化学反应工程第二版课后答案
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 3C 22
B
A 1C C
22B A 1B D 4C A 3C 22
B A 1A 22c 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 22B A 1B C
22
B 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
-1-363111
2643
c P 2
B
A p A 2
B A c 2B
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
7 有一反应在间歇反应器中进行，经过8min 后，反应物转化掉80％，经过18min 后，转化掉90％，求表达此反应的动力学方程式。
解
2
A A min 18A0min 8A0A
A A0d d 2
19.019.0181)(21
8.018.081)(11kc t
c kc kc x x c kt =-
=-?==
-?=-?=
为假设正确，动力学方程
8 反应A(g) +B(l)→C(l)气相反应物A 被B 的水溶液吸收，吸收后A 与B 生成C 。反应
动力学方程为：?r A =kc A c B 。由于反应物B 在水中的浓度远大于A ，在反应过程中可视为不变，而反应物A 溶解于水的速率极快，以至于A 在水中的浓度恒为其饱和溶解度。
试求此反应器中液相体积为5m 3时C 的生成量。已知k =1m 3kmol -1hr -1，c B0=3kmol ·m -3
，c A 饱和=0.02 kmol ·m -3，水溶液流量为10m 3hr -1。 解
0.15kmol
5m 0.5hr hr m 0.06kmol 0.5hr
hr 10m 5m hr m kmol 06.0302.013131
33
1
3A B A B A A =???===?=??=-=------C N C r c c c kc r 的生成量器中的停留时间反应时间即液相在反应均为常数
与由已知条件，τ
9
反应O 2H N 2NO 2H 222+→+，在恒容下用等摩尔H 2，NO 进行实验，测得以下数据
总压/MPa 0.0272 0.0326 0.0381 0.0435 0.0543 半衰期/s
265
186
135
104
67
求此反应的级数。
解
()
()
()()
()205
.4644
.4905
.4226
.5580
.5ln 304.1526.1658.1814.1995.1ln 671041351862652715
.02175.01905.01630.01360.02
1
ln ln 115.01ln 15.015
.01
15.01
11d d d d d d 2
1A021A0A02
10A p 12110A p 121p 1A0110A A0A 21p 1A
10A p 1A
A p A A p A A
A0
A
A 2
1t p t p p p t p n n k t p n k t k p p n p p t t t k p p n t
k n p t
p p t
k p p p k t
p n
n n n
n n n
n p p
n p p t n n n
-----=
=-+--=--=--===--=+-=-=-=-
--------+---??总
作图，得直线对A021ln ln p t
Y = A + B * X
Parameter Value Error
A 1.60217 0.01399 三级反应3
≈n
10 考虑反应3P A →，其动力学方程为V
n
k t n V r A A A d d 1=?-
=-试推导在恒容下以总压表示的动力学方程。 解
l n t 1/2
ln p A0
()()
()()()()总总
总总总
总总总p p t
p V RT V p p k t p RT V V p RT V
n RT
V p p n p p p p p p p p n n n t t p p n t p -=-=??? ??---=-=-=
---==A0A0A A0A A0A A
A0A A0A A A0A A0A0A03d d 23d d 21d 2d 23321
2333000P A
11 A 和B 在水溶液中进行反应，在25℃下测得下列数据，试确定该反应反应级数和反应
速度常数。
时间/s
116.8 319.8 490.2 913.8 1188 ∞ c A /kmol ·m -3 99.0 90.6 83.0 70.6 65.3 42.4 c B /kmol ·m -3
56.6
48.2
40.6
28.2
22.9
解
由c A -c B =42.4可知反应应按下列方式A+B →产物进行 设为二级反应
B A A
d d c kc t
c =-
积分得：B A0B0A B0A0ln 1c c c c c c kt -=
以
B
A B0A0ln 1c c
c c -对t 作图若为直线，则假设正确。
由c A0-c B0=42.4整理得数据如下：
t
116.8 319.8 490.2 913.8 1188 B
A
B0A0ln 1c c
c c y -=
0.0132 0.0149 0.0169 0.0216 0.0247
线性回归：
Y = A + B * X
Parameter Value
Error
A 0.01166 1.84643E-4
B 1.08978E-5
2.55927E-7
01166.0100898.15+?=-t y
B
A 5
A 1
135100898.1d d s kmol m 100898.1c c t
c k ----?=-?=
12 丁烷在700℃，总压为0.3MPa 的条件下热分解反应：
C 4H 10→2C 2H 4+H 2 (A) (R) (S)
起始时丁烷为116kg ，当转化率为50%时1A
s MPa 24.0d d -?=-
t
p ，求此时t
y
t n t p d d d d d d A S R -，，。 解
1A R s MPa 48.024.02d d 2d d -?=?=??
?
