自考復習需要重視考試大綱，考試命題是圍繞大綱來的，所以復習一定要緊扣考試大綱，再結合考試大綱來弄懂重點、難點、疑點。因為考試大綱一般都是含有命題來指導思想工作、考試范圍、命題要求等重要信息。為了輔助各位考生學習，重慶自考網自考頻道為各位考生整理了2022年自考27060化學反應工程復習資料，希望能對大家有所幫助。

2022年自考27060化學反應工程復習資料

一、課程性質與設置目的

“化學反應工程”是化學工程學科的一個分支，是化學工程與工藝專業學生必修的一門專業基礎技術課程。它以工業反應過程為主要研究對象，研究反應過程速率及其變化規律；研究反應器內的傳遞特性及其對化學反應的影響。為學生今后從事化工反應技術開發、反應器的設計與放大、反應過程操作優化等諸方面工作奠定基礎。

本課程在學生學習了“高等數學”、“大學物理”、“化學”、“物理化學”、“化工原理”等課程基礎上進行。

通過本課程的學習，學生應比較牢固地掌握化學反應工程的基本原理和計算方法，應能聯系化工實際，在反應工程理論的指導下，對反應過程和反應器進行初步的分析和設計計算。

二、課程內容與考核目標

第一章 緒論

(一）主要內容

1.化學反應工程的研究內容

2.化學反應工程的研究方法

3.化學反應工程的學科系統和編排

（二）自學考試要求

1.化學反應工程的研究內容

理解化學反應工程學是研究化學反應的工程問題的科學；傳遞過程（即反應器內的動量、熱量和質量傳遞，簡稱“三傳”）與反應動力學是構成化學反應工程最基本的兩個支柱等說法的含義。了解化學反應工程學與相關學科的聯系，化學反應工程本身的專門范疇。了解主要反應器的形式。

2.化學反應工程的研究方法

了解化學反應工程的基本研究方法是數學模型法，數學模型的主要內容及其相互關系，了解數學模擬放大法的大體步驟。

3.化學反應工程的學科系統和編排

理解按反應操作方式、反應器型式、和化學反應相態進行分類的方法；

緒論部分在初次學習時，只能做到大體了解、待全部內容學習完畢后，應重新學習緒論，才能做到理解。

第二章 均相反應的動力學基礎

（一）主要內容

1.基本概念與術語

2.單一反應速率方程

3.復合反應速率方程

（二）自學考試要求

1.基本概念與術語

理解化學反應計量方程表示的內容。

理解化學反應速率的定義和在恒容過程、分批式操作、連續流動穩定操作時的數學表示式。掌握各個組分反應轉化率和反應程度的定義和計算；膨脹因子的物理意義和數學表示式；等分子和非等分子反應達一定轉化率時各組分摩爾數和摩爾分率的計算。

理解化學反應速率方程表示的內容；影響反應速率的主要因素；冪函數型速率方程式中反應級數和活化能的物理意義及其大小對反應速率的影響；反應級數和活化能的確定方法。

理解基元反應的物理意義。掌握由反應機理推導反應速率方程的方法。

2.單一反應速率方程

理解單一反應的定義，掌握由分批式等溫動力學實驗數據確定反應速率方程式的微分法和積分法。

掌握等溫恒容過程零級、一級和二級不可逆反應的速率方程式及其積分式的積分過程，并能熟練地用于進行有關計算。

以一級反應為例，了解可逆反應速率方程式的建立方法。

了解自催化反應的特點。

3.復合反應速率方程

理解復合反應的定義、主要類型、復合反應的收率、得率和選擇性的定義和數學表示式。

掌握主副反應均為一級的不可逆平行反應速率方程的建立過程，并能用于進行各組分的瞬時濃度、目的產物收率、得率和選擇性等的計算。理解其動力學特征和各組分濃度隨反應時間分布曲線的特點。

