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1简述等温恒容平推流反应器空时、反应时间、停留时间三者关系答：空时是反应器的有效容积与进料流体的容积流速之比;反应时间是反应物料进入反应器后从实际发生反应的时刻起到反应达某一程度所需的反应时间;停留时间是指反应物进入反应器的时刻算起到离开反应器内共停留了多少时间;由于平推流反应器内物料不发生返混,具有相同的停留时间且等于反应时间,恒容时的空时等于体积流速之比,所以三者相等;2停留时间分布密度函数Et的含义答：在定常态下的连续稳定流动系统中,相对于某瞬间t=0流入反应器内的流体,在反应器出口流体的质点中,在器内停留了t到t+dt之间的流体的质点所占的分率为Etdt②分; ⎰∞=0.1)(dttE;3.停留时间分布函数Ft的含义答：在定常态下的连续稳定流动系统中,相对于某瞬间t=0流入反应器内的流体在出口流体中停留时间小于t的物料所占的分率为Ft;⎰=tdttEtF0)()(;4.简述描述停留时间分布函数的特征值答：用两个最重要的特征值来描述——平均停留时间t和方差2tσ;1 t定义式为：⎰∞=)(dtttEt,平均停留时间t是Et曲线的分布中心,是Et曲线对于坐标原点的一次矩,又称Et的数学期望;2 2tσ是表示停留时间分布的分散程度的量,在数学上它是指对于平均停留时间的二次矩⎰∞-=222)(tdttEttσ;5.简述寻求停留时间分布的实验方法及其分类答：通过物理示踪法来测反应器物料的停留时间的分布曲线;所谓物理示踪是指采用一种易检测的无化学反应活性的物质按一定的输入方式加入稳定的流动系统,通过观测该示踪物质在系统出口的浓度随时间的变化来确定系统物料的停留时间分布;根据示踪剂输入方式的不同大致分为四种：脉冲法、阶跃法、周期示踪法和随机输入法;6.简述脉冲示踪法测停留时间分布的实验方法及其对应曲线 答：脉冲示踪法是在定常态操作的连续流动系统的入口处在t=0的瞬间输入一定量M 克的示踪剂A,并同时在出口处记录出口物料中示踪剂的浓度随时间的变化;对应的曲线为Et 曲线,0)(C C t E A =;7.简述阶跃示踪法测停留时间分布的实验方法及其对应曲线答：阶跃示踪法是对于定常态的连续流动系统,在某瞬间t=0将流入系统的流体切换为含有示踪剂A 且浓度为0A C 的流体,同时保持系统内流动模式不变,并在切换的同时,在出口处测出出口流体中示踪剂A 的浓度随时间的变化;对应的曲线为Ft,0)(A A C C t F =; 8.简述建立非理想流动的流动模型的步骤答：1通过冷态模型实验测定实验装置的停留时间分布； 2 根据所得的有关Et 或Ft 的结果通过合理的简化提出可能的流动模型,并根据停留时间分布的实验数据来确定所提出的模型中所引入的模型参数； 3 结合反应动力学数据通过模拟计算来预测反应结果； 4 通过一定规模的热模实验来验证模型的准确性;9.简述非理想流动轴向扩散模型的特点答：1在管内径向截面上流体具有均一的流速；2）在流动方向上流体存在扩散过程,该过程类似于分子扩散,符合Fick 定律； 3轴向混合系数E Z 在管内为定值；4径向不存在扩散；5管内不存在死区或短路流;10.简述非理想流动轴向扩散模型的定义答：为了模拟返混所导致流体偏离平推流效果,可借助这种返混与扩散过程的相似性,在平推流的基础上叠加上轴向返混扩散相来加以修正,并人为的假定该轴向返混过程可以用费克Fick 定律加以定量描述;所以,该模型称为“轴向分散模型”或轴向扩散模型11.简述非理想流动多级混合模型的特点答：把实际的工业反应器模拟成由n 个容积相等串联的全混流区所组成,来等效的描述返混和停留时间分布对反应过程内的影响;设反应器容积为V,物料流入速率为v 0,则0v V t =,N t t i =;12.