??-=t p t p
y
t
1S S S t t S R A A A0S S S S A S s kmol 032.03004.24d d 3004d d d d 300
4kmol 4kmol 1kmol 2kmol 15.0kmol 258
116d d d d d d -?=?===?==
=========-=t p t p RT V t n RT
p RT n V n n n n x n p RT
V
n RT V p n t p t p 总，，，时
1A A s 8.024.03
.01
d d 1d d -=?=-=-
t p p t y 总
13 某二级液相不可逆反应在初始浓度为5kmol ·m -3
时，反应到某一浓度需要285s ，初始
浓度为1kmol ·m -3时，反应到同一浓度需要283s ，那么，从初始浓度为5kmol ·m -3
反
应到1kmol ·m -3
需要多长时间？ 解
t =285-283=2s
反应前后体积不变的不可逆反应，已经反应掉的部分不会对反应产生任何影响。反应过程中的任意时刻都可以作为初始时刻和终了时刻。
14 在间歇搅拌槽式反应器中，用醋酸与丁醇生产醋酸丁酯，反应式为：
()()()()
S R B A O H H COOC CH OH H C COOH CH 2943SO H 9434
2+??→?+
反应物配比为：A(mol):B(mol)=1:4.97，反应在100℃下进行。A 转化率达50％需要时间为24.6min ，辅助生产时间为30min ，每天生产2400kg 醋酸丁酯（忽略分离损失），
计算反应器体积。混合物密度为750kg ·m -3
，反应器装填系数为0.75。 解
3
31
31
11
1
1
1i 1.2m 0.75
0.8949
总体积
反应0.8949m 0.910.9834有效体积反应0.91hr
60
54.6
折合54.6min 3024.6总生产时间hr 0.9834m 750
737.5
换算成体积流量hr 737.5kg 634.1103.4总投料量hr 634.1kg 744.97724.1B 4.97:1B :A hr 103.4kg 601.724折算成质hr 1.724kmol 0.5
0.862
的投料量
A ，则50%转化率hr 0.862kmol 116
100
hr 100kg 2400/24R 116 74 60 M S R B A ==?==+=?=+?=??=?=??=?=?=+→+-------器器投料量则量流量产量
15 反应(CH 3CO)2O+H 2O →2CH 3COOH 在间歇反应器中15℃下进行。已知一次加入反应物料
50kg ，其中(CH 3CO)2O 的浓度为216mol ·m -3，物料密度为1050kg ·m -3
。反应为拟一级反
应，速率常数为k =5.708×107 exp(?E /RT ) min -1，E =49.82kJ ·mol -1
。求x A =0.8时，在等温操作下的反应时间。 解
min 6.308.011ln 05252.0111ln 1min 05252.0)288
314.849820
ex p(
10708.5A 1
7=-=-==?-?=-x k t k
16 在100℃下，纯A 在恒容间歇反应器中发生下列气相反应:
2A →R+S
A 组分分压与时间关系见下表:
t /sec 0 20 40 60 80 100 120 140 160 p A /MPa 0.10.09
6 0.080 0.056 0.032 0.018 0.008 0.004 0.002
试求在100℃，0.1MPa 下，进口物流中包含20%惰性物，A 组份流量为100mol ·hr -1
，
达到95%转化率所需的平推流反应器的体积。 解
()()
3
6
A A00.1077m 1000.21100.1373.158.3143600100
100s
40140所需要的反应0.004MPa 95%0.08MPa ，由数据表可知，=?-????===-===v τV τp p 时间为转化率时间相同。
间与间歇反应器的反应平推流反应器的停留时
17 间歇操作的液相反应A →R ，反应速率测定结果列于下表。欲使反应物浓度由
c A0=1.3kmol ·m -3降到0.3 kmol ·m -3需多少时间?
c A /kmol ·m -3
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
0.6 0.7 0.8 1.0 1.3 2.0 (?r A )/kmol ·m -3min -1
0.1 0.3 0.5 0.6 0.5 0.25 0.10 0.06 0.05 0.045 0.04
2
解
??
--=-=?=?=A A0A )(d )(d m kmol 3.0m kmol 3.1A
A
A A A0-3
Af -3A0c c x r r c r x c t c c
图解积分
-3A m kmol ?c 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1.0 1.3 2.0
1
--A r
10 3.33 2.0 1.67 2.0 4.0 10 16.7 20.0 22.2 23.8
()min 7.1233.667.3702.2)2.2220(2
3.0)207.16(2
2.0)104267.1(27.160.221
.0=++=+++++++++=
r t
18 一气相分解反应在常压间歇反应器中进行，在400K 和500K 温度下，其反应速率均可
表达为?r A =23p A 2 mol ·m -3s -1
，式中p A 的单位为kPa 。求该反应的活化能。 解
()()()()1
500
A 400
A 2
2
A
2
2
A
132
A A mol
J 742150014001314.8exp 251650023K 50040023s m kmol 23K 400---?=????
?
