李绍芬版反应工程答案教学文案
李绍芬版反应工程答
案
1 绪 论
1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应：
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），当进入反应器的总原料量为100mol 时，则反应器的进
设甲醇的转化率为X A P ）式可得反应器出口甲醇、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，大部分经循环压缩机后与原料气混合返回合成塔中。下图是生产流程示意图
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
CH40.55 3.62
N2 2.92 10.29
粗甲醇的组成为CH3OH 89.15%,(CH3)2O 3.55%,C3H9OH 1.10%,H2O
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CO2 9.82g,CO 9.38g,H2 1.76g,CH4
2.14g,N25.38g。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，
其中x 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N2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
F CO =0.1549A+9.38B/(28×1000) 将求得的A 、B 值代入得
F CO =4.431 kmol/h 故CO 的全程转化率为
CO,0CO CO CO,0F F 26.82 4.435X 83.48%
F 26.82
--===
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=100×0.2682+7.2×100×0.1549=138.4 kmol/h 所以CO 的单程转化率为
CO,0CO 'CO CO,0F F 26.82 4.435X 16.18%
F 138.4
--===
产物粗甲醇所溶解的CO 2、CO 、H 2、CH 4和N 2总量D 为
(9.829.38 1.76 2.14 5.38)B D 0.02848Bkmol /h
1000++++==
粗甲醇中甲醇的量为
(B-D)X 甲/M m =(785.2-0.02848B) ×0.8915/32=21.25 kmol/h 所以，甲醇的全程收率为
Y 总=21.25/26.82=79.24% 甲醇的单程收率为
Y 单=21.25/138.4=15.36%
2 反应动力学基础
2.1在一体积为4L 的恒容反应器中进行A 的水解反应，反应前 A 的含量为12.23%（重量），混合物的密度为1g/mL ，反应物A 的分子量为88。在等温常压下不断取样分析，测的组分A 的浓度随时
试求反应时间为3.5h 的A 的水解速率。
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=3.5h 时该点的切线，即为水解速率。
切线的斜率为
0.760.125/.6.1α-==-mol l h
由（2.6）式可知反应物的水解速率为
0.125/.-=
=dC
A r mol l h A dt
2.2在一管式反应器中常压300℃等温下进行甲烷化反应：
2423+→+CO H CH H O
催化剂体积为10ml ，原料气中CO 的含量为3%，其余为N 2,H 2气体，
0进行实验，测得出口CO 的转化率为：
试求当进口原料气体流量为50ml/min 时CO 的转化速率。
解：是一个流动反应器，其反应速率式可用（2.7）式来表示
00000(1)(1)
-=
=-=-=-A
A R
A A A A A A A A
dF r dV F F X Q C X dF Q C dX
故反应速率可表示为：
000
0(/)==A A
A A A R R dX dX r Q C C dV d V Q
用X A ～V R /Q 0作图，过V R /Q 0=0.20min 的点作切线，即得该条件下的dX A /d(V R /Q
0)值α。
0.650.04 1.79
0.34α-==
故CO 的转化速率为
40030.10130.03 6.3810/8.31410573--?
===???A A P C mol l RT
4300 6.3810 1.79 1.1410/.min
(/)--==??=?A
A A R dX r C mol l d V Q
2.3已知在Fe-Mg 催化剂上水煤气变换反应的正反应动力学方程为：
20.850.4
/-=?w CO CO r k y y kmol kg h
式中y CO 和y CO2为一氧化碳及二氧化碳的瞬间摩尔分率，0.1MPa 压力及700K 时反应速率常数k W 等于0.0535kmol/kg.h 。如催化剂的比表面积为30m 2/g ，堆密度为1.13g/cm 3，试计算： （1） （1） 以反应体积为基准的速率常数k V 。 （2） （2） 以反应相界面积为基准的速率常数k g 。 （3） （3） 以分压表示反应物系组成时的速率常数k g 。 （4） （4） 以摩尔浓度表示反应物系组成时的速率常数
k C 。
解：利用（2.10）式及（2.28）式可求得问题的解。注意题中所给比表面的单位换算成m 2/m 3。
33230.450.45
33
0.45(1) 1.13100.053560.46/.6(2) 1.7810/.3010
11(3)()()0.05350.1508
0.1013..()8.3110700(4)()(0.05350.333(0.1）ρρρρ-==??=-=
=
=???==?=??==?=v b w b
b
g w w
v
b n p w n
c w k k kmol m h k k k kmol m h a kmol k k P kg h MPa m RT k k P km 0.45)().kmol ol kg h
2.4在等温下进行液相反应A+B →C+D ，在该条件下的反应速率方程为：
1.50.5
0.8/min =?A A B r C C mol l
若将A 和B 的初始浓度均为3mol/l 的原料混合进行反应，求反应4min 时A 的转化率。
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1.5mol/l ，故可把反应速率式简化，得 1.50.5222
00.80.80.8(1)===-A A B A A A r C C C C X 由（2.6）式可知
00
(1)??