举例说明微观流体和宏观流体的区别答；若流体是分子尺度作为独立运动单元来进行混合,这种流体称为微观流体；若流体是以若干分子所组成的流体微团作为单独的运动单元来进行微团之间的混合,且在混合时微团之间并不发生物质的交换,微团内部具有均匀的组成和相同的停留时间,这种流体称为宏观流体;如在气—液鼓泡搅拌装置中,气体以气泡方式通过装置,此时气体是宏观流体,而液体为微观流体;13可逆放热反应如何选择操作温度答：1对于放热反应,要使反应速率尽可能保持最大,必须随转化率的提高,按最优温度曲线相应降低温度； 2这是由于可逆放热反应,由于逆反应速率也随反应温度的提高而提高,净反应速率出现一极大值；3而温度的进一步提高将导致正逆反应速率相等而达到化学平衡;14、简述等温恒容平推流反应器空时、反应时间、停留时间三者关系空时是反应器的有效容积与进料流体的容积流速之比;①分反应时间是反应物料进入反应器后从实际发生反应的时刻起到反应达某一程度所需的反应时间;①分停留时间是指反应物进入反应器的时刻算起到离开反应器内共停留了多少时间;①分由于平推流反应器内物料不发生返混,具有相同的停留时间且等于反应时间,恒容时的空时等于体积流速之比,所以三者相等;②分15、简述阶跃示踪法测停留时间分布的实验方法及其对应曲线阶跃示踪法是对于定常态的连续流动系统,①分在某瞬间t=0将流入系统的流体切换为含有示踪剂A 且浓度为0A C 的流体,①分同时保持系统内流动模式不变,并在切换的同时,在出口处测出出口流体中示踪剂A 的浓度随时间的变化;①分对应的曲线为Ft,0)(A AC C t F ;②分 16、简述均相反应及其动力学的研究内容答：参与反应的各物质均处于同一个相内进行的化学反应称为均相反应;均相反应动力学是研究各种因素如温度、催化剂、反应物组成和压力等对反应速率、反应产物分布的影响,并确定表达这些影响因素与反应速率之间定量关系的速率方程;17、对于可逆放热反应如何选择操作温度答：1对于放热反应,要使反应速率尽可能保持最大,必须随转化率的提高,按最优温度曲线相应降低温度； 2这是由于可逆放热反应,由于逆反应速率也随反应温度的提高而提高,净反应速率出现一极大值；3而温度的进一步提高将导致正逆反应速率相等而达到化学平衡;18、简述气-液反应的宏观过程：Ag + bBl → 产物l1反应物气相组分从气相主体传递到气液相界面,在界面上假定达到气液相平衡； 2反应物气相组分A 从气液相界面扩散入液相,并在液相内反应； 3液相内的反应产物向浓度下降方向扩散,气相产物则向界面扩散； 4气相产物向气相主体扩散;19、简述固定床反应器的优缺点1催化剂在床层内不易磨损； 2床层内流体的流动接近于平推流,与返混式反应器相比,用较少的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力； 3固定床中的传热较差； 4催化剂的更换必须停产进行;20、对于反应A ,21A R C k r =,其活化能为1E ；A S C k r 2=,其活化能为2E ,当1E ＞2E 时如何选择操作温度可以提高产物的收率答：对于平行反应A RT E E A RT E RTE S R R C e k k C e k e k r r S 12212010/20/10---===,所以,当1E ＞2E 时应尽可能提高反应温度,方可提高R 的选择性,提高R 的收率21、简述气固流化床反应器气泡两相模型的特点1以U 0的气速进入床层的气体中,一部分在乳相中以起始流动速度U mf 通过,而其余部分以U 0-U mf 则全部以气泡的形式通过； 2床层从流化前的高度L mf 增高到流化时的高度L f ,完全是由于气泡的体积所造成； 3气泡相为向上的平推流,大小均一； 4反应完全在乳相中进行； 5气泡与乳相间的交换量Q 为穿流量q 