???? ??--==--=-=-?=-=E E r r R c r R c r p r RT c p A A A A 下：
同理：
下：
将分压换算成浓度：
19 有如下化学反应
CH 4+C 2H 2+H 2=C 2H 4+CH 4
(I) (A) (B) (P) (I)
在反应前各组分的摩尔数分别为n I0=1mol ；n A0=2mol ；n B0=3mol ；n P0=0，求化学膨胀率（用两种方法）。 解 方法一
3
13
1
321211
1
11A A0A A A0A -
==
++=
-=--=
=εδδεy y 方法二
()()3
1
32132122301001A -=++++-+-++=-=
===x x x V V V ε
20 在555K 及0.3MPa 下，在平推流管式反应器中进行气相反应A →P ，已知进料中含A 30%
（摩尔分数），其余为惰性物料，加料流量为6.3mol ·s -1
，动力学方程式为?r A =0.27c A
mol ·m -3s -1
为了达到95％转化率，试求： (1) 所需空速为多少? (2) 反应器容积大小? 解
()1
R 000
VNO 3
0R 1
11V 95.00A A 95.00A A
A01
330s 131.0075
.11013.015.5553
.015.2730969
.0m 075.110.110969.0s 09.010.11s
10.1195.011ln 27.01127.0d d s m 0969.0300
15.555314.8103.6------=??==
=?======-=-=-==???=??V p p T T V S V V S x x r x c V 标准空速为：
τττ
21 液相一级不可逆分解反应A →B+C 于常温下在一个2m 3
全混流反应器（CSTR ，MFR ，连续
搅拌槽式反应器）中等温进行。进口反应物浓度为1 kmol ·m -3，体积流量为1m 3hr -1
，出口转化率为80%。因后续工段设备故障，出口物流中断。操作人员为此紧急停止反应器进料。半小时后故障排除，生产恢复。试计算生产恢复时反应器内物料的转化率为多少？ 解
9264.01
0736
.01m kmol 0736.02
.0hr 22.02.01120A A A0A 3
A 5.02A
0A A
1
Af A A00=-=-=
?====-=--=-?---c c c x c e c e c c k k r c c V V kt 料即为间歇反应器
全混流反应器切断进出首先求反应速率常数
22 第17题中的反应，(1)当c A0=1.2kmol ·m -3，进料速率1kmolA ·hr -1
，转化率为75％；
(2) c A0=1.3kmol ·m -3，进料速率2kmolA ·hr -1，出口为0.3kmol ·m -3；(3) c A0=2.4kmol ·m -3
，
出口仍然为0.3kmol ·m -3，进料速率为1kmolA ·hr -1
。计算三种情况下，用全混流反应器的体积各为多少? 解
()3
3
R 32R 31R 1
3A A A0
A0
0Af
A
A00m 029.060
5.03.04.24.21m 051.0605.03.03.13.12m 025.0605.03.02.12.11min m kmol 5.03.075.012.1=?-?==?-?==?-?=?=-=-==
--=--V V V r c c F V r c c V V 由数据表，对应
23 反应A+B →R+S ，已知V R =0.001m 3，物料进料速率V 0=0.5×10-3m 3min -1，c A0=c B0=5mol ·m 3
，
动力学方程式为?r A =kc A c B ，其中k =100m 3kmol -1min -1
。求：(1)反应在平推流反应器中进行时出口转化率为多少？(2)欲用全混流反应器得到相同的出口转化率，反应器体积应
多大?(3)若全混流反应器体积V R =0.001m 3
，可达到的转化率为多少?
已知k =1m 3kmol -1hr -1，c B0=3kmol ·m -3，c A 饱和=0.02kmol ·m -3，水溶液流量为10m 3hr -1
。 解 平推流
5
.00005
.051.0001.011
1111)111(1)1(d 10A0R Af Af 0A 02A A 0A 0R Af =??+
-=+-
=--=-=?V kc V x x kc x x kc V V x (1) 全混流
3
330R 2B A A A0A A A00R m 1024105.040025.01000025
.0005.0--?=??===?-=-=--=τV V c kc c c r c c V V (2) ()()
()3820
.0111005.0100105.0m 001.01A 2
A A 2
A A
33
R 2A 20A A A0B A A A0A A A00R =-=
-??==-=-=--=-x x x x x V x kc x
c c kc c c r c c V V
24 在全混流反应器中进行如下等温液相反应：
2A →B ＋C r c =k 1c A 2 A ＋B →2D
r D =2k 2c A c B
A 的初始浓度为2.5kmol ·m -3
，A 和C 的出口浓度分别为0.45和0.75kmol ·m -3
。假设进口物流中不含B 、C 、D ，反应时间为1250sec ，求： 1. 出口物流中B 和D 的浓度； 2. k 1和k 2 。 解
1
13322D
D 1
13312
1C C
3
33
33
s kmol m 10889.42
.045.0201.11250s kmol m 10963.245.0075.01250m kmol 2.01.15.075.0B B 5.0D 1B 1C 1m 1.1kmol 20.55D D 2A 1m kmol 55.05.105.2A D m kmol 5.175.02A C C 1A 2m kmol 05.245.05.2A -----------?=??-=
?=?=?-=
?=
?=?-?=??=-?=??=-k k r C k k r C ττ的浓度为，所以，个又消耗个，但每生成个伴生个每生成的出口浓度为，因此个将生成个每消耗为所消耗的生成为所消耗的，生成个生成个每消耗反应共消耗
第二章习题
1. 动力学方程的实验测定时，有采用循环反应器的，为什么?
