化学反应工程第五版课后习题答案

第一章

在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应：

进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：（摩尔比），反应后甲醇的转化率达72%，甲醛的收率为%。试计算

（1）（1）反应的选择性；

（2）（2）反应器出口气体的组成。

解：（1）由（）式得反应的选择性为：

（2）进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：（摩尔比），当

A P

醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数n

A 、n

P

和n

c

分别为：

n

A =n

A0

(1-X

A

)= mol

n

P =n

A0

Y

P

= mol

n

C =n

A0

(X

A

-Y

P

)= mol

结合上述反应的化学计量式，水（n

W ）、氧气（n

O

）和氮气（n

N

）的摩尔数分别为：

n

W =n

W0

+n

P

+2n

C

= mol

n

O =n

O0

-1/2n

P

-3/2n

C

= mol

n

N =n

N0

= mol

1.1.2工业上采用铜锌铝催化剂由一氧化碳和氢合成甲醇，其主副反应如

下：

由于化学平衡的限制，反应过程中一氧化碳不可能全部转化成甲醇，为了提高原料的利用率，生产上采用循环操作，即将反应后的气体冷却，可凝组份变为液体即为粗甲醇，不凝组份如氢气及一氧化碳等部分放空，大部分经循环压缩

Bkg/h 粗甲醇 100kmol 放空气体

原料气和冷凝分离后的气体组成如下：（mol ）

组分 原料气 冷凝分离后的气体 CO H 2 CO 2 CH 4 N 2

粗甲醇的组成为CH 3OH %,(CH 3)2O %,C 3H 9OH %,H 2O %,均为重量百分率。在操作压力及温度下，其余组分均为不凝组分，但在冷凝冷却过程中可部分溶解于粗甲醇中，对1kg 粗甲醇而言，其溶解量为CO 2 ,CO ,H 2 ,CH 4 ,。若循环气与原料气之比为（摩尔比），试计算：

（1） （1） 一氧化碳的单程转换率和全程转化率； （2） （2） 甲醇的单程收率和全程收率。 解：（1）设新鲜原料气进料流量为100kmol/h ，则根据已知条件，计算进料原料

其中x

i =y

i i i i m i i

M’

m =∑y

i

M

i

=

又设放空气体流量为Akmol/h，粗甲醇的流量为Bkg/h。对整个系统的N

2

作衡算

得：

28×1000+= (A)

对整个系统就所有物料作衡算得：

100×=B+ (B) 联立（A）、（B）两个方程，解之得

A=h B=h

反应后产物中CO摩尔流量为

F

CO

=+(28×1000)

将求得的A、B值代入得

F

CO

= kmol/h

故CO的全程转化率为

由已知循环气与新鲜气之摩尔比，可得反应器出口处的CO摩尔流量为

F’

CO,0

=100×+×100×= kmol/h

所以CO的单程转化率为

产物粗甲醇所溶解的CO

2、CO、H

2

、CH

4

和N

2

总量D为

粗甲醇中甲醇的量为

(B-D)X

甲/M

m

= ×32= kmol/h

所以，甲醇的全程收率为

Y

总

==%

甲醇的单程收率为

Y

单

==%

2 反应动力学基础

解：利用反应时间与组分A的浓度变化数据，作出C A～t的关系曲线，用镜面法求得t=时该点的切线，即为水解速率。

切线的斜率为

由（）式可知反应物的水解速率为

解：是一个流动反应器，其反应速率式可用（）式来表示

故反应速率可表示为：

用X A～V R/Q0作图，过V R

故CO的转化速率为

解：利用（）式及（）式可求得问题的解。注意题中所给比表面的单位换算成m2/m3。

解：由题中条件知是个等容反应过程，且A和B的初始浓度均相等，即为l，故可把反应速率式简化，得

由（）式可知

代入速率方程式

化简整理得

积分得

解得X A=%。

解：题中给出450℃时的k2值，而反应是在490℃下，故首先要求出490℃时的k2值。

利用（）试，求出频率因子A:

490℃的Kp值由题给公式计算出

求k1值：

求各组分的分压值：

各组分的分率及分压值为

反应速率为：

解：图图

（1）可逆反应可逆反应

（2）放热反应吸热反应

(3)M点速率最大，A点速率最小 M点速率最大，A点速率最小

(4)O点速率最大，B点速率最小 H点速率最大，B点速率最小

(5)R点速率大于C点速率 C点速率大于R点速率

(6)M点速率最大根据等速线的走向来判断H,M点的速率大小。

解：从题中可知，反应条件除了温度不同外，其它条件都相同，而温度的影响表现在反应速率常数k 上，故可用反应速率常数之比来描述反应速率之比。

解：（1）求出转化率为80%时各组分的分压：

以100mol

（2）求与上述组成对应的平衡常数K P值：

(3)求平衡温度Te

(4)利用（）式求逆反应活化能值

(5)利用（）式求最佳温度T OP

解：反应物A的消耗速率应为两反应速率之和，即

利用（）式

积分之

解：以100mol为计算基准，设X为三甲基苯的转化率，Y为生成的甲苯摩尔数。

（1）（1）

解得Y=（甲苯量）

生成的二甲基苯量：×生成的甲烷量：×+=

剩余的三甲基苯量：×（）=

氢气含量为：20kmol

故出口尾气组成为：三甲基苯%，氢气20%，二甲基苯%，甲烷%，甲基苯%。

（2）（2）由题给条件可知，三甲基苯的出口浓度为：

解：（1）恒容过程，其反应式可表示为：

反应速率式表示为：

设为理想气体，反应物A的初始浓度为：

亚硝酸乙脂的分解速率为：

乙醇的生成速率为：

（2）恒压过程，由于反应前后摩尔数有变化，是个变容过程，由（）式可求得总摩尔数的变化。

由于反应物是纯A，故有：y A0=1。

由（）式可求得组分的瞬间浓度：

乙醇的生成速率为：

解：（1）由题意可将反应速率表示为：

对于恒容过程，则有

当X A0=时

（2）对于恒压过程，是个变容反应过程，由（）式可求得总摩尔数的变化

反应物A的原始分率：

由（）式可求得转化率为80%时的浓度：

解：方法（1），先求出总摩尔变化数。

首先将产物的生成速率变为对应的反应物的转化速率：

总反应速率为：

以一摩尔反应物A为基准，总摩尔变化数为：

初始浓度为：

则有

方法（2），可将C A表示为：

方法（3），利用物料衡算可分别求出反应物A生成R及S的瞬间选择性S R,S S,因而可求出产物R及S的收率y R,y S,求得A转化率为85%时的分率：

其中：

解：根据速率控制步骤及定态近似原理，除表面反应外，其它两步达到平衡，描述如下：

以表面反应速率方程来代表整个反应的速率方程：

由于

将代入上式得：

整理得：

将代入速率方程中

其中

解：根据速率控制步骤及定态近似原理，除表面反应步骤外，其余近似达到平衡，写出相应的覆盖率表达式：

整个反应的速率方程以表面反应的速率方程来表示：

根据总覆盖率为1的原则，则有：

或

整理得：

将代入反应速率方程，得：

其中

解：根据题意，假设反应步骤如下：

并假设第二步是控制步骤，其速率方程就代表了整个反应的速率方程：

其余的两步可认为达到平衡，则有：

由于，有：

将代入速率式，得：

式中。故上述假定与题意符合。但上述假定的反应步骤不是唯一的。

解：先用积分法求其动力学方程。

设为一级不可逆反应，其速率表达式为：

积分得：

用微分法求解动力学方程

首先用C A～t曲线，在曲线上取时间为0，1，2，……9h所对应点的切线，为了准确可采用镜面法，求得

A A

或将速率方程直线化，即两边取对数，得：

可简化为y=b+ax形式，利用多元回归，可求得反应级数n=≈1，反应速率常数值为k=。

还可用一数学公式来拟合C A～t曲线，然后再将该数学公式对t求导，求得dC A/dt之值，此法会比作图法来的准确。

3 釜式反应器

解：（1）

(2) 因为间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关，所以反应时间仍为。

解：氯乙醇，碳酸氢钠，和乙二醇的分子量分别为,84 和 62kg/kmol,每小时产乙二醇：20/62= kmol/h

每小时需氯乙醇：

每小时需碳酸氢钠：

原料体积流量：

氯乙醇初始浓度：

反应时间：

反应体积：

（2）（2）反应器的实际体积：

解：用A,B,R,S分别表示反应方程式中的四种物质，利用当量关系可求出任一时刻盐酸的浓度（也就是丙酸钠的浓度，因为其计量比和投量比均为1：1）为：

于是可求出A的平衡转化率：

现以丙酸浓度对时间作图：

由上图，当C

A

=×l时，所对应的反应时间为48min。由于在同样条件下，间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关，所以该生产规模反应器的反应时间也是48min。

