化学反应工程第五章第一节

氨的体积分数达 6%
逐级经验放大
启示
逐级经验放大
（4）波施的工作（反应器放大和工业化）
（a）研制了稳定可靠的廉价催化剂取代了锇催 化剂 含少量钾、镁、铝、钙为助催化剂的铁催化 剂 （b）找到能耐 20 MPa、 500～600 C的高压 高温材质、并设计出合成氨反应器 （c）提供廉价的氮气和氢气
①对于化工过程开发，在实验室研究阶段即应充 分考虑实现工业化的可行性。 ②在实验室研究完成之后．还必须解决与工业生 产有关的一些技术问题。 ③技术开发的成功与科学技术水平有着密切关系。 在20世纪初，若不是可以实现高温高压技术、 空气分离技术和深度冷冻技术，合成氨的工业 化也是不可能实现。随着合成氨技术的开 发．又推动了催化剂制备技术，高温高压技术， 深冷分离技术等近代化工技术的发展。
例 （1）化学反应特征
气相、放热、常T反应速率大，无Cat； 副产物（氯代、多氯加成）多。 关键： 如何提 高选择 性
与数模基本相同；不同：定性的技术方案， 不确切 技术信息来源于实验 理论指导下的实验；节省人力、物力 技术方案通过反复论证 可靠、准确
反应器选型、操作条件 提高选择性。
a.温度的影响
其它反应器塔式反应器主要用于两种液体相的反应固定床反应器主要用于多相催化反应还可用气固和液固等非催化反应流化床反应器可用于气固液固以及气液固催化或非催化反应移动床反应器适用于催化剂需要连续进行再生的催化反应和固体加工反应第五节中试实验一中试实验的目的201112621二中试实验的作用三中试实验的作用四中间试验的分类微型中试部分流程中试全流程中试全规模中试五中试实验需要注意的几个问题中试指导思想中试装置的规模中试装置的完整性运行周期测试深度中试装置的运行可靠性和安全性例乙烯氯化制二氯乙烷主反应

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。

化学反应工程的范畴和任务
• 学反应工程学是一门研究化学反应的工程 问题的科学。既以化学反应作为 对象，就 必然要事握这些化学反应的特性；它又以 工程问题为其对象，-那就必须熟悉装置的 特性，并把这两者结合起来形成学科体系。
反应工程与其它学科的关系
化工热力学 计量化学 反应工程 反应动力学 化学工艺 催化剂 工程控制 传递过程
• ②中型实验
数学模型验证
大设备的设计
• ③数学模型的应用
• 放大的依据：相似论(相似准数Re、Pr、 Nu、Pe、Sc等)
•
综上所述，可见目前化学反应工程处理 问题的方法是实验研究和理论分析并举。 在解决新过程的开发问题时，可先建立 动力学和传递过程模型，然后再综合成 整个过程的初步的数学模型，根据数学 模型所作的估计来制定试验，特别是中 间试验方案，然后用试验结果来修正和 验证模型。
二级反应的速率方程式
如果有两反应物，而且初始浓度相等，并在反应过程 消耗的物质的量也相等． rA=kcA２或rA=kcA,0２(1-xA)２
1 dnA rA V dt
kcA２＝
dc A rA dt
dc A dt
双分子二级反应
分离变量： Kdt= －dcA/cA２ 初始条件t=0, cB,0=cA,0,进行积分
反应过程和传递过程
实验只能测得NH3的主体浓度c0,当NH3浓度很小时: r0=k0c0 r=k0c0=kscs, k0c0=ks c0/ (ks/kga+1) k0=ks / (ks/kga+1) k0=1 / (1/kga+1/ks ) …………….……..p17:7-50式 此式表明实验测得的表面反应速率常数k0是化学反应 过程1/ks和扩散过程1/kga共同作用的结果.

选修5第五章第一节合成有机高分子化合物的基本方法首先，合成有机高分子化合物的基本方法是“聚合反应”。

聚合反应即多个单体（Monomer）经过反应而结合在一起形成一个大分子的特殊反应，可以采用高分子化学方法和高分子物理化学方法实现。

其中，高分子化学方法包括自由基聚合反应，共轭聚合反应，缺氧聚合反应，杂环聚合反应等，这是当前应用较为广泛的方法；而高分子物理化学方法则有熔融聚合反应，溶剂聚合反应，溶解聚合反应，脱水聚合反应等，特别适用于在空气中合成复杂难制的有机高分子化合物。

其次，还有一种合成有机高分子化合物的基本方法叫做“聚加成反应”，即利用两种不同的原料分别在活性基团官能团发生反应后生成高分子化合物，从而实现有机高分子的合成。

聚加成反应相比聚合反应更具有立体特性，可以利用它来合成特殊结构的有机高分子化合物。

最后，合成有机高分子化合物的基本方法还有“聚分子工程”。