第二章习题
1. 动力学方程的实验测定时，有采用循环反应器的，为什么?
答：循环反应器行为与全混流反应器相同，可以得到反应速率的点数据，而且反应器进出口浓度差比较大，对分析精度要求不很高。
2. 为什么可逆吸热反应宜选平推流反应器且在高温下操作，而可逆放热反应却不是?根据可逆放热反应的特点，试问选用何种类型反应器适宜?为什么?
答：可逆吸热反应的反应速率与化学平衡都随温度的升高而升高，高温下操作对二者都有利。可逆放热反应的化学平衡随温度的升高向反应物方向移动，对达到高转化率不利。对此类反应，可选用多段绝热反应器或换热条件较好的管式反应器。
3. 一级反应A→P，在一体积为VP的平推流反应器中进行，已知进料温度为150℃，活化能为84kJ·mol-1，如改用全混流反应器，其所需体积设为Vm，则Vm/Vp应有何关系?当转化率为0.6时，如果使Vm=Vp，反应温度应如何变化?如反应级数分别为n=2，1/2，−1时，全混流反应器的体积将怎
1 样改变？
解：
)1ln()1()exp()1ln()1()1(CSTR)1ln(11d1)(dPFR)exp()(AAApmAAApmA0AAA0mAA00AAA00AAA0PA0AAAAxxxRTERTExxkkxVVxkcxFVxkcxxkcrxFVcRTEkkcrxx
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2 K07.43215.42302064.015.423876.234929.015.423876.23exp6109.0637.115.42315.423314.884000exp1)6.01ln(6.016.0exp10.6 and 1 IFmmmmmmmmmPmPAPmTTTTTTTTTTTTTRExVVm
1 第三章 理想均相反应器设计
本章核心内容：从间歇釜反应器、稳态全混流反应器和平推流管式反应器这三种理想反应器的结构和流动特性出发，给出了它们数学模型的建立方法、不同反应过程中的反应体积设计公式和热量计算式以及具体的应用实例。对这三种理想反应器性能进行了比较，特别是对稳态全混流反应器和平推流管式反应器及其组合内容进行了详细叙述。针对不同反应过程讲述了优化设计方法。
化学反应工程学的主要目的是设计不同型式和大小的反应器，实现最佳的操作与控制，取得最佳的经济效益。在用数学模型法来设计放大反应器的过程中，首先要了解进行化学反应的动力学特征、反应物的性质、产物的性质与分布，才能进行反应器的选型、操作方式的选择，进而进行反应器设计和计算。由于生产中的化学反应器都很大，都或大或小存在着温度的差异和浓度的差异，都存在着动力消耗和反应器的各种结构的差异，对于实际生产中的化学反应过程一般很难做到反应物的温度、压力和流速完全均一，即非理想化。这些差异给实际反应器的设计和放大带来了很大的困难。实际反应过程的理想化是研究生产实践中千变万化的各种反应器的基础和前提，也是均相反应过程接近实际的反应器模型。间歇釜式反应器（BSTR）、稳态全混流反应器(CSTR)和活塞流（平推流）管式反应器(PFR)，这三种理想反应器的设计原理具有普遍意义和广泛的应用性。
3-1 间歇釜式反应器
3-2间歇釜示意图
图3-1间歇釜式反应器
如图3-1所示， 间歇釜式反应器简称间歇釜，它的最大特点是分批装料和卸料。因此，其操作条件较为灵活，可适用于不同品种和不同规格的液态产品生产，尤其适合于多品种而小批量的化学品生产，它在医药、助剂、添加剂、涂料、应用化学品等精细化工生产部门中经常得到应用，很少用于气相过程。