了解各步均為一級的串聯不可逆反應速率方程的建立過程，并能用于進行各組分的瞬時濃度、目的產物（中間產物）收率、得率和選擇性等的計算；理解各組分農度隨反應時間分布和產物得率分布曲線的特點。

第三章 理想反應器

（一）主要內容

1.分批式操作的理想混合反應器

2.連續操作的理想混合反應器（單釜和多釜串聯）

3.平推流反應器

4.反應器型式與操作方法的評選

（二）自學考試要求

1.分批示操作的理想混合反應器

理解分批式操作理想混合反應器內物料濃度、溫度分布的特點，適用場合的優缺點。

掌握對著眼組分建立物料衡算式的方法，并由此推導分批操作理想混合反應器設計方程的方法。能運用設計方程進行單一反應和平等反應等溫操作時反應時間、轉化率、反應器有效容積的計算。

理解最優反應時間和最優轉化率和計算方法。

2.連續操作的理想混合反應器

此類反應器通常簡稱全混流反應器，代號為CSTR。

理解全混流反應器內物料流動、濃度和溫度分布等特征。

理解反應時間、空時、停留時間各自的定義和數學式。

掌握全混流反應器設計方程（即物料衡算法）的建立方法，能應用方程進行單一反應和復合反應的各項計算。

掌握在1/rA～CA圖上比較分批式反應器和全混流反應器有效容積的方法，和通過計算全混流反應器容積效率η比較分批式反應器和全混流反應器有效容積的方法。

掌握全混流反應器操作方程（即熱量衡算式）的建立方法。

理解全混流反應器的熱穩定性，能應用熱穩定性判據初步判斷定常態操作是否穩定。

掌握在1/rA～CA圖上表示多釜串聯全混流反應器的有效容積的方法。在進行相同的恒溫恒容單一反應并達到相同的轉化率時，能在1/rA～CA圖上進行分批式、單釜和多釜串聯全混流反應器所需有效容積的比較。

掌握一級不可逆反應時多釜串聯全混流反應器的設計計算方法，并能用于進行有關計算。

了解多釜串聯全混流反應器各釜的最優容積比。

3.平推流反應器

此類反應器通常代號為PFR

理解平推流反應器內流體流動、濃度和溫度分布的特征；恒容和變容過程的停留時間、反應時間和空時的計算。

掌握平推流反應器的設計方程（即物料衡量式）的建立方法及其計算應用。理解等溫恒容過程平推流反應器和分批式理想混合反應器的設計方程是完全一致的（但時間項平推流為空時τ，分批式為反應時間t）。掌握平推流反應器的圖解計算法。

掌握平推流反應器的操作方程（既熱量衡算式）建立方法。了解變溫操作時的計算方法。

4.反應器型式與操作方法的評選

理解進行反應級數n＞0、n＜0的不可逆等溫單一反應時，平推流反應器、全混流反應器和多釜串聯全混流反應器所需容積的比較；以及在1/rA～XA圖上，曲線具有最高點時，為使反應器容積最小，不同型式反應器應采用的串聯順序。

理解可逆吸熱反應和可逆放熱反應的反應速率和平衡轉化率與操作溫度的關系；可逆放熱反應在XA～T圖上的最優溫度線和平衡溫度線；可逆吸熱反應和可逆放熱反應最優操作溫度的選定。

掌握復合反應在分批式理想混合反應器、平推流反應器、全混流反應器和多釜串聯全混流反應器中進行時的瞬時收率和總收率的計算式，并能用于進行有關計算。

（三）重點與難點

重點：分批式理想混合反應器、全混流反應器和平推流反應器內的流動混合特征；溫度、濃度和反應速率分布特征；等溫操作下的設計計算方法；進行單一反應和復合反應時反應器的性能比較。