与扩散量之和;22、简述双膜理论该模型设想在气-液两相流的相界面处存在着呈滞流状态的气膜和液膜,而把气液两相阻力集中在这两个流体膜内,而假定气相主体和液相主体内组成均一,不存在传质阻力;组分是通过在气膜和液膜内的稳定的分子扩散过程来进行传质的,通过气膜传递到相界面的溶质组分瞬间的溶于液体且达到平衡;因此,把复杂的相间传质过程模拟成串联的稳定的双膜分子扩散过程的叠加,相间传质总阻力等于传质阻力的加和;23、简述理想反应器的种类通常所指的理想反应器有两类：理想混合完全混合反应器和平推流活塞流或挤出流反应器;所谓完全混合流反应器是指器内的反应流体瞬间达到完全混合,器内物料与反应器出口物料具有相同的温度和浓度;所谓平推流反应器是指器内反应物料以相同的流速和一致的方向进行移动,不存在不同停留时间的物料的混合,所有的物料在器内具有相同的停留时间;。
反应工程作业第一次1、试分别对零级、一级、二级等温不可逆反应计算，转化率达到99.9%所需时间与转化率达到50%所需时间的比。
解：对于零级反应，AA dc r k dt=-= 积分得到：0A A kt c c =- 转化率为：00A AA A c c x c -=所以 00A A A A kt c c x c =-= 0A A x c t k=根据公式可以得到时间之比即为转化率之比，99.95099.9%1.99850%t t == 对于一级反应，同理可以得到1ln 1A kt x ⎛⎫= ⎪-⎝⎭11ln 1A t k x ⎛⎫=⎪-⎝⎭时间之比为99.9501ln 10.9999.9661ln 10.5t t ⎛⎫ ⎪-⎝⎭==⎛⎫ ⎪-⎝⎭对于二级反应， 011A A A x kt c x ⎛⎫=⎪-⎝⎭011A A A x t kc x ⎛⎫=⎪-⎝⎭时间之比为99.9500.9990.599910.99910.5t t ⎛⎫⎛⎫== ⎪ ⎪--⎝⎭⎝⎭2、对某均相反应，在初始浓度相同的情况下，为达到相同的转化率，在100℃下需10min ，在120℃需2min ，试求活化能。
解：因初始浓度相同，为达到相同的转化率，有()kt c =常数，不同的温度由于反应速率常数k 不同，所以时间也不同 根据Arrhenius 公式E RT k Ae -=37337339339320.210E ER R k e k ---===，其中R 为气体常数，为()8.314J mol K 计算得到98.07E KJ mol =3、以乙酸（A ）和正丁醇（B ）为原料在间歇反应器中生产乙酸丁酯，操作温度为100℃，每批进料1kmol 的A 和 4.96kmol 的B ，已知反应速率()()231.045A A Vr c kmol m h =，试求乙酸转化率A x 分别为0.5、0.9、0.99所需的反应时间。
化学反应工程复习总结work Information Technology Company.2020YEAR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。
b) 温度效应——E 工程意义是：反应速率对温度变化的敏感程度。
已知两个温度下的反应速率常数k ，可以按下式计算活化能E ：E ——cal/mol ，j/mol T ——KR = 1.987cal/mol.K = 8.314 j/mol.K三、PFR 与CSTR 基本方程1. 理想间歇：⎰⎰-=--==Af A Af A x x A AA c c A A R r dx c r dc v V t 00)()(00反应结果r ，工程问题2. 理想PFR ： ⎰⎰-=--==Af A Af A x x A AA c c A A R p r dx c r dc v V 00)()(00τ3. CSTR ：)()(00A AA A A A R p r x c r c c v V -=--==τ 4. 