丙酸的产量为：500kg/h=min。

所需丙酸钠的量为:=min。

原料处理量为：

反应器体积：

实际反应体积：

解：(1)

（由数值积分得出）

(2)若A全部转化为R,即X

A

=,则由上面的积分式知，t→∝,这显然是不可能的。

解：(1)因为B过量，所以：

恒容时：

（A）

(B)

（B）式除以（A）式得：

解此微分方程得：

（C）

将t

1,C

A

,C

C

及t

2

,C

A

,C

C

数据代入（C）式化简得：

解之得：

(2)先求出最大转化率:

(3)产物C的最大收率：

产物C的最大浓度：

解：根据题中给的两种反应情况，可分别列出微分方程，然后进行求解。但仔细分析这两种情况，其实质是下述反应的特例：

(A)

当时，（A）式变为 (B)

当时，（A）式变为 (C)

当时，（A）式变为 (D)

其中式（D）即为书讲的一级不可逆连串反应。可见只要得到（A）式的解，则可容易化简得到（B）,(C)及(D)式的解。

对于(A)式，可列出如下微分方程组：

(1)

(2)

(3)

由题意知初始条件为：

(4)

联立求解此微分方程组可得：

(5)

(6)

(7)

式中，由如下式确定：

(8)

(9)

现在可用上述结果对本题进行计算：

（1）

由（5）～（9）式得

（2）当t→∝时，由（5）～（9）式得

（3）此时为的情况，当t→∝时，由

得：

解：（1）

由上式知，欲使S增加，需使C

A 低，C

B

高，但由于B的价格高且不易回收，故

应按主反应的计量比投料为好。

（2）保证C

A 低，C

B

高，故可用下图所示的多釜串联方式：

（3）用半间歇反应器，若欲使C

A 低，C

B

高，可以将B一次先加入反应器，然后

滴加A.解：（1）

苯酚浓度

苯酚产量

（2）全混流反应器

苯酚产量

（3）说明全混釜的产量小于间歇釜的产量，这是由于全混釜中反应物浓度低，反应速度慢的原因。

（4）由于该反应为一级反应，由上述计算可知，无论是间歇反应器或全混流反

应器，其原料处理量不变，但由于C

AB 增加一倍，故C

苯酚

也增加一倍，故上述两

个反应器中苯酚的产量均增加一倍。

解：（1）第二章题已求出t==

(2)

(3)若转化率仍为，且温度为常数，则D的瞬时选择性为：

D的收率：

这说明能使D的收率达到70%

（4）对全混流反应器，若使τ=t=,则有

解之得：C

A

=

所以：

这说明在这种情况下转化率达不到95%。

（1）（5）对全混流反应器，若X=,则R的收率为：

（6）依题意知半间歇式反应器属于连续加料而间歇出料的情况。为了求分组A 的转化率及R的收率，需要求出A及R 的浓度随时间的变化关系，现列出如下的微分方程组：

对A: （1）

对R:

（2）

（3）

在反应时间（t=,为方便起见取t ≈）内将 m3的A均速加入反应器内，故

采用间歇釜操作时，原料为A与B的混合物，A的浓度为2kmol/ m3.现采用半间歇釜操作，且，故可算出原料A的浓度为：

由于：

代入（1），（2）式则得如下一阶非线性微分方程组：

（4）

（5）

初始条件：t=0,C

A =0,C

R

=0

可用龙格---库塔法进行数值求解。取步长△t=，直至求至t=即可。用t=时的

C A 和C

R

可以进行A的转化率和R的收率计算：

式中V

A 为所加入的A的体积，且V

A

=;C

A0

为所加入的A的浓度，且C

A0

=7kmol/m3；

V为反应结束时物系的体积，V=。同理可以计算出R的收率：

解：（1）

对上式求dV

r /dX

A1

=0可得：

将X

A2

=代入上式，则

解之得X

A1

=

所以总反应体积的最小值为

(2)

即

解得C

B1

= kmol/m3

同理

解得C

B2

= kmol/m3

B的收率：

(3)目标函数改为B的收率，这时的计算步骤如下：对于第i个釜，组分A,B的衡算方程分别为：

对A:

对B:

当i=1时，

（1）

（2）

当i=2时，

（3）

（4）

由（1）式解出C

A1代入（2）式可解出C

B1

; 由（1）式解出C

A1

代入（3）式可解

出C

A2;将C

B1

及C

A2

代入（4）式可解出C

B2

,其为τ

1

,τ

2

的函数，即

（5）

式中C

A0为常数。由题意，欲使C

B2

最大，则需对上述二元函数求极值:

联立上述两个方程可以求出τ

1及τ

2

。题中已给出Q

,故由可求出C

B2

最大时反应

器系统的总体积。将τ

1,τ

2

代入（5）式即可求出B的最高浓度，从而可进一步

求出Y

BmaX .将τ

1

,τ

2

代入C

A2

，则由X

A2

=(C

A0

-C

A2

)/C

A0

可求出最终转化率。

解：

即得：

整理得：

解得：X

Af

=

反应器出口A,B得浓度分别为：

（1）所需的反应体积；

（1）（2）B及D的收率。已知操作温度下，k

1

=×10-5l/;

k

2=×10-9s-1;; k

3

=×10-5l/ ;B的分子量为140；D的分子量为140。

解：因M

B

=M

D

=140,所以M

A

=M

C

=70

（1）

（2）

（3）

由（2），（3）式分别得：

（4）

（5）

将（4），（5）式及上述数据代入（1）式，可整理为τ的代数方程式，解之得τ=×105s=

（1）（1）反应体积

（2）（2）将τ代入（4）式得，所以B的收率为：

对A作物料衡算：

所以有：

所以D的收率为：

3．20解：（1）二个300 l全混串联釜，X

A2

=，

（1）

（2）

解得：X

A1

=

代入（1）式求出此系统的体积流量：

题中已算出。因为最终转化率相同，故生产能力增加=倍。

（2）二个300l釜并联，在最终转化率相同时，Q

增加一倍，生产能力也增加一倍。

3．21解：

（1）（1）求转化率：

解得:X

Af

=

反应器出口物料中醋酐浓度：

3．22 解：

（1）（1）一级不可逆反应：

所以Q

=h

丙二醇的浓度=

丙二醇的产量=

(2) 采用定态下连续操作

所以Q

=h

丙二醇的产量=

（3）因连续釜在低的反应物浓度下操作，反映速率慢，故产量低。

4 管式反应器

在常压及800℃等温下在活塞流反应器中进行下列气相均相反应：在反应条件下该反应的速率方程为：

式中C

T 及C

H

分别为甲苯及氢的浓度，mol/l，原料处理量为2kmol/h，其中甲苯

与氢的摩尔比等于1。若反应器的直径为50mm，试计算甲苯最终转化率为95%时的反应器长度。

解：根据题意可知甲苯加氢反应为恒容过程，原料甲苯与氢的摩尔比等于1，即：

，则有：

示中下标T和H分别代表甲苯与氢，其中：

所以，所需反应器体积为：

所以，反应器的长度为：

根据习题所规定的条件和给定数据，改用活塞流反应器生产乙二醇，试计算所需的反应体积，并与间歇釜式反应器进行比较。

解：题给条件说明该反应为液相反应，可视为恒容过程，在习题中已算出：

所以，所需反应器体积：

由计算结果可知，活塞流反应器的反应体积小，间歇釜式反应器的反应体积大，这是由于间歇式反应器有辅助时间造成的。

×105Pa及20℃下在反应体积为的活塞流反应器进行一氧化氮氧化反应：

式中的浓度单位为kmol/m3。进气组成为10%NO,1%NO

2,9%O

2

,80%N

2

,若进气流量为

h（标准状况下），试计算反应器出口的气体组成。

解：由NO氧化反应计量方程式可知此过程为变容过程，其设计方程为：

（A）

示中A,B分别代表NO和O

2

。由题意可知，若能求得出口转化率，由（）式得：便可求出反应器出口气体组成。已知：

所以，反应速率为：

再将有关数据代入（A）式：

（B）

用数值积分试差求得：

因此，

另：本题由于惰性气体N

2

占80%，故此反应过程可近似按恒容过程处理，也不会有太大的误差。

在内径为的活塞流反应器中将乙烷热裂解以生产乙烯：

反应压力及温度分别为×105Pa及815℃。进料含50%(mol)C

2H

6

,其余为水蒸汽。

进料量等于s。反应速率方程如下：

式中p

A

为乙烷分压。在815℃时，速率常数，平衡常数，假定其它副反应可忽略，试求：

（1）（1）此条件下的平衡转化率；

（2）（2）乙烷的转化率为平衡转化率的50%时，所需的反应管长。

解：（1）设下标A—乙烷，B—乙烯，H—氢。此条件下的平衡转化率可按平衡式求取：

若以1摩尔C

2H

6

为基准，反应前后各组分的含量如下：

反应前 1 0 0 1 2

平衡时 1-X

e X

e

X

e

1 2+ X

e

因此，平衡时各组分分压为：

将其代入平衡式有：

解此一元二次方程得：

（2）（2）所需的反应管长：首先把反应速率方程变为

以保证速率方程的单位与物料衡算式相一致。已知：

代入物料衡算式有

其反应管长：

于277℃，×105Pa压力下在活塞流反应器进行气固相催化反应:催化剂的堆密度为700kg/m3,在277℃时，B的转化速率为：

式中的分压以Pa 表示，假定气固两相间的传质阻力可忽略不计。加料组成为23%B,46%A,31%Q （均为重量%），加料中不含酯，当X B =35%时，所需的催化剂量是多少反应体积时多少乙酸乙酯的产量为2083kg/h 。

