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《化学反应工程》课程学习资料继续教育学院《化学反应工程》课程复习大纲一、考试要求本课程是一门专业课，要求学生在学完本课程后，能够牢固掌握本课程的基本知识，并具有应用所学知识说明和处理实际问题的能力。
据此，本课程的考试着重基本知识考查和应用能力考查两个方面，包括识记、理解、应用三个层次。
各层次含义如下：识记：指学习后应当记住的内容，包括概念、原则、方法的含义等。
这是最低层次的要求。
理解：指在识记的基础上，全面把握基本概念、基本原则、基本方法，并能表达其基本内容和基本原理，能够分析和说明相关问题的区别与联系。
这是较高层次的要求。
应用：指能够用学习过的知识分析、计算和处理涉及一两个知识点或多个知识点的会计问题，包括简单应用和综合应用。
二、考试方式闭卷笔试，时间120分钟三、考试题型●判断题：10％●选择题：15％●填空题：25%●简答题：10％●计算题：40％四、考核的内容和要求（基本要求、重点、难点）总要求：掌握反应器设计与分析的最基本原理和处理方法，了解化学反应工程的发展趋势和方向，初步具备对工业反应器进行设计与分析之能力。
第一章绪论基本要求：了解反应工程课程的性质、反应器的操作方式、反应器设计的基本方程和工业反应器的放大方法。
重点：化学反应及反应器的分类、反应器的操作方式。
一些重要的基本术语。
第二章反应动力学基础基本要求：掌握化学反应速率的不同表示方式及其相互关系；理解反应速率的浓度效应和温度效应；掌握复合反应体系中任一组分的消耗速率和生成速率的表达方法；掌握瞬时选择性的概念及其在反应器设计计算中的应用；掌握化学反应速率方程的变换与应用。
掌握定态近似及速率控制步骤的概念，学会推导多相催化反应速率方程的方法。
理解并列反应、平行反应和连串反应的动力学特征。
理解气体在固体催化剂表面上的吸附及吸附等温线，理解用实验确定反应速率方程的方法及由实验数据段动力学参数估值。
重点：化学反应速率的不同表示方式及其相互关系；复合反应体系中任一组分总的消耗速率和生成速率的表达方法；掌握瞬时选择性的概念及其在反应器设计计算中的应用；学会推导多相催化反应速率方程的方法。
化学反应⼯程（1）1、幂函数型反应动⼒学⽅程和双曲函数型反应动⼒学⽅程⼀般各适⽤什么场合？各有什么特点与区别？答：上述两类动⼒学模型都具有很强的拟合实验数据的能⼒，都既可⽤于均相反应体系，也可⽤于⾮均相反应体系。
以均匀表⾯吸附理论为基础的L -H 型反应动⼒学⽅程称为双曲函数型动⼒学⽅程；以不均匀表⾯吸附理论为基础的反应动⼒学⽅程，且只有单组分吸附态时，可形成幂函数型，称为数型反应动⼒学⽅程。
幂函数反应动⼒学⽅程形式简单，参数数⽬少，通常也能够精确地拟合实验数据，所以在⾮均相反应过程开发和⼯业反应器设计得到⼴泛应⽤。
若反应产物对反应起到抑制作⽤，反应物的浓度将出现在反应动⼒学⽅程中，即)(幂级函数s S C r R C B C A C k A r βα=- )(1双曲函数型s SC r R C k B C A C k A r *+=-βα当反应开始时，反应产物浓度为0，r A 趋于⽆穷⼤，不符合事实。
⽽⽤双曲型函数修正，既可避免上述困难。
2、⽓固催化反应⼀般要经历哪⼏个步骤？其中具有化学变化特征的是哪⼏个步骤？答：⼀般要经历以下⼏个步骤：①反应物从⽓流主体扩散到催化剂颗粒表⾯；②反应物从催化剂颗粒外表⾯向催化剂孔道内部扩散；③在催化剂内部孔道所组成的内表⾯上进⾏催化反应；④产物从外表⾯扩散到内表⾯；⑤产物从外表⾯扩散到⽓流主体。
①⑤称为外扩散过程，②④称为内扩散过程，③为本征动⼒学⽅程，其中步骤三具有化学特征变化。