難點：單一反應復合反應的各種情況下，反應器型式、組合方式和操作方式的選擇。

第四章 非理想流動

（一）主要內容

1.停留時間分布

2.平推流和全混流反應器的停留時間分布

3.非理想流動的流動模型

（二）自學考試要求

1 ．停留時間分布

了解工業反應器內流體偏離理想流動的原因。理解流體在反應器內的停留時間分布是隨機的。可以采用概率分布函教進行定量描述。理解停留時間分布密度函教 E(t）和停留時間分布函數F(t)的物理意義、圖形特征、相互關系式。理解分布函教特征值 ― 平均停留時間萬和方差時的定義和計算式。理解無因次化后的 E、F與 E (t）、 F (t）和τ的關系式。理解測定停留時間分布的實驗方法：脈沖示蹤法和階躍示蹤法。掌握由實驗數據計算 E ( t ）、 F ( t ）、平均停留時間和方差的方法 2 ．平推流和全混流反應器的停留時間分布掌握平推流反應器的 E ( t )－t 、 F ( t ）－ t曲線的特征和數學表示式以及時和峙值。掌握全混流反應器的 E ( t ）-t 、 F ( t ）-t曲線特征．

3.非理想流動的流動模型

理解返混的概念；返混與停留時間分布的區別和聯系；建立非理想流動模型的必要性。

理解多級全混流串聯模型的物理含義；數學模型建立的基本思路。掌握根據反應器停留時間分布實測數據確定模型參數N的方法。能應用多級全混流串聯模型進行一級不可逆反應的計算。

理解軸向分散模型的物理含義；數學模型建立的基本思路。掌握根據反應器停留時間分布實測數據確定模型參數Ez/uL的方法。

了解流體的微觀混合與宏觀混合及其對化學反應的影響。

（三）重點與難點

重點：返混與停留時間分布的概念；E(t)和F(t)函數；平推流反應器和全混流反應器的E(t)和F(t)函數；由實驗測定停留時間分布數據確定E(t)和F(t)函數和非理想流動模型的模型參數。

難點：非理想流動模型方程的建立。

第五章 氣固催化反應動力學

（一）主要內容

1.固體催化劑表面的吸附現象和吸附等溫式

2.氣固催化反應的動力學方程

3.氣固催化反應速率的實驗測定方法

4.催化劑顆粒中的擴散

（二）自學考試要求

1.固體催化劑表面的吸附現象和吸附等溫式

理解氣體在固體催化劑表面上物理吸附與化學吸附的區別。

理解朗格繆爾（langmuir)型吸附等溫線方程式的基本假設；吸附等溫線方程式的推導；單分子吸附、多分子吸附、解離吸附下方程的不同形式。

了解弗里德里希（Freundlich）型和焦姆金型吸附等溫式的假設和方程形式。

2.氣固催化學反應的動力學方程

理解氣固反應中，反應速率一般以單位質量催化劑為基準，不同場合也有以單位床層體積或單位催化劑體積等為基準的，應掌握不同基準間的相互換算。

理解氣固催化反應所經歷的七步過程；確定過程總速率的控制步驟法；當某一步驟起控制作用時，其他步驟所處的狀態。

掌握在不同控制步驟下根據朗--辛（L-H)機理推導雙曲線型反應速率式的方法，并能根據雙曲線型反應速率方程式看出所設想的機理。

3.氣固催化反應速率的實驗測定方法

理解檢驗外擴散影響的存在和消除外擴散影響的方法。

理解檢驗內擴散影響的存在和消除外擴散影響的方法。

了解實驗室固定床積分反應器和微分反應器各自的優缺點；流動循環無梯度反應器的特點。

了解由動力學實驗數據確定動力學方程和進行參數估值的一般做法。

4.催化劑顆粒中的擴散

理解多孔催化劑粒內擴散的復雜性；分子擴散和努森(Knudson)擴散的區別。

理解分子擴散系數DAB或Dim、努森擴散系數Dk、綜合擴散系數D和有效擴散系數De的區別和聯系。

理解催化劑有效系數η的定義；內擴散模數(Thiele模數）φs的定義式和物理含義。

理解等溫球形催化劑進行一級反應時有效系數η計算式的推導過程。掌握有效系數η計算式的應用。

理解內擴散對復合反應選擇性的影響。了解為了減少內擴散阻力和改善目的產物選擇性，對催化劑制造采取的改進方法。

（三）重點

根據朗--辛機理推導不同控制步驟的雙曲線型反應速率方程；判別與消除反應過程內外擴散阻力的方法；等溫一級球形催化劑的有效系數η的計算；如何根據內擴散模數植的大小判別內擴散的影響程序。