图解法四、简单反应的计算 n=1,0,2级反应特征0(1)A A A c c x =-浓度、转化率、反应时间关系式PFR →CSTR ，CSTR ←PFR基本关系式PFR （间歇）CSTR00()Af A c R Apc A V dc v r τ==--⎰0()A AR m A c c V v r τ-==-n=00A A p c x k τ=0A A p c x k τ=n=11ln1p Ak x τ=-0A Am Ac c kc τ-=xxτ/c A0 τn=2五、可逆反应A P)()(02121AA A P A A C C k C k C k C k r --=-=-))((21Ae A C C k k -+=)()(021A Ae A x x C kk -+=温度效应： 浓度效应：⇒=-0)(A r ])1(ln[102012A Aeq x x k k R E E T --=])x (x k k E E ln[R E E A A opt --=110201212PFR 积分式CSTR ：由基本方程导出六、平行反应A211211n An A n AS P P C k C k C k r r r +=+=β， k 1k 2P （主反S （副反AfAC C AAfA pf C C dC C C C AfA --=-=⎰000ββ0()AA C p Ppf A C A AdC r C dC r dC ββ==-=--⎰温度效应：温度升高有利于活化能大的反应 浓度效应：浓度升高有利于级数大的反应计算：由基本方程PFR 、CSTR 推出①反应器选型与组合优化：β~C A P β~X A 曲线——对应面积=C P /C A0②最优加料方式：p163-164 平行反应P 111m B n A p C C k r = A+BS 222m B n A s C C k r =七、串联反应A P SAACkr1)(=-PAPCkCkr21-=PSCkr2=温度效应：温度升高有利于活化能大的反应（同平行反应）浓度效应：凡是使APCC/增大的因素对串连反应选择率总是不利的。
化学反应工程作业答案3-2 在等温间歇反应器中进行皂化反应325325CH COOC H NaOH CH CHCOONa C H OH +→+ 该反应对乙酸乙酯和氢氧化钠均为一致，反应开始时乙酸乙酯和氢氧化钠的浓度均为0.02mol/L ，反应速率常数为5.6L/（min ·mol ），要求最终转化率为0.95，试求当反应器体积为31m 、32m 时，所需的反应时间是多少？ 解： A B C D +=+A AB r kC C =⋅⋅ 设A 的转化率为A x ，B 的转化率为B x000A A A A A A n n n x n n --∆== 000B B BB B B n n n x n n --∆== ∵ 00A B n n = ， A B n n ∆=∆ ， ∴ A BC C =t=0Afx AA adx C r ⎰=020Afx AA A dx C k C ⋅⎰=01(1)A Af kC x --01A k C =169.6 min t 与反应体积无关。
∴31m 、所需反应时间均为169.6min3-3 在平推流反应器中进行等温一级反应，出口转化率为0.9，现将该反应移到一个等体积的全混流反应器中进行，且操作条件不变，问出口转化率是多少？ 解：对于平推流反应器： 1ln1Af k x τ=- 0Bv v τ= 对于全混流反应器： ''1Af Afx k x τ=- 0Rv v τ=∴ 1ln1Af x -='1Af Afx x -=2.3 ∴ 'Af x =0.6973-6 已知某均相反应，反应速率2,17.4A A r kC k ml ==/（mol ﹒min ），物料密度恒定为0.75g/ml ，加料流量为7.14L/min ，0A C =7.14mol/L ，反应在等温下进行，试计算下列方案的转化率各为多少？(1) 串联两个体积0.253m 的全混流反应器。