答：循环反应器行为与全混流反应器相同，可以得到反应速率的点数据，而且反应器进出口浓度差比较大，对分析精度要求不很高。
2. 为什么可逆吸热反应宜选平推流反应器且在高温下操作，而可逆放热反应却不是?根据
可逆放热反应的特点，试问选用何种类型反应器适宜?为什么?
答：可逆吸热反应的反应速率与化学平衡都随温度的升高而升高，高温下操作对二者都有利。可逆放热反应的化学平衡随温度的升高向反应物方向移动，对达到高转化率不利。对此类反应，可选用多段绝热反应器或换热条件较好的管式反应器。
3. 一级反应A →P ，在一体积为V P 的平推流反应器中进行，已知进料温度为150℃，活化
能为84kJ ·mol -1
，如改用全混流反应器，其所需体积设为V m ，则V m /V p 应有何关系?当转化率为0.6时，如果使V m =V p ，反应温度应如何变化?如反应级数分别为n =2，1/2，?1时，全混流反应器的体积将怎样改变？ 解：
)
1ln()1()
exp(
)1ln()1()
1(CSTR
)1ln(11d 1)(d PFR )exp()(A A A
p m A A A p m A 0A A A0m A A00A A A00A A A0P A 0A A A A x x x RT E RT E x x k k x V V x k c x F V x k c x x k c r x F V c RT E k kc r x x ----=---=
-=
--=-=-=-==-??
)
1ln()1()1ln()1( IF A A A A A P m m
p x x x x x k k x V V T T A
---=
---==
()()K
07.43215.42302064.015.423876
.234929.015.423876.23exp 6109.0637
.115.42315.423314.884000exp 1)6.01ln(6.016
.0exp 10.6 and 1 IF m m m m
m m m m m P m P A P
m =-=--=-???? ?
????? ??-=????? ?
????? ??-=--????? ??--===T T T T T T T T T T T T T R E x V V
m
n n n n kc x
F V c V V c V V kc x F V n c V V kc x F V n c V V kc x F V n Af
Af A0m 1A m1m 2
A
1m 1m 1A A A0m 2
/1A 1m 2/1m 2/1A A A0m A 1m 2m 2
A A 0A m 1,1,2/11,2==??????
???==-=======---或
4. 在体积V R =0.12m 3
的全混流反应器中，进行反应S R B A 2
1
+??←?→?+k k ，式中k 1=7m 3kmol -1min -1，k 2=3m 3kmol -1min -1，两种物料以等体积加入反应器中，一种含
2.8kmolA ·m -3
，另一种含1.6kmolA ·m -3
。设系统密度不变，当B 的转化率为75％时，
求每种物料的流量。 解
()1
3B A 1
3A B 0B 1
3A 3
A 3S R 3
B 3
B030A hr m 24.02
48
.0hr m 48.015
60
12.0min 1504
.02
.08.0min m kmol 04.06.06.032.08.07m kmol 8.06.04.1m kmol 6.075.08.0m kmol 2.075.018.0m kmol 8.02
6.1m kmol 4.128
.2---------====?=
=-=--=
?=??-??=-?=-=?=?==?=-=?==?==
v v v r c c r c c c c c c 半：
每一股是总物料量的一τ
5. 可逆一级液相反应P
A ??←?→?，已知0,m kmol 5.0P030=?=-c c A ；当此反应在间歇反
应器中进行，经过8min 后，A 的转化率为33.3%，而平衡转化率是66.7%，求此反应的
动力学方程式。 解
()()x c k x c k t
x
c t c x c c x c c c c k c k c k c k t
c r A02A01A0A A0P A0A A A02A 1P 2A 1A
A 1d d d d )1(d d --==-
=-=--=-=-=-
??
?=====+-+-=x
x t t x t t
x
k k k x
x k k k t
x
,0,0d )(d )(d d 211211
8
333
.022667.01667
.01)1()(ln 12
1
e e e 0A e 0A Ae Pe 21121121====
=-=-=-====+-+-t x k k K x x x c x c c c k k K t k x
k k k k k ()P
A A A 121121212
1212102888.005776.0d d min
02888.0min 05776.02/08664
.086931.05.0ln 18333.02111ln 1
c c t
c
r k k k k k k k k k k k k -=-=-???==?
?
