第2章讲义转化率和反应器的尺寸

掌握换热式固定床催化反应器床层轴向温度的变化规律及其影响因素和利用热点（或冷点）的位置变动判断反应器操作工况。

了解换热式固定床催化反应器的设计优化问题，参数敏感性问题以及飞温和失控现象。

了解自热式固定床催化反应器的操作工况。

了解液化床催化反应器的主要结构及操作，两相理论的概念及床层中气泡行为。

了解实验室反应器的主要类型及其特点。

三、学时安排本科四年制《化学工程与工艺专业》适用（６４学时）第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章3 9 10 8 9 11 8 33返回第一章概述无论是化学工业还是冶金、石油炼制和能源加工等工业过程，均采用化学方法将原料加工成为有用的产品。

生产过程包括如下三个组成部分：图1.1 典型的化学加工过程第①和③两部分属于单元操作的研究范围；而②部分是化学反应工程的研究对象，是生产过程的核心。

上图为厂区夜景，点击可进入有更多介绍工厂及设备的图片第一节化学反应工程一、化学反应工程的研究对象化学反应工程是化学工程学科的一个重要分支，主要包括两个方面的内容，即反应动力学和反应器设计分析。

反应动力学--研究化学反应进行的机理和速率，以获得工业反应器设计与操作所需的动力学知识和信息，如反应模式、速率方程及反应活化能等其中速率方程可表示为：r=f（T、、P）（对于一定的反应物系）而言--随时间、空间变化其中，r为反应系统中某一组分的反应速率，代表浓度的矢量，P为系统的总压。

反应器设计分析--研究反应器内上述因素的变化规律，找出最优工况和适宜的反应器型式和尺寸。

注意：化学反应是研究反应本身的规律，与反应器内各局部的状况有关，而反应器总体的性态。

所以可以说反应动力学从点上着眼，而反应器的设计与分析则从面上（体上）着手。

二、化学反应的分类（反应工程学科）无论是自然界还是实际生产过程中，存在各种各样的化学反应，通常为了便于研究和应用，将化学反应进行分类。

下表中给出了常见的化学反应分类、方法和种类，一些可能同时属于两个或者更多的反应种类。

2-2-2 平衡转化率教学目标知识与技能:1.了解平衡转化率的含义。

2.学会平衡浓度的求算。

3.能根据化学平衡计算的方法思路，进行平衡常数、平衡转化率的计算。

过程与方法:1.通过平衡转化率的计算，培养学生的计算能力。

2.通过对数据分析，培养学生分析、处理数据的能力，提高学生逻辑归纳能力。

情感、态度与价值观:通过平衡转化率的计算，培养学生严谨求实、积极实践的科学作风。

教学重点：平衡转化率的含义及计算。

教学难点：平衡转化率的计算。

教学过程：【提问】浓度商Q和平衡常数K的关系是怎么影响反应的方向的？什么时候达到平衡状态？【教师】观察下面两个表，想想影响K值大小的因素是什么？【学生】观察、思考表一：H 2(g)＋I2 (g) 2HI (g) ，△Ｈ< 0表二：N2O4 (g)2NO2 (g) △Ｈ> 0无色红棕色①请计算相应温度的平衡常数。

②分析表中数据，判断K 值随温度的变化关系？【板书】5.影响K 的因素仅是温度，与压强、体积等其他因素无关正向吸热反应，升高温度，K 值增大； 正向放热反应，升高温度，K 值减小。

【交流•研讨】 (g) (g) N O(aq)FeO(s) + CO(g) AgCl(s)【板书】6.K 的书写：（1）平衡常数的表达式与化学方程式的书写方式有关 （2）对于给定的化学方程式，正逆反应的平衡常数互为倒数 （3）平衡常数的单位与化学方程式的表示形式一一对应（4）固体或纯液体和液态水不列入平衡常数的表达式中（因其浓度为常数，可认为为“1”，带入表达式中，可消去。

）【教师】用平衡常数来表示化学反应的限度有时不够直观，因此在实际应用中，常用平衡转化率α来表示反应限度。

对于aA （g ）+bB （g ）cC （g ）+ dD （g ），反应物A 的平衡转化率可以表示为：【板书】二、平衡转化率α= n 消耗(A)n 0(A)x100%= n 0(A)-n 平衡(A)n 0(A)x100%在密闭容器中或反应体系体积不变的情况下： = c 0(A)-[A]c 0(A)x100%【例1】 【例2】主要要让学生知道“三步法”解题的格式和步骤。

反应器尺寸标注方法反应器是化学工程中常用的设备之一，用于进行化学反应或其他物理过程。

选择适当的反应器尺寸对于确保反应器的正常运行和化学反应的有效进行非常重要。

本文将介绍一种常用的反应器尺寸标注方法。

1.容器体积标注：反应器的容器体积是指容器内可容纳的物质总量。

容器体积标注一般以升（L）或立方米（m³）为单位。

例如，“20L”表示该反应器的容器体积为20升。

2. 容器直径标注：反应器的容器直径是指反应器的贯穿容器中心的直线段的长度，并且通常使用毫米（mm）或厘米（cm）为单位。

例如，“300mm”表示该反应器的容器直径为300毫米。

3. 容器高度标注：反应器的容器高度是指从容器底部到容器顶部的直线段的长度，并且通常使用毫米（mm）或厘米（cm）为单位。

例如，“500mm”表示该反应器的容器高度为500毫米。

4.容器设计压力标注：反应器的容器设计压力是指反应器能够承受的最大压力。

容器设计压力一般使用兆帕（MPa）或巴（Pa）为单位。

例如，“0.5MPa”表示该反应器的容器设计压力为0.5兆帕。

5. 搅拌速度标注：反应器的搅拌速度是指搅拌器旋转的速度，通常使用转每分钟（rpm）为单位。

例如，“200rpm”表示该反应器的搅拌速度为200转每分钟。

6. 温度范围标注：反应器的温度范围是指反应器能够承受的最低和最高温度。

温度范围一般使用摄氏度（℃）为单位。

例如，“-10℃ to 150℃”表示该反应器的温度范围为-10摄氏度到150摄氏度。

7.进料口和排出口标注：反应器的进料口和排出口通常使用箭头和文字标注，以表示物质的流动方向和位置。

例如，箭头指向反应器内部的进料口，并在箭头旁边使用文字标注“IN”，表示这是进料口。

8.安全标注：反应器的安全标注包括防爆标志、防滑标志和禁止翻倒标志等。

这些标志可放置在反应器的表面或附近，以提醒操作人员注意安全事项。

反应器尺寸标注的一般原则是简洁明了，以便操作人员和工程师理解。