题目：全混流连续操作反应器，反应器内温度、浓度处处均匀一致，故所有物料粒子在反应器内的停留时间相同。
正确答案：错题目：相同条件下，分别用下列反应器处理物料，比较反应器有效容积的大小。
①单段全混流反应器（V R1）②四个体积相同的全混流反应器串联（V R2）③两个体积相同的全混流反应器串联（V R3）④平推流反应器（V R4）则（V R4）＞（V R2）＞（V R3）＞（V R1）正确答案：错题目：设备放大，造成微元停留时间分布和返混程度改变，放大时反应结果恶化。
正确答案：对题目：生产能力是相同条件下，单位时间、单位反应器体积所能获得的（产物量），或完成相同生产任务，所需反应器的（体积）。
题目：化工生产中应用于均相反应过程的化学反应器主要有（釜式）反应器和（管式）反应器。
题目：釜式反应器的基本结构主要包括反应器（壳体）、（搅拌器）、（密封装置）和（换热装置）等。
题目：手孔或人孔的安设是为了检查（内部空间）以及安装和拆卸设备（内部构件）。
题目：釜式反应器中夹套式换热器适用于传热面积（较小），传热介质压力（较低）的情况。
题目：基元反应的级数即为化学反应式的（计量系数），对非基元反应的级数通过（实验）确定。
题目：单一反应利用（转化率）可以确定反应物转化量与产物生成量之间的关系。
题目：间歇反应，只要C ＡＯ相同，无论处理量多少，达一定（转化率）每批所需的（反应时间）相同。
题目：对同一反应在相同条件下，达到相同转化率，全混釜反应器所需有效体积（最大），平推流反应器所需有效体积（最小），多釜串联全混釜所需有效体积（介于其间）。
题目：一级不可逆反应，其反应速率方程为（－r A =kC A a ）,反应时间与转化率的关系为（kt )x 11ln(A =-）。
题目：复合反应动力学为由两个以上（化学反应计量式）或（动力学方程式）表示的化学反应过程。
题目：间歇釜式反应器有效体积不但与（反应时间）有关，还与（非生产时间）有关。
t/min 0 6 12 26 38 60p/kPa试求时间为 26min 时的反应速率。
解：以 A 和 R 分别代表丁二烯及其二聚物，则该二聚反应可写成：2A → R 反应体系中各组分的浓度关系如下：由理想气体定律得：（Ａ）p0 为 t = 0 时物系的总压，整理上式为：（Ｂ）将（B）式代入速率式中，得：）(c)理想气体：将 CA0 代入 (C) 式，为：D解析法：对p-t关系进行回归分析，得：图解法：以 p 对 t 作图，如图所示。
于t＝26 min 处作曲线的切线，切线的斜率为 dp/dt，该值等于‐ kPa/min。
将有关数据代入 (D) 式，即得到丁二烯转化量表示的反应速率值。
若以生成二聚物表示反应速率，则：1,2例等温进行醋酸(A)和丁醇(B)的酯化反应醋酸和丁醇初始浓度为和m3。
测得不同时间下醋酸转化量如下表，试求该反应的速率方程。
解：由题中数据可知醋酸转化率较低，且丁醇又大量过剩，可以忽略逆反应的影响，同时可以不考虑丁醇浓度对反应速率的影响。
所以，设正反应的速率方程为：(a)以0级、1级、2级反应对上式进行积分式得:当n = 0时， (b当n=1时， (c)当n=2时， (d)采用图解法和试差法，假设反应级数，将实验数据分别按 0 级、1 级、2 级反应动力学积分式做图，得到其 f(CA)-t 的关系曲线图，然后再根据所得的 f(CA)-t 的关系曲线图进行判断其动力学形式。
不同时间下 f (CA)–t 的变化关系零级反应和一级反应的 f (CA) – t 的关系图如对t作图得一直线，则说明假设正确，由此可知反应级数 n＝２。
但丁醇浓度是否存在影响，还需做进一步实验证明。
对 t 作图为一直线，则说明 n =2 是正确的，故该反应对醋酸为二级反应，从直线的斜率可以求得在此温度下包含丁醇浓度的 k’值。
而丁醇的反应级数 m 可以用保持醋酸浓度不变的方法求得，二者结合可以求得反应在此温度下的速率常数 k。