?==+=+=+-=???? ?????? ??+-+---
6. 平行液相反应
A →P r P =1 A →R r R =2c A
A →S r S =c A 2
已知c A0=2kmol ·m -3，c Af =0.2kmol ·m -3
，求下列反应器中，c P 最大为多少?
(1) 平推流反应器；(2)全混流反应器；(3)两相同体积的全混流反应器串联，c A1=1
kmol ·m -3
。 解
3-A0Af A
2
A Af 0A p P A
P Af
A0p 2A 2
A A S R P P
P m kmol 5.02
112.011)1(1)1(1
d )1(1
)(d 1
PFR For )1(1211A0
Af
A Af
?=+-+=+-
+=
+=-=-=
+=++=++=
??
c c c c c c S c c S c c S c c c r r r r S c c c c
3
-2
2Af Af A0Af A0p P m kmol 25.1)
2.01(1
)2.02()1(1)()(CSTR
For ?=+-=+-=-=c c c c c S c 3
-2
2P2Af A1P1A1A0P m kmol 81.056.025.0)2.01(1
)2.01()11(1)12()()(Series in CSTR For two ?=+=+-++-=-+-=S c c S c c c
7. 自催化反应A+P →2P 的速率方程为：?r A =kc A c P ，k =l m 3kmol -1min -1
，原料组成为含A 13%，
含P 1%（摩尔百分数），且c A0+c P0= l kmol ·m -3，出口流中c P = 0.9 kmol ·m -3
，计算采用下列各种反应器时的空间时间(τ=V R /V 0)。(1)平推流反应器；(2)全混流反应器；(3)平推流与全混流反应器的最佳组合；(4)全混流反应器与一分离器的最佳组合。 解
A
A 2
A0A A0A A0P A A Af Ain 3
A0)1()1(9.00714.0141
m 1kmol x x kc x c x kc c kc r x x c -=-==-===
?=
()()min 76.40714.010714.09.019.0ln 11111ln 1d 1111
1d 1d PFR
For Ain Ain Af Af A0A A 0A A A A A0A
A A0Af
Ain Af Ain Af
Ain =???
??-??? ??-?=???? ?
?-???? ??-=?
??
? ??+-=
-=-=???
x x x x kc x x x kc x x x kc r x c x x x x x x τ (
)()min 2.99.09.010714
.09.01111CSTR
For Af Af 2
0A Ain Af 0
A =?--??=--=x x kc x x c τ ()min
91.320.271.120.25.015.09.019.0ln m
kmol 5.0)1(min 71.15
.0)5.01(0714
.05.0111)1(15.00210d d ,1PFR CSTR For 2123
A1A0A1A11A Ain Af 0A 1A1A A
A A A =+=+==??
? ??-??? ??-=?=-==?--??=--?=
==-=---+-τττττx c c x x x x kc x x x r r r ，，有令的极值点相同与由于
()min
71.15
.0)5.01(0714
.05.0111)1(15
.0,0d d CSTR For A1A1Ain Af A01A A
A =?--??=--=
==-+x x x x kc x x r τ分离器
8. 在两个串联的全混流反应器中进行一级反应，进出口条件一定时，试证明当反应器大
小相同时，两个反应器的总容积最小。 证
Af
A0A1Af
0A 2
A1Af
2
A101A 21Af 1A Af Af 1A 21A 0A 1A 1A 0A 1f
A Af A001
d )
(d 1
1
)(c c c c c c kc kc c c k
kc c kc c c k
kc c kc c c r c c A ===+-
=+-=-=
-=-=
--=
τττττ
R2
R121Af
A0
Af Af A02Af A0
Af 0A 0A 1111111V V c c k k kc c c c c k k c c k c ==???
? ??-=-=
???