解：由反应计量方程式知反应过程为恒容过程，将速率方程变为B 组分转化率的函数，其中：

为求各组分初始分压，须将加料组成的质量百分比化为摩尔百分比，即%B,%A,%Q 。于是有：

将上述有关数据代入设计方程：

采用数值积分便可得到所需的催化剂量： 其反应体积为：

二氟一氯甲烷分解反应为一级反应:

流量为2kmol/h 的纯CHClF 2气体先在预热器预热至700℃，然后在一活塞流反应器中700℃等温下反应。在预热器中CHClF 2已部分转化，转化率为20%。若反应器入口处反应气体的线速度为20m/s ，当出口处CHClF 2的转化率为%时，出口的气体线速度时多少反应器的长度是多少整个系统的压力均为×105Pa ，700℃时的反应速率常数等于。若流量提高一倍，其余条件不变，则反应器长度是多少

温度线速度 u 0 u in u f 转化率 X A0=0 X A,in X A,f 该反应为变容过程，其中，

由（）式知：

由已知条件，且考虑温度的影响可算出转化率为零时的线速度：

其出口处气体线速度为：

由设计方程计算出反应器长度：

那么需求出以反应器入口为基准的出口转化率X Af 。据X A =F A0-F A /F A0，可求出F A,in =h,F Af =h,所以，X Af =。因而有：

这是由于反应器的截面积没有固定，固定的是反应气体的线速度等条件，因此，当流量提高一倍时，而其余条件不变，则反应器的长度并不变，只是其截面积相应增加。

拟设计一等温反应器进行下列液相反应：

目的产物为R，且R与B极难分离。试问：

（1）（1）在原料配比上有何要求

（2）（2）若采用活塞流反应器，应采用什么样的加料方式

（3）（3）如用间歇反应器，又应采用什么样的加料方式

解：对于复合反应，选择的原则主要是使目的产物R的最终收率或选择性最大，根据动力学特征，其瞬时选择性为：

由此式可知要使S最大，C

A 越小越好，而C

B

越大越好，而题意又给出R与B极

难分离，故又要求C

B

不能太大，兼顾二者要求：

（1）原料配比，如果R与B极难分离为主要矛盾，则除去第二个反应所消耗的A量外，应按第一个反应的化学计量比配料，而且使B组分尽量转化。

（2）若采用PFR，应采用如图所示的加料方式，即A组分沿轴向侧线分段进料，而B则在入口处进料。

（3）如用半间歇反应器，应采取B一次全部加入，然后慢慢加入A组分，直到达到要求的转化率为止。

在管式反应器中400℃等温下进行气相均相不可逆吸热反应，该反应的活化能等于mol。现拟在反应器大小，原料组成及出口转化率均保持不变的前提下（采用等温操作），增产35%，请你拟定一具体措施（定量说明）。设气体在反应器内呈活塞流。

解：题意要求在反应器大小，原料组成和出口转化率均保持不变，由下式：

可知，Q

与反应速率常数成正比，而改变反应温度又只与k有关，所以，提高反应温度可使其增产。具体值为:

解此式可得：T

2

=。即把反应温度提高到下操作，可增产35%。

根据习题所给定的条件和数据，改用活塞流反应器，试计算苯酚的产量，并比较不同类型反应器的计算结果。

解：用活塞流反应器：

将已知数据代入得：

解得：，所以苯酚产量为：

由计算可知改用PFR的苯酚产量远大于全混流反应器的苯酚产量，也大于间歇式反应器的产量。但间歇式反应器若不计辅助时间，其产量与PFR的产量相同（当然要在相同条件下比较）。

根据习题所给定的条件和数据，改用活塞流反应器，反应温度和原料组成均保持不变，而空时与习题（1）的反应时间相同，A的转化率是否可达到95%R 的收率是多少

解：对于恒容过程，活塞流反应器所需空时与间歇反应器的反应时间相同，所以A的转化率是可以达到95%的。R的收率与间歇反应器时的收率也相同，前已算出收率为%。

根据习题所给定的条件和数据，改用活塞流反应器，试计算：（1）所需的反应体积；（2）若用两个活塞流反应器串联，总反应体积是多少

解：（1）用PFR时所需的反应体积：

（2）若用两个PFR串联，其总反应体积与（1）相同。

在管式反应器中进行气相基元反应：，加入物料A为气相，B为液体，产物C为气体。B在管的下部，气相为B所饱和，反应在气相中进行。

已知操作压力为×105Pa，B的饱和蒸汽压为×104Pa，反应温度340℃，反应速率常数为102m3/，计算A的转化率达50%时，A的转化速率。如A的流量为min，反应体积是多少

解：此反应为气相反应，从化学计量方程式看，是变容反应过程，但气相中p

B

为常数，故可看成恒容过程。假定为理想气体，其中：

当X

A

=50%时，A的转化速率为：

当时，

所以，

此时所需反应体积为：

在一活塞流反应器中进行下列反应：

两反应均为一级，反应温度下，k

1=，k

2

=。A的进料流量为3m3/h,其中不含P和

Q，试计算P的最高收率和总选择性及达到最大收率时所需的反应体积。

解：对一级连串反应可得如下关系是：

(A)

若求最高收率，即令：

，可得到：

将(X

A )

m

代入（A）式得最高收率：

P的总选择性：

达到最大收率时的反应体积为：液相平行反应：

式中为化学计量系数。目的产物为P。

（1）（1）写出瞬时选择性计算式。

（2）（2）若，试求下列情况下的总选择性。

（a）（a）活塞流反应器C

A0=C

B0

=10kmol/m3,C

Af

=C

Bf

=1kmol/m3；

（b）（b）连续釜式反应器，浓度条件同（a）；

（c）（c）活塞流反应器，反应物A和B的加入方式如下图所示。反应物A从反应器的一端连续地加入，而B则从不同位置处分别连续加入，

使得器内处处B的浓度均等于1kmol/m3,反应器进出口处A的浓度分

别为19和1kmol/m3。

解：（1）设A为关键组分，目的产物P的瞬时选择性为：

(2)若，求下列情况下的总选择性。

（a）活塞流反应器,因为C

A0=C

B0

,其化学计量系数相同，所以C

A

=C

B

，则有，因此

(b)连续釜式反应器

(c)PFR,且B侧线分段进料，器内B的浓度均等于1kmol/m3,则

在活塞流反应器中等温等压（×104Pa）下进行气相反应:

式中P

A

为A的分压Pa，原料气含量A10%（mol），其余为惰性气体。若原料气处理量为1800标准m3/h，要求A的转化率达到90%，计算所需的反应体积及反应产物Q的收率。

解：此反应为复合反应系统，一般需要多个物料衡算式联立求解，方能解决问题。但这里三个平行反应均为一级，可简化处理。其组分A的总转化速率为：

又为变容过程：

其中，所以有

所需反应体积为：

产物Q的收率：

在充填钒催化剂的活塞流反应器中进行苯（B）氧化反应以生产顺丁烯二酸酐（MA）：

这三个反应均为一级反应，反应活化能（kJ/mol）如下：

E

1=70800,E

2

=193000,E

3

=124800

指前因子（kmol/）分别为

A

1=,A

2

=×108,A

3

=

反应系在×105Pa和704K等温进行。原料气为苯蒸汽与空气的混合气，其中含

苯%（mol）。现拟生产顺丁烯二酸酐1000kg/h,要求其最终收率为42%。假设（1）可按恒容过程处理；（2）可采用拟均相模型。试计算

（1）苯的最终转化率；

（2）原料气需用量；

（3）所需的催化剂量。

解：（1）由题意知：

，解之得：

或：

且：

解此一阶线性微分方程有：

已知：

代入上式化简得到：

通过试差求出：

（2）原料气需用量。由收率定义知：

总原料气为：

（3）欲使X

B

达到%，所需催化剂量由物料衡算式求得：

（1）写出绝热管式反应器反应物料温度与转化率关系的微分方程；

（2）在什么情况下该方程可化为线性代数方程，并写出方程。回答问题（1），（2）时必须说明所使用的符号意义；

（3）计算甲苯氢解反应的绝热温升。原料气温度为873K，氢及甲苯的摩尔比为

5。反应热△H

298

=-49974J/mol。热容（J/mol K）数据如下：

H

2:C

P

= CH

4

: C

P

=+

C

6H

6

: C

P

=+ C

6

H

5

CH

3

: C

P

=+

（4）在（3）的条件下，如甲苯最终转化率达到70%，试计算绝热反应器的出口温度。

解：（1）绝热管式反应器反应物料温度T与转化率X

A

的微分方程：

(A)