3、在什么样的情况下，反应原料的预混合相当重要的？答：当反应发⽣在两种或两种以上组分之间时，这些组分必须预先混合，提供不同组分互相接触的机会，反应能进⾏。
当反应速率很快或流体黏度很⾼，达到分⼦尺度的均匀混合时间很长时，预混合将对反应结果产⽣重⼤影响。
如在⽓固催化反应中，反应物⼀经接触就开始反应，必须采⽤有效地预混合措施以保证最佳的浓度和温度分布。
在均相反应的极快反应中，如对⼀些易燃易爆的组分预混合必不可少，否则物料在流动中容易形成爆炸死⾓。
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。
第一章 绪论 1、化学反应工程是化学工程学科的一个分支，通常简称为反应工程。
其内容可概括为两个方面，即反应动力学和反应器设计与分析。
2、传递现象包括动量、热量和质量传递，再加上化学反应，这就是通常所说的三传一反。
3、反应组分的反应量与其化学计量系数之比的值为定值，ξ叫做反应进度且恒为正值。
、本书规定反应物的化学计量系数一律取负值，而反应产物则取正值。
8、工业反应器有三种操作方式： ① 间歇操作；② 连续操作；③ 半间歇(或半连续)操作 9、反应器设计的基本内容一般包括：1）选择合适的反应型式 ；2）确定最佳操作条件 ；3）根据操作负荷和规定的转化程度，确定反应器的体积和尺寸 。
10.反应器按结构原理的特点可分的类型： 管式，釜式 ，塔式，固定床，流化床，移动床，滴流床反应器。
第二章 3、温度对反应速率的影响 如果反应速率方程可以表示为：r=f1 (T)f2(c )，f1(T)是温度的影响。
当温度一定时，其值一定。
通常用阿累尼乌斯方程（Arrhenius ‘ law ）表示反应速度常数与温度的关系， 即， 为指前因子，其因次与k 相同；E 为反应的活化能；R 为气体常数。
两边取对数，则有 ： lnk=lnA0－E/RT ，lnk 对 1/T 作图，可得－直线，直线的斜率=－E/RT 。
注意：不是在所有的温度范围内上面均为直线关系，不能外推。
其原因包括：(1)速率方程不合适； (2)反应过程中反应机理发生变化；(3)传质的影响；(4)指前因子A0与温度有关。
速率极大点处有： 对应于极大点的温度叫做最佳温度Top 。
速率为零点处有: rA=0 6、多相催化与吸附 1）、催化剂的用途：①加快反应速度②定向作用(提高选择性)－化学吸附作用结果 2）、催化剂的组成：主催化剂－金属或金属氧化物，用于提供反应所需的活性中心。
助催化剂－提高活性，选择性和稳定性。
助催化剂可以是 ①结构性的；② 调变性的。
载体－用于 ① 增大接触表面积；②改善物理性能。
1 绪论1、采用化学方法加工时，都可概括为三个组成部分，即原料的预处理、进行化学反应、反应产物的分离与提纯。
2、反应工程其内容可以概括为两个方面，即反应动力学和反应器设计与分析。
3、一般来说，对于一定的反应物系(如果需要使用催化剂或溶剂，也保持一定)，化学反应速率只取决于反应物系的温度、浓度和压力。
4、均相反应分为气相均相、液相均相及固相均相三类；多相反应分为气固、气液、液液、液固、固固以及气液固等六类。
5、传递现象包括动量、热量和质量传递，再加上化学反应，这就是通常所说的三传一反。
6、本书规定反应物的化学计量系数一律取负值，而反应产物则取正值。
7、(1)转化率X=某一反应物的转化量/该反应物的起始量；有两种含义不同的转化率：一种是新鲜原料通过反应器一次所达到的转化率，叫做单程转化率；另一种是新鲜原料进入反应系统起到离开系统止所达到的转化率，叫做全程转化率；(2)收率Y R=•(关键组分的生成量/关键组分的起始量)，其中和分别为关键组分A和反应产物R的化学计量系数；改写为Y=生成反应物所消耗的关键组分量/关键组分的起始量；(3)选择性=生成目的产物所消耗的关键组分量/已转化的关键组分量；(4)三者关系Y=SX8、化学反应器按结构原理的特点可分为：管式反应器、釜式反应器、塔式反应器、固定床反应器、流化床反应器、移动床反应器、滴流床反应器。