? ??-=-=ττττ
9. 半衰期为20小时的放射性流体以0.1m 3hr -1的流量通过两个串联的40m 3
全混流反应器
后，其放射性衰减了多少？ 解
()()()()()
()9955
.09327.0119327.09327
.0103466.0400111.040hr 03466.05.02
A A A
A A0A A0A0A
A
A01
200
A A
=--=-=
---=--====---总转化率。为第二釜，单釜转化率仍：第一釜代入数据对全混流反应器，首先求反应速率常数：期的概念。只有一级反应存在半衰x x x x kc x c c r c
c k e e c c k
kt τ
10. A 进行平行分解反应，其速率式为
↗R r R =1 kmol ·m -3min -1
A →S r S =2c A kmol ·m -3min -1
↘T r T =c A kmol ·m -3min -1
其中R 是所要求的目的产物，c A0=1kmol ·m -3
。试问在下述反应器进行等温操作时，预计最大的c R 为多少?(1)全混流反应器；(2)平推流反应器。 解
低浓度操作对生成目的产物R 有利，对全混流反应器，可在极低的浓度下操作
1
011
)
01(211)()(Af
Af Af A0p Af A0R =++-=++-=-=c c c c S c c c
对平推流反应器，则尽量使其转化率提高。
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
化学反应工程试题集及复习题
化学反应工程考试总结 一、填空题： 1.所谓“三传一反”是化学反应工程学的基础，其中“三传”是指质 量传递、热量传递和动量传递，“一反”是指反应动力学。 2.各种操作因素对于复杂反应的影响虽然各不相同，但通常温度升 高有利于活化能高的反应的选择性，反应物浓度升高有利于反应级数大的反应的选择性。 3.测定非理想流动的停留时间分布函数时，两种最常见的示踪物输 入方法为脉冲示踪法和阶跃示踪法。 4.在均相反应动力学中，利用实验数据求取化学反应速度方程式的 两种最主要的方法为积分法和微分法。 5.多级混合模型的唯一模型参数为串联的全混区的个数N ，轴 向扩散模型的唯一模型参数为Pe（或Ez / uL）。 6.工业催化剂性能优劣的三种最主要的性质是活性、选择性和稳 定性。 7.平推流反应器的E函数表达式为 , () 0, t t E t t t ?∞= ? =? ≠ ?? ，其无 因次方差2θσ= 0 ，而全混流反应器的无因次方差2θσ＝ 1 。 8.某反应速率常数的单位为m3 / (mol hr )，该反应为 2 级 反应。 9.对于反应22 A B R +→，各物质反应速率之间的关系为 (-r A)：(-r B)：r R＝ 1：2：2 。
10.平推流反应器和全混流反应器中平推流更适合于目的产 物是中间产物的串联反应。 →+，则其反应速率表达式不能确11.某反应的计量方程为A R S 定。 12.物质A按一级不可逆反应在一间歇反应器中分解，在67℃时转化 50％需要30 min, 而在80 ℃时达到同样的转化率仅需20秒，该反应的活化能为 3.46×105 (J / mol ) 。 13.反应级数不可能（可能/不可能）大于3。 14.对于单一反应，在相同的处理量和最终转化率条件下，选择反应 器时主要考虑反应器的大小；而对于复合反应，选择反应器时主要考虑的则是目的产物的收率； 15.完全混合反应器（全混流反应器）内物料的温度和浓度均一， 并且等于（大于/小于/等于）反应器出口物料的温度和浓度。 二.单项选择 10.(2) B 1、气相反应CO + 3H2CH4 + H2O进料时无惰性气体，CO与2H以1∶2 δ=__A_。 摩尔比进料，则膨胀因子CO A. -2 B. -1 C. 1 D. 2 2、一级连串反应A S P在间歇式反应器中，则目的产物P C___A____。 的最大浓度= max ,P
化学反应工程第二版课后答案
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 (2)A+2B →C (3)2A+2B →C A+C →D B+C →D A+C →D C+D →E 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 22B A 1B C 22 B 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 22 B 2A 1C C 22B 2A 1B D 4C A 3C 22 B 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 -1-363111 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》期末考试试题及答案..
一、单项选择题： （每题2分，共20分） 1．反应器中等温进行着A →P(1)和A →R(2)两个反应，当降低A 的浓度后，发现反应生成P 的量显著降低，而R 的生成量略降低，表明(A ) A ．反应(1)对A 的反应级数大于反应(2) B ．反应(1) 对A 的反应级数小于反应 (2) C ．反应(1)的活化能小于反应(2) D ．反应(1)的反应速率常数大于反应(2) 2.四只相同体积的全混釜串联操作，其无因次停留时间分布的方差值2θσ为( B ) A ． 1.0 B. 0.25 C ．0.50 D ．0 3．对一平行—连串反应R A Q P A ?→??→??→?) 3()2()1(，P 为目的产物，若活化能次序为：E 2
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
化学反应工程期末考试真题