式中为基准温度下的热效应；C

pt

为反应物料在基准温度下与反应温度T之间的

热容；w

A0为组分A的初始质量分率；M

A

为组分A的分子量。

（2）如果不考虑热容C

pt

随物料组成及温度的变化，即用平均温度及平均组成下的热容代替，则积分(A)式得：

(B)

式中：T

0为反应入口；X

A0

为初始转化率：

此时（A）式化为线性方程。当X

A0

=0时，又可写成：

（3）求绝热温升。已知T

0=873K,X

A0

=0,A表示关键组分甲苯，其初始摩尔分率

y

A0

=1/6,为计算方便将(B)式改写成：

(C)

此时是以摩尔数为基准的。选入口T

为基准温度，需求出反应热，以转化1mol 甲苯为计算基准，则有：

从基准温度T

到出口温度反应物料的平均热容为：

(D)

式中各组分热容为各组分从基准温度至出口温度的平均热容。其绝热温升：

(E)

因为反应出口未知，所以需将(C),(D)及(E)式联立试差求解得：

（4）在（3）的条件下，当X

A

=时，绝热反应器的出口温度：

氨水（A）与环氧乙烷（B）反应以生产一乙醇胺(M)，二乙醇胺(D)及三乙醇胺，反应如下：

反应速率方程为：

该反应系在等温下进行，目的产物为一乙醇胺。

（1）（1）请你提出原料配比的原则，并说明理由。

（2）（2）选定一种合适的反应器型式和操作方式。

（3）（3）根据（2）的结果，说明原料加入方式。

（4）（4）反应时间是否有所限制为什么

解：（1）若提出原料配比原则，应分析其动力学特征。这里以B为关键组分，目的产物M的瞬间选择性：

由此看出C

A 增大时，则S也增大，无疑，相对来说C

B

减少。也就是说配比原则

是：允许的条件下，尽量使A过量。

（2）根据（1）的结果，可选活塞流反应器，并使B从侧线分段进料，而A从进口进料，采用连续操作，如图所示：

（3）加料方式如（2）中的图示。

（4）反应时间即停留时间有限制，因为目的产物M为中间产物，存在最佳收率，为达到最大收率，须控制最佳反应时间。

现有反应体积为1m3的活塞流反应器两个，拟用来分解浓度为m3的过氧化氢异丙苯溶液以生产苯酚和丙酮。该反应为一级不可逆反应，并在86℃等温下进行，此时反应速率常数等于。过氧化氢异丙苯溶液处理量为min。试计算下列各种情况下过氧化氢异丙苯溶液的转化率。

（1）（1）两个反应器串联操作；

（2）（2）两个反应器并联操作，且保持两个反应器的原料处理量相同，即均等于 m3/min；

（3）（3）两个反应器并联操作，但两者原料处理量之比为1：2，即一个为 m3/min，另一个则为 m3/min；

化学反应工程习题答案

第7章化学反应工程习题答案 7-1 试述物理吸收与化学吸收的区别。 解：对于物理吸收过程*=A A A P H C 0 对于化学吸收过程* * +=A A B A P P C C αα10 ,式中A KH =α，其中K 为化学平衡常 数；0B C 为吸收剂中的活性组分浓度；0A C 是与A 组分分压*A P 平衡的气体浓度；A H -A 组分溶解度系数。从以上两式可以看出物理吸收和化学吸收区别如下： 1．物理吸收气体溶解度与气体压力呈正比关系，化学吸收呈渐近线关系，当分压较高时，气体溶解度趋近化学计量的极限，因此为了减低能耗，导致操作方式不同，压力较低宜采用化学吸收，压力较高宜采用物理吸收。 2．热效应不同，物理吸收热效应较小，每摩尔数千焦耳，而化学吸收可达数万焦耳。导致吸收剂的再生方式不同，物理吸收过程吸收剂减压再生为主，化学吸收过程的吸收剂再生除减压外还需加热。 3．物理吸收选择性主要体现各种气体在溶解度系数的差异，而化学吸收取决于A KH =α，由于化学反应特定性，吸收选择性不同。化学吸收选择性高于物理吸收。 7-2解释下列参数的物理意义：无因次准数M 、增大因子β及液相利用率η。分别写出一级不可逆和二级不可逆反应无因次准数M 的计算式。 解：无因次准数M 的物理意义 通过液膜传递速率 液膜内的化学反应速率 增大因子β的物理意义为速率 单纯物理吸收时的传质过气液界面的传质速率 液膜内有化学反应时通 液相利用率η的物理意义为的反应速率液相均处于界面浓度下吸收速率 对于一级不可逆反应211L AL L L k k D k k M ==δ 对于二级不可逆反应2 2L BL AL k C k D M = 7-3 纯二氧化碳与氢氧化钠水溶液进行反应，假定液相上方水蒸气分压可不 计，试按双膜模型绘出气相及液相二氧化碳浓度分布示意图。 解： 气模 液膜 P CO2,g P CO2,i C CO2,i C CO2,L

化学反应工程第一章习题答案

第一章习题 1 化学反应式与化学计量方程有何异同?化学反应式中计量系数与化学计量方程中的计量系数有何关系? 答：化学反应式中计量系数恒为正值，化学计量方程中反应物的计量系数与化学反应式中数值相同，符号相反，对于产物二者相同。 2 何谓基元反应?基元反应的动力学方程中活化能与反应级数的含义是什么? 何谓非基元反应?非基元反应的动力学方程中活化能与反应级数含义是什么? 答：如果反应物严格按照化学反应式一步直接转化生成产物，该反应是基元反应。基元反应符合质量作用定律。基元反应的活化能指1摩尔活化分子的平均能量比普通分子的平均能量的高出值。基元反应的反应级数是该反应的反应分子数。一切不符合质量作用定律的反应都是非基元反应。非基元反应的活化能没有明确的物理意义，仅决定了反应速率对温度的敏感程度。非基元反应的反应级数是经验数值，决定了反应速率对反应物浓度的敏感程度。 3 若将反应速率写成t c r d d A A - =-，有什么条件? 答：化学反应的进行不引起物系体积的变化，即恒容。 4 为什么均相液相反应过程的动力学方程实验测定采用间歇反应器? 答：在间歇反应器中可以直接得到反应时间和反应程度的关系，而这种关系仅是动力学方程的直接积分，与反应器大小和投料量无关。 5 现有如下基元反应过程，请写出各组分生成速率与浓度之间关系。 (1)A+2B ?C A+C ? D (2)A+2B ?C B+C ?D C+D →E (3)2A+2B ?C

A+C ?D 解 (1) D 4C A 3D D 4C A 3C 22 B A 1C C 22B A 1B D 4C A 3C 22 B A 1A 22c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-= (2) E 6D C 5D 4C B 3D E 6D C 5D 4C B 3C 22 B A 1C D 4C B 3C 22 B A 1B C 22B A 1A 22c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r +--=+-+--=+-+-=+-= (3) D 4C A 3D D 4C A 3C 22B 2A 1C C 22B 2A 1B D 4C A 3C 22B 2A 1A 2222c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-= 6 气相基元反应A+2B →2P 在30℃和常压下的反应速率常数k c =2.65× 104m 6kmol -2s -1。现以气相分压来表示速率方程，即(?r A )=k P p A p B 2 ，求k P =?（假定气体为理想气体） 解 () 3 -1-363 111 2643c P 2 B A p A 2 B A c 2 B A c A 1264c kPa s m kmol 10655.1K 303K kmol kJ 314.8s kmol m 1065.2)(s kmol m 1065.2K 30330273--------??=???= ==-? ? ? ??==-= ?==+=RT k k p p k r RT p RT p k c c k r RT p c k T