9、工业反应器有三种操作方式：间歇操作、连续操作、半间歇(或半连续)操作。
10、[输入的动量]=[输出的动量]+[消耗的动量]+[积累的动量]。
2 反应动力学基础1、(1)以单位时间单位体积积累反应物系中某一反应组分的反应量来定义速率：A +B → R，，按反应物反应量来计算反应速率时，需加上一负号，以使反应速率恒为正值；(2)对于恒容过程，。
2、只有基元反应速率方程才可用质量作用定律写出，非基元反应可以看成是若干个基元反应的综合结果，即反应机理，因此非基元反应的速率方程不能简单地由质量作用定律写出；速率方程与由质量作用定律得到的形式相同，不能说明该反应一定是基元反应；动力学实验数据与速率方程相符合，仅是证明机理正确的必要条件，而不是充分必要条件。
实验五 连续流动搅拌釜式反应器停留时间分布的测定1实验的意义和目的在研究工业生产反应器内进行的液相反应时，不仅要了解浓度、温度等因素对反应速度的影响，还要考虑物料的流动特性和传热与传质对反应速度的影响。
由于种种原因造成的涡流、速度分布等使物料产生不同程度的返混。
返混不仅会改变反应器内的浓度分布从而影响反应率，同时还会给反应的放大、设计带来很大的困难。
反应器的返混程度是很难直接观察和度量的。
返混会产生两个孪生现象：其一是改变了反应器内的浓度分布；其二是造成物料的停留时间分布。
测定物料的停留时间分布是一种比较简单的方法。
因此，通常采用测定停留时间分布的来探求反应器的返混程度。
通过测定反应器的停留时间分布，对过程的物理实质加以概括和简化，可以概括出流动模型。
本实验的目的是：（1） 解反应器中物料返混的现象；（2） 掌握停留时间分布的实验测定方法；（3） 掌握脉冲法测定停留时间分布的数据处理的方法；（4） 排除实验障碍，正确测定实验数据。
2实验原理应用应答技术，利用脉冲加入示踪物的方法，在连续流动搅拌釜式反应器中进行停留时间分布测定。
在系统达到稳定后，瞬间将示踪物注入搅拌釜中，然后分析出口流体中示踪物的浓度变化，并且通过出口流量V 和浓度C p ，示踪物的加入量M 来计算其停留时间分布，即： 分布密度函数：0.()()p p p V C C dF t E t dt M C dt∞===⎰； 分布函数：000()t tpp p C dtV C dt F t M C dt∞==⎰⎰⎰； 平均停留时间：0000()()pp t E t dt tC dt t E t dtC dt ∞∞∞∞⋅==⎰⎰⎰⎰；停留分布的方差：2222000()()()()tt t E t dt t E t dt t E t dtσ∞∞∞-⋅==⋅-⎰⎰⎰ 220p p t C dtt C dt∞∞=-⎰⎰如果用对比时间 t t θ=为自变量表示概率函数，则平均停留时间1t tθ==；在对应的时标处，即θ和t t θ=，停留时间分布函数值相等，()()F F t θ=；停留时间分布密度()()()()(/)dF dF t E t E t d d t t θθθ===⋅；对应的随机变量θ的方差22200(1)()(1)()E d E t td σθθθθθ∞∞=-=-⎰⎰ 2201()()t t E t dt t ∞=-⎰ 有了以上关系，显然，对于全混流，21σ=对于平推流，220t σσ==对于一般实际情况，201σ≤≤ 当流动搅拌反应器在搅拌足够剧烈时，可看成理想全混流反应器。