化学反应工程原理 一、选择题 1、气相反应 CO + 3H 2 CH 4 + H 2O 进料时无惰性气体，CO 与2H 以1∶2摩尔比进料， 则膨胀因子CO δ=__A_。 A. -2 B. -1 C. 1 D. 2 2、一级连串反应A S K 1 K 2 P 在间歇式反应器中，则目的产物P 的最大浓度=m ax ,P C ___A____。 A. 1 22 )(210K K K A K K C - B. 2 2/1120 ]1)/[(+K K C A C. 122 )(120K K K A K K C - D. 2 2/1210]1)/[(+K K C A 3、串联反应A → P （目的）→R + S ，目的产物P 与副产物S 的选择性 P S =__C_。 A. A A P P n n n n --00 B. 0 A P P n n n - C. 0 0S S P P n n n n -- D. 0 0R R P P n n n n -- 4、全混流反应器的容积效率η=1.0时，该反应的反应级数n___B__。 A. ＜0 B. =0 C. ≥0 D. ＞0 5 、对于单一反应组分的平行反应A P(主) S(副)，其瞬间收率P ?随A C 增大而单调下降，则最适合的反应器为 ____B__。 A. 平推流反应器 B. 全混流反应器 C. 多釜串联全混流反应器 D. 全混流串接平推流反应器 6、对于反应级数n ＞0的不可逆等温反应，为降低反应器容积，应选用____A___。 A. 平推流反应器 B. 全混流反应器 C. 循环操作的平推流反应器 D. 全混流串接平推流反应器 7 、一级不可逆液相反应 A 2R ，3 0/30.2m kmol C A =， 出口转化率 7.0=A x ，每批操作时间 h t t 06.20=+，装置的生产能力为50000 kg 产物R/天，R M =60，则反应器的体积V 为_C_3 m 。 A. 19.6 B. 20.2 C. 22.2 D. 23.4 8、在间歇反应器中进行等温一级反应A → B ， s l mol C r A A ?=-/01.0，当l mol C A /10=时，求反应至 l mol C A /01.0=所需时间t=____B___秒。 A. 400 B. 460 C. 500 D. 560 9、一级连串反应A → P → S 在全混流釜式反应器中进行，使目的产物P 浓度最大时的最优空时 = opt τ_____D__。 A. 1 212) /ln(K K K K - B. 1 221)/ln(K K K K - C. 2 112)/ln(K K K K D. 2 11K K 10、分批式操作的完全混合反应器非生产性时间0t 不包括下列哪一项____B___。
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
化学反应工程期末考试试题及答案(整理)
4?从反应器停留时间分布测定中 ，求得无因次方差「二 _ 0.98 ，反应器可视为 XXX 大学 化学反应工程 试题B （开）卷 （答案）2011 — 2012学年第一学 期 一、单项选择题： （每题2分，共20分） 1.反应器中等温进行着 A T P （1）和A T R （2）两个反应，当降低 A 的浓度后，发现反 应生成P 的量显著降低，而 R 的生成量略降低，表明 （） A .反应（1）对A 的反应级数大于反应 （2） B .反应（1）对A 的反应级数小于反应 C .反应（1）的活化能小于反应 （2） D .反应（1）的反应速率常数大于反应 2 一为（） 2?四只相同体积的全混釜串联操作，其无因次停留时间分布的方差值 A . 1.0 B. 0.25 C . 0.50 A （1） > A ⑶ > D . 0 P —-(2)， Q 3. 对一平行一连串反应 为了目的产物的收率最大， A .先高后低 B.先低后高 C .高温操作 4. 两个等体积的全混流反应器进行串联操作， 与第二釜的反应速率-広2之间的关系为（ A . -r Ai > -r A2 B . -r Ai 则最佳操作温度序列为（ ,P 为目的产物，若活化能次序为：E 2 第一章 1 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 2. 所谓数学模型是指 (用数学方法表达各变量间的关系)。 3 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、4 热量衡算式、动量衡算式和参数计算式） 5 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）。6 5. 模型参数随空间而变化的数学模型称为（分布参数模型）。 7 6. 模型参数随时间而变化的数学模型称为（非定态模型）。 8 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 9 量)。 10 第二章 11 1. 均相反应是指 (在均一的液相或气相中进行的反应)。 12 2. 对于反应aA + bB → pP + sS，则r P =( p/a )r A 。 13 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14 始的物料A的量)。 15 4. 产物P的收率Φ P 与得率Х P 和转化率x A 间的关系为( Xp/Xa )。 16 17 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 18 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 。 19 6.对反应aA + bB → pP + sS的膨胀因子的定义式为（P+S）-(A+B))/A 。 20 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)。 21 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。 22 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。 23 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)。 24 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 25 S p 与 (A的浓度)无关，仅是 (A的浓度) 的函数。 26 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 27 高选择性S P 应(提到温度)。 28 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29 率，应(降低)k 2/k 1 。 30 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 31 的物质的量) 32 15. 产物P的瞬时收率φ P 的定义式为(生成的物质的量/反应的A的物质的量) 33 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 34 间内生成产物S的物质的量) 35 17. 