化学反应工程课后答案

1 绪 论 1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应： 进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比），反应 后甲醇的转化率达72%，甲醛的收率为69.2%。试计算 （1） （1） 反应的选择性； （2） （2） 反应器出口气体的组成。 解：（1）由（1.7）式得反应的选择性为： （2）进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比）， A P 出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数n A 、n P 和n c 分别为： n A =n A0(1-X A )=7.672 mol n P =n A0Y P =18.96 mol n C =n A0(X A -Y P )=0.7672 mol 结合上述反应的化学计量式，水（n W ）、氧气（n O ）和氮气（n N ）的摩尔数分别为： n W =n W0+n P +2n C =38.30 mol n O =n O0-1/2n P -3/2n C =0.8788 mol n N =n N0=43.28 mol 1. 1. 2其主副反应如 下： 由于化学平衡的限制，反应过程中一氧化碳不可能全部转化成甲醇，为了提高原料的利用率，生产上采用循环操作，即将反应后的气体冷却，可凝组份变为液体即为粗甲醇，不凝组份如氢气及一氧化碳等部分放空，大部分经循环压缩 原料气 Bkg/h 粗甲醇 Akmol/h

100kmol 放空气 体 原料气和冷凝分离后的气体组成如下：（mol） 组分原料气冷凝分离后的气体 CO 26.82 15.49 H 2 68.25 69.78 CO 2 1.46 0.82 CH 4 0.55 3.62 N 2 2.92 10.29 粗甲醇的组成为CH 3OH 89.15%,(CH 3 ) 2 O 3.55%,C 3 H 9 OH 1.10%,H 2 O 6.20%,均为 重量百分率。在操作压力及温度下，其余组分均为不凝组分，但在冷凝冷却过程中可部分溶解于粗甲醇中，对1kg粗甲醇而言，其溶解量为CO 2 9.82g,CO 9.38g,H 2 1.76g,CH 4 2.14g,N 2 5.38g。若循环气与原料气之比为7.2（摩尔比）， 试计算： （1）（1）一氧化碳的单程转换率和全程转化率； （2）（2）甲醇的单程收率和全程收率。 解：（1）设新鲜原料气进料流量为100kmol/h，则根据已知条件，计算进料原料 i i i i i m i i 。 M’ m =∑y i M i =9.554 又设放空气体流量为Akmol/h，粗甲醇的流量为Bkg/h。对整个系统的N 2 作衡算 得： 5.38B/28×1000+0.1029A=2.92 (A) 对整个系统就所有物料作衡算得： 100×10.42=B+9.554A (B) 联立（A）、（B）两个方程，解之得 A=26.91kmol/h B=785.2kg/h 反应后产物中CO摩尔流量为

化学反应工程原理(华东理工大学版)第二版第八章答案

化学反应工程原理(华东理工大学版)第二版第八章答案 篇一：化学反应工程原理(华东理工大学版)第三章华东版3-1 解：cA0kt?xA1?xA ?1把数据代入得cA0k?0.2min 当xA=0.75时解得t=15min 所以，增加的时间为15-5=10min 3-2 解：?1?xA?1?nn?1?1??n?1?cA0kt （式A）把xA=0.75和t=10min代入解得cA0k?0.1 再把t=30min代入（式A）解得xA=1.25 所以，转化率应为 1 3-3 解：设反应动力学方程为：? 则?1?xA?1?nn?1dcAn ?kcAdtn?1?1??n?1?cA0kt，且cA0=1 ?1?0.8??1??n?1?k8因此有 1?n?1?0.9??1??n?1?k18 解得：n=2;k=0.5L/mol·min 3-4 1）计算进料中酸、醇和水的摩尔浓度cA0、cB0、cS0（注意进料中水的浓度cS0不为0）。 2）列出当酸的转化率为xA时，各组分浓度的表示式： -11?n cA?cA0?1?xA? cB?cB0?cA0xA cR?cA0xA cS?cS0?cA0xA 3)将上列各式及各组分初浓度代入反应速率式，整理得 dxA2 ??7.93?10?6?10.2?20.1xA?2.58xA?dt 4）计算转化率达35%所需的时间为 t??0.35 0dxA ?627.93?1010.2?20.1xA?2.58xA上述积分可查积分表用公式计算，也可用MATLAB语言的quad解算子计算，结果为 t?7153s?2h 5）计算所需反应器体积。先计算每天的反应批数，再计算每m3反应体积每天的生产量，然后再计算达到要求产量所需反应器体积。答案为 VR=51.9m3 3-5 1)设酯的平衡转化率为xAe，将平衡时各组分浓度代入化学平衡方程得：21.1512xAe?0.219 1.1511?xAe48.76?1.151xAe化简整理上述方程并求解得xAe?90.8% 2）此题解法与3-4中的步骤2～4相同，答案为t=276min 3）此时各组分的浓度为酯：0.207mol/L；水：47.816 mol/L；醇、酸：0.910 mol/L；反应物系的组成为酯：0.414%；水：95.80%；醇、酸：1.82%； 3-6 对可逆放热反应，当反应温度过低时，因反应速率过低转化率偏低，当反应温度过高时，转化率又会受化学平衡的限制。所以，对一定的平均停留时间都存在一能达到最高转化率的最优反应温度。对本题此最优反应温度可用解析法求解。 1）列出反应器的物料衡算方程 qV?cA0?cA??VR??rA? 将反应动力学方程代入，整理后可得xA?k?T??1???k?T??k??T???? 式（A）2）对上式求导，并令导数为零 ?dkdk??dk???1??k?k?????k??????dTdTdTdxA?? ?2dT?1??k?k?????? dkkE将上式展开，并将代入，化简后可得 ?2dTRT ???E2E1?ln?? RT?k20?E2?E1? 于是Topt??E2 ??E1Rln??k?E?E2021????12405 ?325K

化学反应工程第五章习题课

第五章 习题课 1. 异丙苯在催化剂上脱烷基生成苯，如催化剂为球形，密度为ρP =1.06kg ·m -3 ，空隙率 εP =0.52，比表面积为S g =350m 2g -1，求在500℃和101.33kPa ，异丙苯在微孔中的有效扩 散系数，设催化剂的曲折因子τ=3，异丙苯?苯的分子扩散系数D AB =0.155cm 2s -1 。 解 1 233 P e 1 233K AB 12370 K 93 P g P V g 0s cm 10145.13 10608.652.0s cm 10608.610902.61155.011 111s cm 10902.612015.27350010606.548504850m 10606.51060 1035052 .0444 ----------?=??==?=?+ =+=?=+??==?=???== =τερεD D D D D M T d D S S V d 2. 在30℃和101.33kPa 下，二氧化碳向镍铝催化剂中的氢进行扩散，已知该催化剂的孔 容为V P =0.36cm 3g -1，比表面积S P =150m 2g -1，曲折因子τ=3.9，颗粒密度ρS =1.4g ·cm -3 ， 氢的摩尔扩散体积V B =7.4cm 3mol -1，二氧化碳的摩尔扩散体积V A =26.9 cm 3mol -1 ，试求二氧化碳的有效扩散系数。 解 () 1 22 3 /13/15 .05 .1231 B 31A 5 .0B A 5.1AB 13B 113A 1A s cm 6798.007.79.263.1012144115.303436 .011436.0mol cm 07.7,kmol kg 2mol cm 9.26,kmol kg 44-----=+? ?? ??+=??? ??+???? ??+==?==?=V V p M M T D V M V M B 1 2127074 0s cm 0120.00122 .01 6978.011 s cm 0122.044 15.303106.948504850cm 106.910 15036 .044 ----=+ = =??===?=??= =D M T d D S V d K g g 1 2P e S g P s cm 00155.09 .3012.0504.0504 .04.136.0-=?===?==τερεD D V 3. 在硅铝催化剂球上，粗柴油催化裂解反应可认为是一级反应，在630℃时，该反应的速 率常数为k =6.01s -1，有效扩散系数为D e =7.82╳10-4cm 2s -1 。，试求颗粒直径为3mm 和1mm 时的催化剂的效率因子。 解

《化学反应工程》试题和答案基础部分

《化学反应工程》试题库 一、填空题 1. 质量传递、热量传递、动量传递和和化学反应称为三传一 反? 2. 物料衡算和能量衡算的一般表达式为输入-输出二累 积_____________ 。 3. 着眼组分A 转化率X A的定义式为 X A=( n A—n A)/ _____________ 。 4. 总反应级数不可能大于￡—。 5. 反应速率-r A=kC A C B的单位为kmol/(m3? h).速率常数k的因次为 nV(kmol ? h ) 。 6. 反应速率-r A=kC A的单位为kmol/kg ? h.速率常数k的因次为mVkg ? h 。 7. 反应速率.kc A/2的单位为mol/L ? s.速率常数k的因次为 (mol) 1/2? L-1/2? s 。 8. 反应速率常数k与温度T的关系为lnk 10000 102.其活化能为 T mol 。 9. 某反应在500K时的反应速率常数k是400K时的103倍.则600K

