化学反应工程_第五章_连续流动釜式反应器
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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。
《化学反应工程原理》复习思考题第一章绪论1、了解化学反应工程的研究内容和研究方法。
2、几个常用指标的定义及计算:转化率、选择性、收率。
第二章化学反应动力学1、化学反应速率的工程表示,气固相催化反应及气液相非均相反应反应区的取法。
2、反应速率常数的单位及其换算。
3、复杂反应的反应速率表达式(可逆、平行、连串、自催化)。
4、气固相催化反应的步骤及基本特征。
5、物理吸附与化学吸附的特点。
6、理想吸附等温方程的导出及应用(单组分吸附、解离吸附、混合吸附)。
7、气固相催化反应动力学方程的推导步骤。
8、不同控制步骤的理想吸附模型的动力学方程的推导。
9、由已知的动力学方程推测反应机理。
第三章理想间歇反应器与典型化学反应的基本特征1、反应器设计的基本方程式。
2、理想间歇反应器的特点。
3、理想间歇反应器等温、等容一级、二级反应反应时间的计算及反应器体积的计算。
4、自催化反应的特点及最佳工艺条件的确定及最佳反应器形式的选择。
5、理想间歇反应器最优反应时间的计算.7、可逆反应的反应速率,分析其浓度效应及温度效应。
8、平行反应选择率的浓度效应及温度效应分析。
9、平行反应反应器形式和操作方式的选择。
10、串连反应反应物及产物的浓度分布,t opt C p.max的计算。
11、串连反应的温度效应及浓度效应分析。
第四章理想管式反应器1、理想管式反应器的特点。
2、理想管式反应器内进行一级、二级等容、变容反应的计算。
3、空时、空速、停留时间的概念及计算。
4、膨胀率、膨胀因子的定义,变分子数反应过程反应器的计算。
第五章理想连续流动釜式反应器1、全混流反应器的特点。
2、全混流反应器的基础方程及应用。
3、全混釜中进行零级、一级、二级等温、等容反应时的解析法计算。
4、全混釜的图解计算原理及图解示意。
5、全混流反应器中的浓度分布与返混,返混对反应的影响。
6、返混产生的原因及限制返混的措施。
7、多釜串联反应器进行一级、二级不可逆反应的解析法计算。
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。
第五章 连续流动釜式反应器1 连续流动釜式反应器的特点: 。
2 表征循环反应器特性的一个重要参数是 ,它表示循 。
3 简述返混对反应过程的影响4 作出BR 反应器、PFR 反应器及CSTR 反应器的浓度分布图5 根据PFR 反应器及CSTR 反应器的设计方程,图解比较两种反应器在反应级数n 大于0、等于0及小于0时的反应器体积V PFR 与V CSTR 的大小。
6 CSTR 中,瞬时选择率β、出口状态下的选择率f β和平均选择率β的关系是 7对于反应级数为一级和二级的简单反应,分别在CSTR 和PFR 反应器中进行反应,关键组分的转化率一样,通过作图说明在两种反应器中进行反应,反应级数对完成反应任务所需要的反应器体积的影响。
8 混合是 进入反应器物料之间的混合;返混是 进入反应器物料之间的混合。
返混是 过程的伴生结果;返混与 无关,与 有关。
9 返混的起因是:(1) ,包括:循环反应器的循环流,CSTR 中的搅拌作用;(2) ,包括:流体以层流流经管式反应器,反应器内的死区、沟流、短路。
限制返混的措施有: 。
10 一液相复合反应Q A PA k k −→−−→−21,均为基元反应。
在单一连续釜中等温反应,已知该温度下,213k k ,问当最终转化率为80%时,目的产物P 的瞬时选择性为: ,总选择性为: 。
12 反应物A 的水溶液在等温PFR 中进行两级反应,出口转化率为0.5,若反应体积增加到4倍,则出口转化率为 。
13 反应物A 的水溶液在等温CSTR 中进行两级反应,出口转化率为0.5,若反应体积增加到4倍,则出口转化率为 。
14 在PFR 中进行等温二级反应,出口转化率为0.8,若采用与PFR 体积相同的CSTR 进行该反应,进料流量Q 0保持不变,为达到相同的转化率0.8,可采用的办法是使C A0增大 倍。
15 等温下,进行一级不可逆反应,动力学式为(-γ A )=kCA ,k = 1min-1,CA0=1kmol/m3,PFR 、CSTR 的τ均为 1 min ,计算最终转化率。