由A和B进行均相二级不可逆反应α A A+α B B = α S S，速率方程为： 36 r A =－dC A /dt=kC A C b 。 37 求：（1）当C A0/C B0 =α A /α B 时的积分式 38 （2）当C A0/C B0 =λ≠α A /α B 时的积分式 39 《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》试题 XXX大学化学反应工程试题B（开）卷 （答案）2011—2012学年第一学期 一、单项选择题：（每题2分，共20分） 1．反应器中等温进行着A→P(1)和A→R(2)两个反应，当降低A的浓度后，发现反应生成P的量显著降低，而R的生成量略降低，表明(A ) A．反应(1)对A的反应级数大于反应(2) B．反应(1) 对A的反应级数小于反应(2) C．反应(1)的活化能小于反应(2) D．反应(1)的反应速率常数大于反应(2) 2.四只相同体积的全混釜串联操作，其无因次停留时间分布的方差值为( B ) A． 1.0 B. 0.25 C．0.50 D．0 3．对一平行—连串反应，P为目的产物，若活化能次序为：E2 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 -== 27060 化学反应工程 南京工业大学编（高纲号0322） Ⅰ课程性质、地位和任务 “化学反应工程”是化学工程学科的一个分支，是化学工程与工艺专业学生必修的一门专业基础技术课程。它以工业反应过程为主要研究对象，研究反应过程速率及其变化规律；研究反应器内的传递特性及其对化学反应的影响。为学生今后从事化工反应技术开发、反应器的设计与放大、反应过程操作优化等诸方面工作奠定基础。 本课程在学生学习了“高等数学”、“大学物理”、“化学”、“物理化学”、“化工原理”等课程基础上进行。课程总学时为100，即5学分。 通过本课程的学习，学生应比较牢固地掌握化学反应工程的基本原理和计算方法，应能联系化工实际，在反应工程理论的指导下，对反应过程和反应器进行初步的分析和设计计算。 Ⅱ自学考试要求 第一章绪论 （一）主要内容 1.化学反应工程的研究内容 2.化学反应工程的研究方法 3.化学反应工程的学科系统的编排 （二）自学考试要求 1.化学反应工程的研究内容 理解化学反应工程学是研究化学反应的工程问题的科学；传递过程（即反应器内的动量、热量和质量传递，简称“三传”）与反应动力学是构成化学反应工程最基本的两个支柱等说法的含义。理解化学反应工程学与相关学科的联系，化学反应工程本身的专门范畴。 2.化学反应工程的研究方法 理解化学反应工程的基本研究方法是数学模型法，数学模型的主要内容及其相互关系， 了解数学模拟放大法的大体步骤。 3.化学反应工程的学科系统和编排 理解按反应操作方式、反应器型式、和化学反应相态进行分类的方法；本课程编排的原 则和方法。 绪论部分在初次学习时，只能做到大体了解、待全部内容学习完毕后，应重新学习绪论， 才能做到理解。 第二章均相反应的动力学基础 《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) 。 1.化学反应工程是一门研究______________的科学。 2.化学反应速率式为β α B A C A C C K r =-，如用浓度表示的速率常数为C K ，用压力表示的速率常数 P K ，则C K =_______P K 。 3. 平行反应 A P(主) S(副)均为一级不可逆反应，若主E ＞副E ，选择性S p 与_______无关，仅是_______的函数。 4.对于反应级数n ＞0的反应，为降低反应器容积，应选用_______反应器为宜。 5.对于恒容的平推流管式反应器_______、_______、_______一致。 6.若流体是分子尺度作为独立运动单元来进行混合，这种流体称为_______。 7.流体的混合程度常用_______、_______来描述。 8.催化剂在使用过程中，可能因晶体结构变化、融合等导致表面积减少造成的_______失活，也可能由于化学物质造成的中毒或物料发生分解而造成的_______失活。 9.对于多孔性的催化剂，分子扩散很复杂，当微孔孔径在约_______时，分子与孔壁的碰撞为扩散阻力的主要因素。 10.绝热床反应器由于没有径向床壁传热，一般可以当作平推流处理，只考虑流体流动方向上有温度和浓度的变化，因此一般可用_______模型来计算。 11.对于可逆的放热反应，存在着使反应速率最大的最优温度opt T 和平衡温度eq T ，二者的关系为______________。 12.描述流化床的气泡两相模型，以0U 的气速进入床层的气体中，一部分在乳相中以起始流化 速度mf U 通过，而其余部分_______则全部以气泡的形式通过。 13.描述流化床的数学模型，对于气、乳两相的流动模式一般认为_______相为平推流，而对_______相则有种种不同的流型。 14.多相反应过程是指同时存在_______相态的反应系统所进行的反应过程。 II.1.一级连串反应A → P → S 在全混流釜式反应器中进行，使目的产物P 浓度最大时的最优 空时 = opt τ_______。 A. 1212)/ln(K K K K - B. 1221) /ln(K K K K - C. 2 112)/ln(K K K K D. 211K K 2.全混流反应器的容积效率η小于1.0时，且随着A χ的增大而减小，此时该反应的反应级数n_______。 A. ＜0 B. =0 C. ≥0 D. ＞0 3.当反应级数n_______时，微观流体具有比宏观流体高的出口转化率。 A. =0 B. =1 C. ＞1 D. ＜1 4.轴向分散模型的物料衡算方程的初始条件和边界条件与_______无关。 A. 示踪剂的种类 B. 示踪剂的输入方式 C. 管内的流动状态 D. 检测位置 5.对于气-液相反应几乎全部在液相中进行的极慢反应，为提高反应速率，应选用_______装置。A. 填料塔 B. 喷洒塔 C. 鼓泡塔 D. 搅拌釜 6.催化剂在使用过程中会逐渐失活，其失活速率式为d m i d C k dt d ψψ =- ，当平行失活对反应物有强内扩散阻力时，d 为_______。 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最新化学反应工程基本概念
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