时的反应速率常数k时是400K时的10 5倍。 10. 某反应在450C时的反应速率是400C时的10倍.则该反应的活化 能为（设浓度不变）mol 。 11. 非等分子反应2SO+Q==2SQ的膨胀因子sq等于________ 。 12. 非等分子反应N2+3H2==2NH的膨胀因子H2等于-2/3 。 13. 反应N b+3H2==2NH中（& ）= 1/3 （仏）二1/2 扁3 14. 在平推流反应器中进行等温一级不可逆反应.反应物初浓度为G°. 转化率为X A.当反应器体积增大到n倍时.反应物A的出口浓度为 C A0（1-X A）n . 转化率为1-（1- X A”。 15. 在全混流反应器中进行等温一级不可逆反应.反应物初浓度为C A0. 转化率为X A.当反应器体积增大到n倍时.反应物A的出口浓度为 匚些.转化率为nxA—。 1 （n 1）X A 1 （n 1）X A 16. 反应活化能E越大.反应速率对温度越敏感。 17. 对于特定的活化能.温度越低温度对反应速率的影响越大。 18. 某平行反应主副产物分别为P和S选择性S的定义为（n P-g）/ (n s- n s0)

化学反应工程原理(华东理工大学版)第四章答案

华东版-- 4-1 解：由反应可知膨胀率为：2111 A ε-== 反应速率可写成：()1111A A A A A A x x p p r k k RT x RT x ε??---== ?++?? 00A p F v RT = 反应器容积可写成： 00001111Af Af x x A A A A A A A F v x x RT V dx dx k p x k x ++==--?? ()00003 210.8/36000.8/36000.52ln 0.50.4/36000.4/36001.77Af Af x x A A A v v V dx dx k k x V m -=- --=-?-?=?? 4-2 由反应可知膨胀率为：320.52 A ε-== 反应速率可写成：()11110.5A A A A A A x x p p r k k RT x RT x ε??---== ?++?? 反应器容积可写成： []000000003 10.51111 1.5210.40.0082049730.50.8 1.5ln 0.20.970.160 32.92 2.01 1.1Af Af Af Af x x A A A A A A A x x A A A A A F v x x RT V dx dx k p x k x F F RT RT V dx dx k p k p x V m ++==---=- --??=-?-??=?=?? ?? 4-3 解：

()() ()0311ln 110.980.19.92105ln 0.9812473A A A A A M x c k M M x x x s τττ-+-=+--??=--= 4-4 解：0.900A A A dx c kp τ=? A A p c RT = 膨胀率为：320.52 A ε-== () 0110.5A A A A c x c x -=+ 所以： ()()()0.9000.9010.511 1.5ln 10.513.2A A A A A A x c dx kRT x x x kRT s τ+=-=---∣??? ?=? 4-5 解： () ()00630030011ln 10.294100.312.88.314828 1211ln ln 18.210.2712.810.95 R A A A A A A R A A V F kc x p c mol m RT F V m kc x -=-??===??===-?- 4-6 解：假设反应为二级反应，则011A A k c c τ-= 把数据代入，可得： 1124;10.041 k k -== 114;10.21 k k -== 11;10.51 k k -==

《化学反应工程》第五版(朱炳辰)课后习题答案

第一章 1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应： 3222CH OH O 2HCHO 2H O +→+ 32222CH OH 3O 2CO 4H O +→+ 进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比），反应后甲醇的转化率达72%，甲醛的收率为69.2%。试计算 （1） （1） 反应的选择性； （2） （2） 反应器出口气体的组成。 解：（1）由（1.7）式得反应的选择性为： 0.629Y S 0.961196.11% X 0.720==== （2）进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比）， A P 出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数n A 、n P 和n c 分别为： n A =n A0(1-X A )=7.672 mol n P =n A0Y P =18.96 mol n C =n A0(X A -Y P )=0.7672 mol 结合上述反应的化学计量式，水（n W ）、氧气（n O ）和氮气（n N ）的摩尔数分别为： n W =n W0+n P +2n C =38.30 mol n O =n O0-1/2n P -3/2n C =0.8788 mol n N =n N0=43.28 mol

1. 1. 2工业上采用铜锌铝催化剂由一氧化碳和氢合成甲醇，其主副反应如下： 23CO 2H CH OH +? 23222CO 4H (CH )O H O +?+ 242CO 3H CH H O +?+ 24924CO 8H C H OH 3H O +?+ 222CO H O CO H +?+ 由于化学平衡的限制，反应过程中一氧化碳不可能全部转化成甲醇，为了提高原料的利用率，生产上采用循环操作，即将反应后的气体冷却，可凝组份变为液体即为粗甲醇，不凝组份如氢气及一氧化碳等部分放空，大部分经循环压缩 Bkg/h 粗甲醇100kmol 放空气体 原料气和冷凝分离后的气体组成如下：（mol ） 组分 原料气 冷凝分离后的气体 CO 26.82 15.49 H 2 68.25 69.78 CO 2 1.46 0.82 CH 4 0.55 3.62 N 2 2.92 10.29 粗甲醇的组成为CH 3OH 89.15%,(CH 3)2O 3.55%,C 3H 9OH 1.10%,H 2O 6.20%,均为重量百分率。在操作压力及温度下，其余组分均为不凝组分，但在冷凝冷却过程中可部分溶解于粗甲醇中，对1kg 粗甲醇而言，其溶解量为CO 2 9.82g,CO 9.38g,H 2 1.76g,CH 4 2.14g,N 25.38g 。若循环气与原料气之比为7.2（摩尔比），试计算： （1） （1） 一氧化碳的单程转换率和全程转化率； （2） （2） 甲醇的单程收率和全程收率。 解：（1）设新鲜原料气进料流量为100kmol/h ，则根据已知条件，计算进料原料

《化学反应工程》试题及答案

《化学反应工程》试题 一、填空题 1. 质量传递 、 热量传递 、 动量传递 和化学反应 称为三传一 反. 2. 物料衡算和能量衡算的一般表达式为 输入-输出=累 积 。 3. 着眼组分A 转化率x A 的定义式为 x A =(n A0-n A )/n A0 。 4. 总反应级数不可能大于 3 。 5. 反应速率-r A =kC A C B 的单位为kmol/m 3·h ，速率常数k 的因次为 m 3/kmol ·h 。 6. 反应速率-r A =kC A 的单位为kmol/kg ·h ，速率常数k 的因次为 m 3/kg ·h 。 7. 反应速率2 /1A A kC r =-的单位为mol/L ·s ，速率常数k 的因次为 (mol)1/2·L -1/2·s 。 8. 反应速率常数k 与温度T 的关系为2.1010000lg +-=T k ，其活化能为 mol 。

9. 某反应在500K 时的反应速率常数k 是400K 时的103倍，则600K 时的反应速率常数k 时是400K 时的 105 倍。 10. 某反应在450℃时的反应速率是400℃时的10倍，则该反应的活 化能为（设浓度不变） mol 。 11. 非等分子反应2SO 2+O 2==2SO 3的膨胀因子2 SO δ等于 。 12. 非等分子反应N 2+3H 2==2NH 3的膨胀因子2 H δ等于 –2/3 。 13. 反应N 2+3H 2==2NH 3中（2 N r -）= 1/3 （2 H r -）= 1/2 3 NH r 14. 在平推流反应器中进行等温一级不可逆反应，反应物初浓度为 C A0，转化率为x A ，当反应器体积增大到n 倍时，反应物A 的出口浓度 为 C A0(1-x A )n ，转化率为 1-(1-x A )n 。 15. 在全混流反应器中进行等温一级不可逆反应，反应物初浓度为 C A0，转化率为x A ，当反应器体积增大到n 倍时，反应物A 的出口浓度 为 A A x n x )1(11-+-，转化率为A A x n nx )1(1-+。 16. 反应活化能E 越 大 ，反应速率对温度越敏感。 17. 对于特定的活化能，温度越低温度对反应速率的影响越 大 。 18. 某平行反应主副产物分别为P 和S ，选择性S P 的定义为 (n P -n P0)/ (n S -n S0) 。