????
--==-=A A A A A A d C X dC dX r C dt dt dt
代入速率方程式
22000.8(1)=-A A A A
dX C C X dt
化简整理得
00.8(1)=-A
A A dX C dt
X
积分得
00.81=
-A
A A X C t X
解得X A =82.76%。
2.5氨合成塔入口的气体组成为
3.5%NH 3,20.8%N 2,62.6%H 2,7.08%Ar 及5.89CH 4。该塔是在30MPa 压力下操作。已知催化剂床层中某处的温度为490℃，反应气体中氨含量为10%（mol ），试计算该处的反应速率。在Fe 催化剂上氨合成反应速率式为：
3
2
2
3
2
1.53
1.512
/=-?NH H N NH H p p r k p k kmol m h p p
逆反应的活化能4
17.5810/=?E J mol 。450℃时
30.5322277()/=?k m MPa m h ，且2
12/=P
k k K ，490℃时，Kp 可按下式
计算：
472log 2047.8/ 2.4943log 1.25610 1.856410 3.206--=--?+?+p K T T T T 注：m 3为标准立方米。
解：题中给出450℃时的k 2值，而反应是在490℃下，故首先要求出490℃时的k 2值。
利用（2.27）试，求出频率因子A:
44217.5810/8.31472316
2'1617.5810/8.314723430.532exp()
exp()2277/ 1.14510exp() 1.14510 1.05510()/.-??-??-=-===?-==?=?E k A RT
E A k e RT
E k A e m MPa m h
RT
490℃的Kp 值由题给公式计算出
4722
log 2047.8/763 2.4943log763 1.25610763 1.8564107633.206 1.25245.59210 ---=--??+??+=-=?p p K K 求k 1值：
22'
1
12
'
2
2243 1.531(5.59210) 1.0551033()/.--===???=p p k K k K k k k m MPa m h
求各组分的分压值：
223
3122+?N H NH
5716
.0.14160*(-2)*2087.01.1416
0*2087.0*3-626.0 1y 13
y y 1904
.0 .14160*(-2)*2087.01)1416.0-(12087.0 1y y y 1416.05.6914.45*(-2)*2087.01*2087.0*2
11
035.010.01y y y 22
123211 %87.20P
y , 1y y y 1000H H 000A A 00R 0R R 0000000＝＝－）
＋－（＝
，+=
δ+-=
=+=
δ+-===+--=
δ+νν
-=
δ==δ+νν-
=δ+νν-
=
A A A A
A A
A A A
A A A A
A A
A A A
A A
A A i i A
A A A A A
i
i i A
A A A A A
i
i i X y X X y X X X X X X y X y p X y X X y X p p p P y i i p =
反应速率为：
3
2
2
32
1.5 1.5
4
1.5
12 1.5
3333
17.153
33.0 5.718 1.05510
317.15
4.02310/.(179.6/.)
=-=??-??
=?
NH
H
N
NH H
p
p
r k p k
p p
m m cat h kmol m cat h
2.6下面是两个反应的T-X图，图中AB是平衡曲线，NP是最佳
温度曲线，AM是等温线，HB是等转化率线。根据下面两图回答：
（1）（1）是可逆反应还是不可逆反应？
（2）（2）是放热反应还是吸热反应？
（3）（3）在等温线上，A,D,O,E,M点中哪一点速率最大，哪一点速率最小？
（4）（4）在等转化率线上，H,C,R,O,F及B点中，哪一点速率最大，哪一点速率最小？
（5）（5）在C,R两点中，谁的速率大？
（6）（6）根据图中所给的十点中，判断哪一点速率最大？
解：图2.1 图2.2
（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。
2.7在进行一氧化碳变换反应动力学研究中，采用B106催化剂
进行试验，测得正反应活化能为4
9.62910/
?J mol,如果不考虑逆反
应，试问反应温度是550℃时的速率比反应温度是400℃时的速率大多少倍？
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。
400550
119629011()()5505505508.314673823400400400exp()23exp()
（倍）---=====-E R T T E A r k RT e e r k E A RT
2.8常压下，在钒催化剂上进行SO 2氧化反应，原料气组成为7%O 2及82%N 2。试计算转化率为80%时的最佳温度。二氧化硫在钒催
化剂上氧化的正反应活化能为4
9.21110/?J mol ，化学计量数等于2，反应式为：
223
12+?SO O SO
其平衡常数与温度的关系为：
log 4905.5/ 4.6455=-p e K T
该反应的热效应4
9.62910/-=?r H J mol 。
解：（1）求出转化率为80%时各组分的分压：
2222332233320.1013 1.4/97.2 1.4610()0.10138.2/97.28.5510()0.1013 5.6/97.2 5.8410()0.101382/97.28.5510()
----==?=?==?=?==?=?==?=?SO SO O O SO SO N N p Py MPa p Py MPa p Py MPa p Py MPa
（2）求与上述组成对应的平衡常数K P 值：
3
2230.50.5335.841043.261.46108.5510---?