第六章 固定床反應器

（一）主要內容

1.固定床的特點、型式和數學模型

2.固定床中的傳遞過程

3.絕熱床反應器

4.換熱式固定床反應器

（二）自學考試要求

1.固定床的特點、型式和數學模型

了解固定床的主要優點和缺點，主要型式的結構特點，適用場合和優缺點。擬均相一維、二維模型和非均相模型的定義。

2.固定床中的傳遞過程

理解顆粒層的若干物理特性參數，包括：固體真密度、顆粒密度、床層堆積密度，三者的區別和聯系。顆粒的體積當量直徑dv、面積當量直徑da、比表面當量直徑ds三者各自的定義、計算公式和聯系。非球形粒子的形狀系數φs的定義。固定床的當量直徑de的計算式。床層空隙率?B及其影響因素。

理解固定床內的傳熱的重要性；傳熱包括那幾個方面；各以什么傳熱系數進行描述；固定床有效導熱系數的物理含義。

3.絕熱床反應器

掌握單層絕熱床的物料衡算式和由熱量衡算式積分所得的絕熱線方程式，能用于進行催化劑用量等的計算。理解多層絕熱床的計算方法。了解多層絕熱床的最優化問題的思路。

4.換熱式固定床反應器

通過自熱式反應器的計算示例，掌握換熱式固定床反應器按擬均相一維模型的計算方法。了解擬均相二維模型的計算思路。

第七章 流化床反應器

自學考試要求

了解流態化現象；流態化的各種狀態；流化床的優缺點；工業流化床的各種型式。

第八章 多相流體的反應過程

自學考試要求

了解氣液相反應如A(g)+bB(ι)→R(g)+S(ι)所需經歷的步驟。了解根據不同的傳質速率和化學反應速率，應用傳質的雙膜理論可以區分的八種動力學狀況，各種狀況下濃度分布的圖形特征，反應發生場所。了解氣液反應的重要參數--膜內轉化系數γ的物理意義，能根據γ的大小區分動力學狀況。了解增強系數β和反應相利用率η的物理意義。

了解氣液相反應器的常見型式和進行氣液相反應器型式選擇時考慮的因素。

第九章 聚合反應過程

不作要求

第十章 生化反應工程基礎

不作要求

三、有關說明與實施建議

（一）關于自學考試要求

大綱內按了解、理解、掌握三個層次提出了自學和考試應達到的深度。具體含義為：

了解：對有關內容有初步的、粗淺的認識。知道定性的概念、方法的思路，不要求記憶有關的公式和推導過程。

例如：第三章中有“了解循環操作的平推流反應器的特征和計算方法。”具體要求為：知道將平推流反應器出口的反應產物部分地返回入口處與原始物料混合再進入反應器進行反應，即為循環操作的平推流反應器。由于部分產物的循環造成了返混，當循環比β(β=循環回入口的體積流率/離開反應器的體積流率）趨近于零即為平推流反應器，β增大，流體的返混程度也增大，當β→∞時，則相當于全混流反應器，故可通過控制循環比來控制反應器內返混程度。對于循環操作的平推流反應器，設計方程應看懂推導過程，但不要求記憶。對于如何獲得最優循環比βopt則不作要求。