化学反应工程第一章习题参考答案

2010级第一章习题参考答案 1-1 在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应：进入反应器的原料气中，甲醇:空气:水蒸气＝2:4:1.3（摩尔比），反应后甲醇的转化率达72％，甲醛的收率为69.2％。试计算：（1）反应的选择性；（2）反应器出口气体的组成 解一：（1）由（1-17）式得反应的选择性为： 0.629 Y S0.961196.11% X0.720 ==== （2）进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比），当进入反应器的总原料量为 设甲醇的转化率为 A P 醛和二氧化碳的摩尔数n A 、n P 和n c 分别为： n A=n A0(1-X A)=7.672 mol n P=n A0Y P=18.96 mol n C=n A0(X A-Y P)=0.7672 mol 结合上述反应的化学计量式，水（n W ）、氧气（n O ）和氮气（n N ）的摩尔数分别为： n W=n W0+n P+2n C=38.30 mol n O=n O0-1/2n P-3/2n C=0.8788 mol n N=n N0=43.28 mol 解二：（1）根据定义：目的产物收率 L A Y= A 消耗于主产物上的关键组分的量进入反应系统的的初始量 目的产物选择率 L A S= A 消耗于主产物上的关键组分的量转化了的关键组分的量 反应物的转化率 A A A x 转化了的关键组分的量＝ 进入反应系统的的初始量 转化率、收率和选择率的关系Y=S A x 已知：x CH3OH = 72% Y HCHO = 69.2% 则 % 11 . 96 % 72 % 2. 69 3 = = = OH CH HCHO x Y S

化学反应工程复习题

《化学反应工程原理》复习思考题 第一章绪论 1、了解化学反应工程的研究内容和研究方法。 2、几个常用指标的定义及计算：转化率、选择性、收率。 第二章化学反应动力学 1、化学反应速率的工程表示，气固相催化反应及气液相非均相反应反应区的取法。 2、反应速率常数的单位及其换算。 3、复杂反应的反应速率表达式（可逆、平行、连串、自催化）。 4、气固相催化反应的步骤及基本特征。 5、物理吸附与化学吸附的特点。 6、理想吸附等温方程的导出及应用（单组分吸附、解离吸附、混合吸附）。 7、气固相催化反应动力学方程的推导步骤。 8、不同控制步骤的理想吸附模型的动力学方程的推导。 9、由已知的动力学方程推测反应机理。 第三章理想间歇反应器与典型化学反应的基本特征 1、反应器设计的基本方程式。 2、理想间歇反应器的特点。 3、理想间歇反应器等温、等容一级、二级反应反应时间的计算及反应器体积的计算。 4、自催化反应的特点及最佳工艺条件的确定及最佳反应器形式的选择。 5、理想间歇反应器最优反应时间的计算. 7、可逆反应的反应速率，分析其浓度效应及温度效应。 8、平行反应选择率的浓度效应及温度效应分析。 9、平行反应反应器形式和操作方式的选择。 10、串连反应反应物及产物的浓度分布，t opt C p.max的计算。 11、串连反应的温度效应及浓度效应分析。 第四章理想管式反应器

1、理想管式反应器的特点。 2、理想管式反应器内进行一级、二级等容、变容反应的计算。 3、空时、空速、停留时间的概念及计算。 4、膨胀率、膨胀因子的定义，变分子数反应过程反应器的计算。 第五章理想连续流动釜式反应器 1、全混流反应器的特点。 2、全混流反应器的基础方程及应用。 3、全混釜中进行零级、一级、二级等温、等容反应时的解析法计算。 4、全混釜的图解计算原理及图解示意。 5、全混流反应器中的浓度分布与返混，返混对反应的影响。 6、返混产生的原因及限制返混的措施。 7、多釜串联反应器进行一级、二级不可逆反应的解析法计算。 8、多釜串联反应器的图解法计算原理。 第七章化学反应过程的优化 1、简单反应过程平推流反应器与全混流反应器的比较及反应器形式的选择。 2、多釜串连反应器串连段数的选择分析。 3、自催化反应反应器的选型分析。 4、可逆放热反应速率随温度的变化规律，平衡温度和最优温度的概念。 5、平行反应选择率的温度效应及浓度效应分析，反应器的选型，操作方式的确定。 6、串连反应影响选择率和收率的因素分析，反应器的选型及操作方式的确定。 7、平推流与全混釜的组合方式及其计算。 第八章气固相催化反应过程的传递现象 1、气固相催化反应的全过程及特点。 2、等温条件下催化剂颗粒的外部效率因子的定义。 3、外扩散、内扩散对平行反应、连串反应选择性的影响分析。 4、气体流速对外扩散的影响分析。 5、等温条件下催化剂颗粒的内部效率因子的定义。

2012 化学反应工程(第三版化学工业出版社)期末复习题

化学反应工程复习题 一．选择题 1．可逆放热反应，在转化率一定时，反应速率随温度升高而( ) Ａ．降低Ｂ.升高Ｃ.A、B均可能Ｄ.同可逆吸热反应 2．可逆吸热反应，在转化率一定时，反应速率随温度升高而( ) Ａ．降低Ｂ.升高Ｃ.A、B均可能Ｄ.同可逆吸热反应 3.不可逆反应，在转化率一定时，反应速率随温度升高而( ) Ａ．降低Ｂ.升高Ｃ.A、B均可能Ｄ.同可逆吸热反应 4．当瞬时选择性随关键组分转化率增大而单调增加时， 收率顺序： A、间歇釜＜多个连续釜串联＜单一连续釜 B、多个连续釜串联＞间歇釜＞单一连续釜 C、间歇釜＞单一连续釜＞多个连续釜串联 D、间歇釜＞多个连续釜串联＞单一连续釜5．当瞬时选择性随关键组分转化率增大而单调下降时， 收率顺序： A、间歇釜＜多个连续釜串联＜单一连续釜 B、多个连续釜串联＞间歇釜＞单一连续釜 C、间歇釜＞单一连续釜＞多个连续釜串联 D、间歇釜＞多个连续釜串联＞单一连续釜 6、正常动力学，转化速率-RA随XA增加而降低。 A、多釜串联比单釜有利，总反应体积小于单釜体积。 B、多釜串联比单釜有利，总反应体积大于单釜体积。 C、单釜比多釜串联有利，单釜的反应体积小于串联釜的总体积。 D、单釜比多釜串联有利，单釜的反应体积小于串联釜的总体积。 7、反常动力学，转化速率-RA随XA增加而增加。 A、多釜串联比单釜有利，总反应体积小于单釜体积。 B、多釜串联比单釜有利，总反应体积大于单釜体积。 C、单釜比多釜串联有利，单釜的反应体积小于串联釜的总体积。 D、单釜比多釜串联有利，单釜的反应体积大于串联釜的总体积。 8、下列叙述正确的是（） A、对于可逆吸热反应，反应速率随XA的变化升高而升高 B、对于可逆放热反应，反应速率随XA的变化升高而升高 C、对于可逆吸热反应，存在最佳温度Top D、对于可逆放热反应，存在最佳温度Top 9、下列叙述正确的是（） A、对于可逆吸热反应(温度一定)，反应速率随XA的变化升高而降低 B、对于可逆放热反应(温度一定) ，反应速率随XA的变化升高而升高 C、对于可逆吸热反应，存在最佳温度Top D、对于可逆放热反应，不存在最佳温度Top 1. 化学反应工程中的“三传一反”中的三传是指传质 2. 一级连串反应，在平推流反应器中，为提高目的产物的收率，应k2/k1。（增高或降低）。 3. 停留时间分布的两个函数间的关系是停留时间在0～∞间的物料占总物料的分率应为。 4. 对于循环操作的平推流反应器，当循环比0时为反应器，而当∞时则相当于反应器。 5. 若一级反应的反应速率rA采用kmol/（m3·s）为单位，浓度采用kmol/m3为单位，则k 的单位为，若反应速率以kmol/(kg·s)表示，则k的单位为 6. 如果将管式反应器出口的产物部分返回到入口处与原始物料混合，这类反应器为

化学反应工程原理第二版(华东理工大学版)第三章答案

解：01A A A x c kt x = - 把数据代入得100.2m in A c k -= 当x A =0.75时解得t=15min 所以，增加的时间为15-5=10min 3-2 解：() ()11 0111n n A A x n c kt ---=+- （式A ） 把x A =0.75和t=10min 代入解得1 0.1n A c k -= 再把t=30min 代入（式A ）解得x A =1.25 所以，转化率应为1 3-3 解：设反应动力学方程为：n A A dc kc dt -= 则()()11 0111n n A A x n c kt ---=+-，且c A0=1 因此有 ()()() ()1110.811810.91118 n n n k n k ---=+--=+- 解得：n=2;k=0.5L/mo l ·min -1 3-4 1）计算进料中酸、醇和水的摩尔浓度c A0、c B0、c S0（注意进料中水的浓度c S0不为0）。 2）列出当酸的转化率为x A 时，各组分浓度的表示式： ()0000001A A A B B A A R A A S S A A c c x c c c x c c x c c c x =-=-==+ 3)将上列各式及各组分初浓度代入反应速率式，整理得 ()6 2 7.9310 10.220.1 2.58A A A dx x x dt -=-?-+ 4）计算转化率达35%所需的时间为 () 0.356 20 7.9310 10.220.1 2.58A A A dx t x x -= ?-+? 上述积分可查积分表用公式计算，也可用MA TLAB 语言的quad 解算子计算，结果为 71532t s h =≈ 5）计算所需反应器体积。先计算每天的反应批数，再计算每m 3反应体积每天的生产量，然后再计算达到要求产量所需反应器体积。答案为 V R =51.9m 3