间歇釜的结构主要有釜体、搅拌装置、加热和冷却装置、进出料口和管件、温度和压力测量装置以及视孔、排污口和液位计等。釜体上部釜盖用法兰与釜体连接，釜体上一般不开孔，都在釜盖上开孔用以安装管阀件，釜体上有四个吊耳用于固定反应釜，釜体外部是换热夹套。釜的材质一般要防腐，常用的是碳钢制作搪瓷挂衬或不锈钢制作，后者稍贵些。釜内搅拌装置由搅拌浆、电机、变速器和连轴器组成。若换热面积只用釜外夹套够用釜内可不安装换热管，否则，就要在釜内安装内换热器。进料口常安装在靠近搅拌浆位置，而出料口安装在边壁，排污口安装在釜底最底部，其它仪表的安装在盖上任意位置。对于高压反应釜，应尽量少开孔或开小孔。间歇釜结构的选择由反应物系和反应特性甚至通过计算来定。而对 2 于反应釜体积、换热面积大小、实际转化效果和生产能力的计算则要靠间歇釜的设计模型来完成。
1.理想反应器包括___平推流反应器、__全混流反应器_ 。
2.具有良好搅拌装置的釜式反应器按_全混流__反应器处理，而管径小，管子较长和流速较大的管式反应按
_平推流 _反应器处理。
3.全混流反应器的空时τ是_反应器的有效容积____与___进料流体的容积流速 _之比。
4.全混流反应器的返混__∞__，平推流反应器的返混为_零__。
5.如果将平推流反应器出口的产物部分的返回到入口处与原始物料混合，这类反应器为_循环操作_的平推流反应器
6.对于循环操作的平推流反应器，当循环比β→0时为___平推流__反应器，而当β→∞时则相当于_全混流___反应器。
7. 对于循环操作的平推流反应器，当循环比β→0时反应器内返混为_零_，而当β→∞时则反应器内返混为_∞_。
8.对于反应级数n＜0的反应，为降低反应器容积，应选用_全混流__反应器为宜。
9.对于反应级数n＞0的反应，为降低反应器容积，应选用_平推流__反应器为宜。
10.分批式操作的完全混合反应器非生产性时间不包括下列哪一项___B____。
A. 加料时间 B. 反应时间 C. 物料冷却时间 D. 清洗釜所用时间
11.在间歇反应器中进行等温二级反应A → B，，当时，求反应至所需时间t=__D_____秒。
A. 8500 B. 8900 C. 9000 D. 9900
12.在间歇反应器中进行等温一级反应A → B，，当时，求反应至所需时间t=__B_____秒。
A. 400 B. 460 C. 500 D. 560
13.在全混流反应器中，反应器的有效容积与进料流体的容积流速之比为__A__。
A. 空时τ B. 反应时间t C. 停留时间t D. 平均停留时间
化学反应工程二_三章答案
第二章习题
动力学方程的实验测定时，有采用循环反应器的，为什么?
答：循环反应器行为与全混流反应器相同，可以得到反应速率的
点数据，而且反应器进出口浓度差比较大，对分析精度要求不很高。
为什么可逆吸热反应宜选平推流反应器且在高温下操作，而可逆
放热反应却不是?根据可逆放热反应的特点，试问选用何种类型反应
器适宜?为什么?
答：可逆吸热反应的反应速率与化学平衡都随温度的升高而升
高，高温下操作对二者都有利。可逆放热反应的化学平衡随温度的升
高向反应物方向移动，对达到高转化率不利。对此类反应，可选用多
段绝热反应器或换热条件较好的管式反应器。
一级反应A→P，在一体积为VP的平推流反应器中进行，已知进
料温度为150℃，活化能为84kJ·mol-1，如改用全混流反应器，其
所需体积设为Vm，则Vm/Vp应有何关系?当转化率为0.6时，如果使
Vm=Vp，反应温度应如何变化?如反应级数分别为n=2，1/2，−1时，
全混流反应器的体积将怎样改变？
解： )1ln()1()exp()1ln()1()1(CSTR)1ln(11d1)(dPFR)exp()(
AAApmAAApmA0AAA0mAA00AAA00AAA0PA0AAAA
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K07.43215.42302064.015.423876.234929.015.423876.23exp6109.0637.115.42315.423314.884000exp1)6.01ln(6.016.0exp10.6 and 1 IF
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