t 1 2 dt k k x t dCA dx dx k 二级 A B k (C Ao x)(CBo x) kdt p rA 0 (C 0 dt dt dx x 1 Ao x)(CBo x) 2 k (C Ao x) kt t1 2 当 CAo CBo 时 ， dt C Ao (C Ao x) kCAo dCA kC A C B k C A C C C C Ao Bo 时， Bo 且 dt 当 Ao 则 C B 视为常数， 即转化为伪一级反应。
v
1
( p s ) ( a b) a
0
1.18 停留时间分布密度函数：以 f (t) 表示，定义为：在定常条件下的连续流动 系统中， 对于某一瞬间 t = 0 时流入反应器中的物料， 在反应器出口流体物 料中停留时间介于 t 与 t + dt 之间的物料所占的分率为 f (t)dt。 停留时间分布函数：以 F(t) 表示，定义为在定常态下的连续流动系统中， 相对于 t = 0 瞬间流入反应器内的物料， 在反应器出口物料流中停留时间 小于 t 的物料所占的分率。 1.19 示踪物的条件： 1. 不影响反应器本身的流动性质； 3. 分子扩散性低； 5. 易于分析检测。 2 2.1 2.2 基本反应 基元反应和非基元反应 简单反应
E RT
k ko e
ln k ln ko
d ln k E E 或者 dT RT RT 2
4.2
物料衡算方程式（质量守恒定律）
某组分流入量=某组分流出量+某组分反应消耗量+某组分累积量 4.3 理想间歇反应器基本计算公式
V v0tT v0 (t tc )
t C Ao
1.9
基元反应和非基元反应：如果一个化学反应，反应物分子在碰撞中相互作用直接转 化为生成物分子，这种化学反应称为基元反应(elementary reaction)，否则就是非基 元反应。
1.10 反应机理或反应历程：复杂反应要经过若干个基元反应才能完成，这些基元反应代 表了反应所经过的途径，动力学上就称为反应机理或反应历程。 1.11 反应的级数：在化学反应速率方程中，各物浓度项的指数之代数和就称为该反应的 级数,用 n 表示。 1.12 速率常数：反应速率方程式中的比例系数 k，这是一个与浓度无关的量。 1.13 活化能是一个极重要的参数，它的大小不仅是表征化学反应进行难易程度的标志， 也是反应速率对温度敏感性的一种标志。 一般来说， 对于均相反应： E 40 200 kJ / mol 1 1.14 半寿期：反应物由初始浓度 CAo 变为 C Ao 所需要的时间， t 1 2 2 1.15 反应时间与停留时间 反应时间： 从反应物料加入反应器后实际进行反应算起至反应到某一时刻所需的时间， 称为 反应时间，以符号 t 表示。 停留时间：指从反应物料进入反应器时算起至离开反应器时为止所经历的时间。
零级 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 可逆反应 平行反应（竞争反应） 串连反应 准稳态过程 自催化反应
k1
1 P
k
P A S T
3 2
1
A
k2
S
k2
2 A P, A B S, 2B T ,
A P S
A P P P
1 1.1 1.2 1.3 1.4
基本概念 优化：在一定的范围内，选择一组优惠的决策变量，使系统对于确定的评价标准达 到最佳的状态。
1 dn A 反应速率：反应系统中某一物质在单位时间、单位反应区内的反应量。 V dt n n 反应转化率：反应物中某一组分转化掉的量（摩尔）与其初始量（摩尔） x A Ao A n Ao 的比值。常用 x 表示。 ( rA )
阶式 CSTR 从单个反应器而言，遵循 CSTR 的反应动力学，从整体上看，又是符合 PFR 的动力 学特点。在环境水处理方面尤其有意义，既能承受高浓度、有毒废水的毒性冲击，又具有较 高的处理效率。 3.5 管式循环反应器
管式循环反应器的形式出除了循环流外与理想管式反应器完全相同， 循环流仅仅影响反应器 进口的物料浓度，所以循环管式反应器的计算可沿用 PFR 的计算方法。 4 基本公式 4.1 阿累尼乌斯公式： 温度对反应速率的影响可用阿累尼乌斯 （Arrhenius） 关系式表示：