化学反应工程基本概念

第一章 1. 化学反应工程是一门研究 (化学反应个工程问题)的科学。 2. 所谓数学模型是指 (用数学方法表达各变量间的关系)。 3. 化学反应器的数学模型包括 （动力学方程式、 物料横算式子、 热量衡算式、 动量衡算式 和 参数计算式） 4. 所谓控制体积是指 （能把反应速率视作定值的最大空间范围）。 5. 模型参数随空间而变化的数学模型称为 （ 分布参数模型）。 6. 模型参数随时间而变化的数学模型称为 （非定态模型）。 7. 建立物料、热量和动量衡算方程的一般式为 (累积量=输入量-输出量)。 第二章 1. 均相反应是指 (在均一的液相或气相中进行的反应)。 2. 对于反应aA + bB → pP + sS ，则r P =( p/a )r A 。 3.着眼反应物A 的转化率的定义式为(转化率Xa=转化了的物料A 的量/反应开始的物料A 的量)。 4. 产物P 的收率ΦP 与得率ХP 和转化率x A 间的关系为( Xp/Xa )。 5. 化学反应速率式为r A =k C C A αC B β，用浓度表示的速率常数为k C ，假定符合理想气体状态方 程，如用压力表示的速率常数k P ，则k C =[ (RT)的a+B 次方]k P 。 6.对反应aA + bB → pP + sS 的膨胀因子的定义式为 （P+S ）-(A+B))/A 。 7.膨胀率的物理意义为 (反应物A 全部转化后系统的体积变化率)。 8. 活化能的大小直接反映了 (反应速率) 对温度变化的敏感程度。 9. 反应级数的大小直接反映了(反应速率) 对浓度变化的敏感程度。 10.对复合反应，生成主产物的反应称为 (主反应)，其它的均为(副反应)。 11. 平行反应A → P 、A → S 均为一级不可逆反应，若E 1＞E 2，选择性S p 与 (A 的浓度) 无关，仅是 (A 的浓度) 的函数。 12. 如果平行反应A → P 、A → S 均为一级不可逆反应，若E 1＞E 2，提高选择性S P 应(提到 温度)。 13. 一级连串反应A → P → S 在平推流反应器中，为提高目的产物P 的收率，应(降 低)k 2/k 1。 14. 产物P 的收率的定义式为 (生成的全部P 的物质的量/反应掉的全部A 的物质的量) 15. 产物P 的瞬时收率φP 的定义式为(生成的物质的量/反应的A 的物质的量) 16. 产物P 的选择性S P 的定义式为(单位时间内产物P 的物质的量/单位时间内生成产物S 的物质的量) 17. 由A 和B 进行均相二级不可逆反应αA A+αB B = αS S ，速率方程为： r A =－dC A /dt=kC A C b 。 求： （1）当C A0/C B0=αA /αB 时的积分式 （2）当C A0/C B0=λ≠αA /αB 时的积分式 18. 反应A → B 为n 级不可逆反应。已知在300K 时要使A 的转化率达到20%需，而在340K 时达到同样的转化率仅需，求该反应的活化能E 。 第三章 1. 理想反应器是指(理想混合反应器 平推流反应器)。 2. 全混流反应器的空时τ是 (反应器容积) 与(进料的体积流量)之比。 3. 全混流反应器的放热速率Q G ={ 00()A A Hr Ft y x ? }。 4. 全混流反应器的移热速率Q r ={ 012()pm Ft C T T - } 5. 全混流反应器的定常态操作点的判据为{ G r Q Q = }。 6. 全混流反应器处于热稳定的定常态操作点的判据为{ G r Q Q = G r dQ dQ dT dT > }。

化学反应工程原理(华东理工大学版)第三章答案

华东版 3-1 解：01A A A x c kt x = - 把数据代入得1 00.2min A c k -= 当x A =0.75时解得t=15min 所以，增加的时间为15-5=10min 3-2 解：() ()11 0111n n A A x n c kt ---=+- （式A ） 把x A =0.75和t=10min 代入解得1 00.1n A c k -= 再把t=30min 代入（式A ）解得x A =1.25 所以，转化率应为1 3-3 解：设反应动力学方程为：n A A dc kc dt -= 则() ()11 0111n n A A x n c kt ---=+-，且c A0=1 因此有()()()()1110.8118 10.91118 n n n k n k ---=+--=+- 解得：n=2;k=0.5L/mo l ·min -1 3-4 1）计算进料中酸、醇和水的摩尔浓度c A0、c B0、c S0（注意进料中水的浓度c S0不为0）。 2）列出当酸的转化率为x A 时，各组分浓度的表示式： ()0000001A A A B B A A R A A S S A A c c x c c c x c c x c c c x =-=-==+ 3)将上列各式及各组分初浓度代入反应速率式，整理得 ()62 7.931010.220.1 2.58A A A dx x x dt -=-?-+ 4）计算转化率达35%所需的时间为 () 0.35 62 7.931010.220.1 2.58A A A dx t x x -=?-+? 上述积分可查积分表用公式计算，也可用MA TLAB 语言的quad 解算子计算，结果为 71532t s h =≈ 5）计算所需反应器体积。先计算每天的反应批数，再计算每m 3反应体积每天的生产量，然

化学反应工程原理(华东理工大学版)第五章答案

华理版 5-1 解：因为是一级反应，对于PTF 反应器有： () 1ln 1A k x τ=-解得k τ=2.30 对于CSTR 反应器有：()1A A x k x τ= - 解得：A x =0.7 5-2 解：依题意得：()0121A A A x c k x τ= - 解得01A c k τ=2 当其它条件不变，而体积是原来的六倍时，02A c k τ=601A c k τ=12 通过()0221A A A x c k x τ=-=12 解得A x =0.75 5-3 解：对管式反应器：() 11ln 0.9161A k x τ==- 对CSTR 反应器有：() 2 2.3331A A x k x τ= =- 根据阿累尼乌斯公式： 383.610/42310R k k e -?= ； 3283.610/20T R k k e -?= 3 2383.610/0283.610/42310 2.55T R R k e k k k e -?-?== T 2=440K 5-4 解： 5-5 解：假设反应为n 级，则：

500010.10.920.1500010.250.75150.25n n A n n A kc k kc k -==-== 解得n=2，所以有： /286200.10.00036E R k e -= /357200.10.00225E R k e -= 解得E=21.87kJ 5-6 解： 每天的醋酸丁酯的物质的量为2400/116=20.69kmol 每小时醋酸丁酯的物质的量为20.69/（24×60）=0.0144 kmol/min 所以每小时醋酸的物质的量流量为0.0144×2=0.0288 kmol/min 丁醇每小时物质的量流量为0.0288×4.97=0.143kmol/min v 0为（0.0288×60+0.143×74）÷0.75=16.41L/min c A0=1.756×10-3 kmol/L 假设反应器的体积为V ，则 () 3 2300.51.7561016.4117.40.51.75610V V v --??==??? V=1074L=1.074m 3 5-7 证明：010********A A A Af c V v k c V c v k c ??=- ??? ??=- ? ??? （式A ） 000112111A A A Af v c v c V V k c k c ????+=-+- ? ? ????? 对上式求导，() 1210A d V V dc +=时，12V V +有最小值。 () 1201012111A A A A A Af d V V v c c c dc k c c ??+--+=+ ? ?? ?=0 解得1A c 把上式代入式A ，可得1200 V V v v =

化学反应工程原理(华东理工大学版)第二版第四章答案

4-1 解：由反应可知膨胀率为：2111A ε-== 反应速率可写成：()1111A A A A A A x x p p r k k RT x RT x ε??---== ?++?? 00A p F v R T = 反应器容积可写成： 00001111Af Af x x A A A A A A A F v x x RT V d x d x k p x k x ++==--?? ()00003210.8/3600 0.8/36000.52ln 0.50.4/3600 0.4/36001.77Af Af x x A A A v v V d x d x k k x V m -=- --=-?-?=?? 4-2 由反应可知膨胀率为：320.52A ε-== 反应速率可写成：()11110.5A A A A A A x x p p r k k RT x RT x ε??---== ?++?? 反应器容积可写成： []00 000000310.51111 1.5210.40.008204973 0.50.8 1.5ln 0.20.970.160 32.92 2.011.1A f A f A f A f x x A A A A A A A x x A A A A A F v x x RT V d x d x k p x k x F F RT RT V d x d x k p k p x V m ++==---=- --??=-?-??=?=???? 4-3 解： ()() ()0311ln 110.980.19.92105ln 0.9812473A A A A A M x c k M M x x x s τττ-+-=+--??=--= 4-4