理解：對有關內容有比較全面深入的認識，能熟記有關概念、原理、方法和公式，并能應用有關概念、原理和方法對問題進行定性的分析、判斷或比較、選擇。

例如：在第二章中提出：理解活化能的物理意義及其大小對反應速率的影響。具體要求為：知道溫度對反應速率的影響常用反應速率常數K來表示，對于多數反應，反應速率常數K與反應溫度的關系可用阿累尼烏斯公式表示，即K=K0e-E/RT，其中E是一個重要的動力學參數，稱為活化能。活化能的物理意義是把反應分子‘激發’到可進行反應的‘活化狀態’時所需的能量。活化能的大小是表征化學反應進行難易程度的標志，活化能大，反應難于進行，所需的反應溫度就高，活化能小，則反應容易進行。活能的大小還是反應速率對溫度敏感性的標志，活化能愈大，溫度對反應速率的影響就愈顯著，即溫度的改變會使反應速率發生顯著的變化，但影響的程度還與反應溫度水平有關，溫度愈低，影響愈大。通常均相反應的活化能在4*10的7次方～2*10的8次方J/kmol之間。在以上認識的基礎上，可知對于復合反應，若主反應的活化能大于副反應的活化能，則應采用盡可能高的溫度進行反應，反之，則采用較低溫度操作。在學習了氣固催化反應后，又可推知，若改變反應溫度，反應速率變化很小，則過程受擴散影響較大，因若為動力學控制，必表現出反應速率對溫度的敏感性。

掌握：在理解的基礎上，能熟練地運用有關方法，能熟練地運用計算公式，對問題進行定量的分析、判斷、比較、選擇，或設計計算。

（二）關于自學教材

本大綱主要教材是：《化學反應工程》，陳甘棠主編，化學工業出版社，2007年。

主要參考書：

1.反應工程，李紹芬主編，化學工業出版社，1990年6月。

2.化學反應工程，黃恩才主編 劉國際副主編，化學工業出版社，1996年6月。

3.化學反應工程基本原理，毛之候 謝聲禮 張濂編著，化學工業出版社，1990年11月。

4.化學反應工程基本原理例題與習題，張濂 毛之候 謝聲禮編，華東化工學院出版社，1992年4月。

5.化學反應工程例題與習題，朱炳辰 房鼎業 姚佩芳編著，華東理工大學出版社，1993年4月。

（三）關于自學內容和方法

1.自學內容

化學反應工程內容由于涉及化學、數學、物理化學、化工原理等多個學科領域，并采用數學模型的研究方法，有一定的廣度和深度，許多初學者會感到內容多、概念生疏、公式和符號多、數學應用不熟練。因而抓不住重點，自學效果差等問題。為了改變以上狀況，除了反復閱讀教材外，還應善于將內容進行總結歸納、前后聯系、做到融會貫通。

反應工程的內容可以概括為兩個方面，即反應動力學和反應器的設計與分析。反應動力學主要研究化學反應的機理和速率，對物理化學學科，反應動力學著重研究反應歷程和機理，對于反應工程，則著重于得到反應速率規律的定量描述。對于絕大多數反應都需通過動力學實驗，準確測得不同溫度、濃度等條件下的反應速率數據，經數據處理建立反應速率方程式（亦即動力學方程式）。這種反應速率方程式反映了化學反應本身的規律性，是不隨反應器的大小、結構和操作方式而改變的。有的教材將它特稱為本征反應速率或微觀反應速率。反應動力學是反應工程的基礎。反應器則為化學反應提供了反應場所，對反應器內的過程進行分析，除化學反應外，又包括了流體的流動混合、傳熱、傳質（簡稱“三傳”），流體的流動混合、傳熱、傳質并不會改變化學反應的本征動力學，但會影響反應場所的濃度和溫度在時間、空間上的分布，從而影響反應器內反應速率在時間、空間上的分布，并最終影響反應的結果。物料從進入反應器到離開為止的全過程就是具有一定動力學特性的反應物系在具有一定傳遞性的裝置中進行演變的過程。流體的流動混合、傳熱、傳質是隨反應器的大小、結構形式和和操作方式而改變的。這也是裝置存在“放大效應”的原因。因此設計、選擇和操作反應器時，必須充分了解反應的動力學特性和裝置的傳遞特性，以及兩者結合時的相互影響。反應器的設計與分析就是研究不同反應器內的傳遞特性及其變化規律并把它與反應動力學規律結合起來，解決反應器的設計、操作優化問題。教材中將反應區分為均相和非均相后，就分別討論其反應動力學和反應器的設計與分析。