化学反应工程陈甘棠答案【篇一:反应工程第五章习题答案】xt>5.1乙炔与氯化氢在hgcl2-活性炭催化剂上合成氯乙烯的反应c2h2?hcl?c2h3cl (a)(b) (c)其动力学方程式可有如下种种形式:(1) r??(papb?pc/k)/(1?kapa?kbpb?kcpc) (2)r??kakbpapb/(1?kbpb?kcpc)(1?kapa) (3)r??kapapb/(1?kapa?kbpb)(4) r??kbpapb/(1?kbpb?kcpc)2试说明各式所代表的反应机理和控制步骤。
解:(1) a???a?b???b?a??b??c??? (控制步骤) c??c??(2) a??1?a?1b??2?b?2a?1?b?2?c?2??1(控制步骤) c?1?c??1(3)a???a?b???b?a??b?c?? (控制步骤)(4) b???b?a?b??c? (控制步骤) c??c??5.2 在pd-al2o3催化剂上用乙烯合成醋酸乙烯的反应为c2h4?ch3cooh?12实验测得的初速率数据如下[功刀等,化工志,71,2007(1968).] 115℃, pacoh?200mmhg,po?92mmhg。
2pc2h4(mmhg)r0?10(mol/hr?g催化剂)570 100 195 247 315 4653.94.4 6.0 6.6 7.255.4注:1mmhg=133.322pa如反应机理设想为acoh???acoh?c2h4???c2h4?acoh?c2h4?hc2h4oac???o2?2??2o?hc2h4oac??o??c2h3oac??h2o? (控制步骤)c2h3oac??c2h3oac??h2o? ?h2o+?试写出反应速率并检验上述部分数据能与之符合否。
解:c2h4?ch3cooh?12o2?ch2cooc2h3?h2o(a)(b)(c)(e)(f) ?a?kapa?v?b?kbpb?v?c?v?f?kfpf?v ?d?ks1kakbpapb?v ?e?kep?ev?v??k2?k3par?ks2?d?c??k1pa(k2?k3pa)2r0??pa(k2?k3pa)2pc2h4(mmhg)70 100 195 247 315 465r0?10(mol/hr?g催化剂)53.94.4 6.0 6.6 7.255.41.3410?31.51 1.80 1.932.08 2.93pa作图,基本上为一直线。
化学反应工程复习总结一、知识点1.化学反应工程的研究对象与目的,研究内容。
化学反应工程的优化的技术指标。
2.化学反应动力学转化率、收率与选择性的概念。
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.理想反应器与典型反应特征理想反应器的含义。
等温间歇反应器的基本方程。
简单不可逆反应和自催化反应的特征和计算方法。
可逆反应、平行反应和串联反应的动力学特征和计算方法。
4.理想管式反应器管式平推流反应器的基本方程典型反应的计算。
停留时间、空时和空速的概念。
膨胀因子和膨胀率的概念。
5.连续流动釜式反应器全混流模型的意义。
全混流反应器的基本方程全混流反应器的计算。
循环反应器的特征与计算方法。
返混的概念、起因、返混造成的后果。
返混对各种典型反应的利弊及限制返混的措施。
6.停留时间分布与非理想流动停留时间分布的意义,停留时间分布的测定方法。
活塞流和全混流停留时间分布表达式,固相反应的计算方法。
多釜串联模型的基本思想,模型参数微观混合对反应结果的影响。
7.反应器选型与操作方式简单反应、自催化和可逆反应的浓度效应特征与优化。
平行反应、串联反应的浓度效应特征与优化。
反应器的操作方式、加料方式。
8.气固催化反应中的传递现象催化剂外部传递过程分析,极限反应速率与极限传递速率。
Da和外部效率因子的定义及相互关系。
流速对外部传递过程的影响。
催化剂内部传递过程分析,Φ和内部效率因子的定义及相互关系。
扩散对表观反应级数及表观活化能的影响。
一级反应内外效率因子的计算。
内外传递阻力的消除方法。
9.热量传递与反应器热稳定性定态、热稳定性、临界着火温度、临界熄火温度的概念。
催化剂颗粒热稳定性条件和多态特性。
全混流反应器、管式固定床反应器热稳定条件。
最大允许温差。
绝热式反应器中可逆放热反应的最优温度分布。
二、具体内容解析 一、 绪论 1.研究对象是工业反应过程或工业反应器研究目的是实现工业反应过程的优化 2. 决策变量:反应器结构、操作方式、工艺条件 3.优化指标——技术指标:反应速率、选择性、能耗 掌握转化率、收率与选择性的概念 4.工程思维方法二、化学反应动力学1. 反应类型:简单反应、自催化、可逆、平行、串联反应基本特征、分析判断2. 化学反应速率的工程表示))((反应区反应时间反应量反应速率=3. 工业反应动力学规律可表示为:)()(T f C f r T i C i ⋅=a) 浓度效应——n 工程意义是:反应速率对浓度变化的敏感程度。