均相反應動力學和理想反應器，特別是理想反應器是反應工程中最基本、最核心的內容，它涉及了反應工程中的許多重要基本概念、基本原理和基本方法。如：影響反應速率的因素；反應速率方程式的建立方法；兩種理想流動模式的特點以及由此造成的兩種理想反應器內溫度、濃度、反應速率分布的區別，進而影響到反應器的生產能力和反應的選擇性；反應器的教學模型一物料、熱量衡算式，在不同反應器不同操作方式下的建立方法；理想反應器的設計計算；如何根據反應特性和反應器特性進行反應器型式和操作方法的評選等等。熟悉理解掌握了這部分內容，就打下了良好的基礎，因為這些概念、原理和方法同樣適用于非均相反應，只是后者更加復雜而已。

非理想流動是課程的難點。主要因為概念比較抽象，又涉及概率分布函數的應用等。研究非理想流動是解決由理想反應器過渡到真實反應器的橋梁問題。重點是搞清楚反應器內返混的概念，返混與停留時間分布的區別和聯系；停留時間分布密度函數E（t)和停留時間分布函數F(t)的物理意義；理想反應器的E(t)和F(t)；如何由示蹤實驗數據確定E(t)或F(t)和分布函數的特征值，并由此確定非理想流動模型的模型參數。

非均相反應主要是熟悉掌握氣固催化反應和固定床反應器，因為它使用廣泛，又反映了非均相反應的共同特點和處理方法。限于學時，流化床反應器和氣液相反應只要求一般了解。氣固催化反應與均相反應的不同在于存在相界面，反應物為到達反應場所必須進行相內和相間的擴散傳遞，反應產生（或吸收）的熱量也需經過相內和相間的擴散傳遞。因而氣固催化反應速率有本征速率與宏觀速率之分。前者是包括了吸附--表面反應--脫附三個步驟的速率，也就是化學過程的速率。后者則在本征速率的基礎上，考慮傳遞過程即內、外擴散的影響加以修正，常用方法為本征速率乘以內（外）擴散有效系數。在工業固定床操作中，大多數情況下外擴散影響可以消除，但往往存在內擴散的影響甚至嚴重的內擴散影響。故如何判別是否存在內擴散影響，影響程度，有內擴散影響下的催化劑有效系數如何確定是這部分的重點。

2.自學方法

采用主要教材，對大綱涉及內容進行系統、深入地閱讀、思考。可按章做讀書筆記。理出主要的概念、原理、公式和方法。對于有些重要的或難懂的內容，各種教材由于敘述方法或角度不同，有的可能更是易理解接受，故建議多看主要參考書中有關部分。

在反應工程的教材和習題中，用到較多的數學，主要是微積分、數值積分（如辛普生法）、解常微分方程等，因而必須復習高等數學，解題時會使用數學手冊。對于一些簡單級數（零級、一級、二級）的反應速率方程應能熟練地積分。

習題是幫助消化自學內容，檢驗基本概念掌握程度，培養運用反應工程基本原理和方法解決實際問題能力的重要手段。學習反應工程者，往往有概念雖懂但習題不會做的反映。因而必須盡可能多做習題。首先可從看懂教材中例題入手、然后可以選擇一些反應工程例題與習題書上的例題進行試做，將結果與題解對照。在獨立解題時，對于計算復雜的題目，可以只列出解題思路。總之要多接觸各類題型。

（四）關于考試命題

試題側重于檢驗基本概念、基本原理和基本計算方法的理解掌握和靈活應用的程度。試題面覆蓋各章，但體現重點章節。體現對內容了解、理解、掌握三個深度的要求。試題中計算題分數約占30%。概念題約占70%，概念題中也可含有簡單的計算。題型一般有：選擇題、填充題、名詞解釋、簡答和計算題。

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