实验二 连续搅拌釜式反应器液相反应的动力学参数测定一、实验目的连续流动搅拌釜式反应器与管式反应器相比较,就生产强度或溶剂效率而论,搅拌釜式反应器不如管式反应器,但搅拌釜式反应器具有其独特性能,在某些场合下,比如对于反应速度较慢的液相反应,选用连续流动的搅拌釜式反应器就更为有利,因此,在工业上,这类反应器有着特殊的效用。
对于液相反应动力学研究来说,间歇操作的搅拌釜式反应器和连续流动的管式反应器都不能直接测得反应速度,而连续操作的搅拌釜式反应器却能直接测得反应速度。
但连续流动搅拌釜式反应器的性能显著地受液体的流动特性的影响。
当连续流动搅拌釜式反应器的流动状况达到全混流时,即为理想流动反应器——全混流反应器,否则为非理想流动反应器。
在全混流反应器中,物料的组成和反应温度不随时间和空间而变化,即浓度和温度达到无梯度,流出液的组成等于釜内液的组成。
对于偏离全混流的非理想流动搅拌釜式反应器,则上述状况不复存在。
因此,用理想的连续搅拌釜式反应器(全混流反应器)可以直接测得本征的反应速度,否则,测得的为表观反应速度。
用连续流动搅拌釜式反应器进行液相反应动力学,通常有三种实验方法:连续输入法、脉冲输入法和阶跃输入法。
本实验采用连续输入的方法,在定常流动下,实验测定乙酸乙酯皂化反应的反应速度和反应常数。
同时,根据实验测得不同温度下的反应速度常数,求取乙酸乙酯皂化反应的活化能,进而建立反应速度常数与温度关系式(Arrhenius formula )的具体表达式。
通过实验练习初步掌握一种液相反应动力学的实验研究方法。
并进而加深对连续流动反应器的流动特性和模型的了解;加深对液相反应动力学和反应器原理的理解。
二、实验原理1.反应速度连续流动搅拌釜式反应器的摩尔衡算基本方程: dtdn dV r F F AvA A AO =---⎰)(0(1)对于定常流动下的全混流反应器,上式可简化为0)(=---V r F F A A AO (2) 或可表达为VF F r AAO A -=-)( (3)式中;AO F ——流入反应器的着眼反应物A 的摩尔流率, 1-⋅smol ;A F ——流出反应器的着眼反应物A 的摩尔流率, 1-⋅smol ;)(A r -——以着眼反应物A 的消耗速度来表达的反应速度,13--⋅⋅sm mol ;由全混流模型假设得知反应速度在反应器内一定为定值。
反应工程实验实验 1 连续搅拌釜式反应器液体停留时间分布及其流动模型的测定⑴ 何谓返混?答:返混是指不同的停留时间的微团之间的混合。
⑵ 返混的起因是什么?答:器内反应流体的流动状态、混合状态以及器内的传热性能等。
⑶ 限制返混的措施有那些?答:器内反应流体的流动状态和混合状态的复杂性,反应流体在反应器内浓度、温度和速度的分布造成返混。
⑷ 测定停留时间分布的方法有那些?答:脉冲法、阶跃法、周期示踪法和随机输入示踪法⑸ 本实验采用哪种方法?答:脉冲示踪法。
⑹ 何谓示踪剂?答:平推流和理想混合流。
⑺ 对于示踪剂有什么要求?答:反应器出口的反应物料的各质点具有不同的停留时间。
⑻ 本实验采用什么示踪剂?答:饱和KCL溶液。
⑼ 为什么说返混与停留时间分布不是一一对应的?答:器内物料的返混会导致各种不同的停留时间分布而有停留时间分布的反应器,器内未必一定有返混存在。
⑽ 为什么可以通过测定停留时间分布来研究返混?答:在定常态下的连续流动的系统中,相对于某瞬间的流入反应器的流体,在反应器出口流体的质点中在器内停留了⊿t的流体的质点所占的分率。
⑾ 模型参数与实验中反应釜的个数有何不同?答:多级全混流模型。
⑿ 模型参数与实验中反应釜的个数为什么不同?答:不同。
模型参数N的数值可检验理想流动反应器和度量非理想流动反应器的返混程度。
当实验测得模型参数N值与实际反应器的釜数相近时,则该反应器达到了理想的全混流模型。
若实际反应器的流动状况偏离了理想流动模型,则可用多级全混流模型来模拟其返混情况,用其模型参数N值来定量表征返混程度。
⒀ 如何保证各釜有效容积相等?答:要保持水的流量和釜内波面高度稳定。
⒁ 本次实验用什么来测电导率?如何清理?答:铂黑电极。
用丙酮清洗。
⒂ 实验过程中如何保持操作条件的恒定和测定仪器的稳定?答:每次实验前,需检查校正电导率仪指针的零点和满量程;保持电极插头洁净,用最好用丙酮擦拭干净;防止电极上气泡的形成,一旦有气泡必须及时清除(放水控干)。
《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。