? ???
?===??SO P SO o p K p p
(3)求平衡温度Te
log 4905.5/ 4.64554905.5780.96.282=-==p e e K T T K
(4)利用（2.31）式求逆反应活化能值
4
459.629109.21110 1.40310/2ν-??=-=?-=?r
r H E E J mol
(5)利用（2.31）式求最佳温度T OP
4
780.9739.0048.314780.914.031ln 1ln 9.211(14.039.211)10===?++-?-e
OP e T T K
RT E E E E
2.9在一恒容反应器中进行下列液相反应：
+→A B R 3
1.6/=?R A
r C kmol m h 2→A D 23
8.2/=?D A
r C kmol m h 式中r R ,r D 分别表示产物R 及D 的生成速率。反应用的原料为A 与B 的混合物，其中A 的浓度为2kmol/m 3，试计算A 的转化率达到95%时所需的反应时间。
解：反应物A 的消耗速率应为两反应速率之和，即 2
2 1.616.4 1.6(110.25)=+=+=+A R D A A A A R r r C C C C 利用（2.6）式
1.6(110.25)-=+A A A dC
C C dt
积分之
0001(1)10.2510.2511.6()ln(1)ln 10.2511110.250.6463/1.60.4038??
-+??=--=--+???++????
==A A A
C A A A C A A A X C t dC X C C C t h 2.10在催化剂上进行三甲基苯的氢解反应：
6333264324(()）+→+C H CH H C H CH CH 643226534(）+→+C H CH H C H CH CH
反应器进口原料气组成为66.67%H 2,33.33%三甲基苯。在0.1Mpa 及523K 下等温反应，当反应器出口三甲基苯的转化率为80%时，其混合气体的氢含量为20%，试求： （1） （1） 此时反应器出口的气体组成。 （2） （2） 若这两个反应的动力学方程分别为：
0.5
36300/=?A A B r C C kmol m h
0.5
33400/=?E C B r C C kmol m h
则出口处二甲基苯的生成速率是多少？
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） 用物料衡算求出口气体组成：
由题给条件可知，混合气中氢的含量为20%，所以有：
66.67-33.33X-Y=20
解得Y=66.67-33.33×0.8-20=20.01kmol （甲苯量） 生成的二甲基苯量：33.33×0.8-20.01=6.654kmol 生成的甲烷量：33.33×0.8+20.01=46.67kmol 剩余的三甲基苯量：33.33×（1-0.8）=6.666kmol 氢气含量为：20kmol
故出口尾气组成为：三甲基苯6.666%，氢气20%，二甲基苯6.654%，甲烷46.67%，甲基苯20.01%。 （2） （2） 由题给条件可知，三甲基苯的出口浓度为：
33
00333300.10.33337.66910/8.31410523
(10.8)7.66910(10.8) 1.53410/----?===???=-=?-=?A A A A p C kmol m
RT C C kmol m 333
333
333
333
0.20 1.53410 4.610/0.06666
0.06654 1.53410 1.53210/0.06666
0.4667 1.53410 1.07410/0.06666
0.2001 1.53410 4.60310/0.06666--------=??=?=??=?=??=?=??=?B C D E C kmol m C kmol m C kmol m C kmol m
0.50.5
330.5330.5
3630034006300 1.53410(4.610)3400 1.53210(4.610)0.65550.35330.3022/.----=-=-=????-????=-=C A E A B C B
R r r C C C C kmol m h
2.11在210℃等温下进行亚硝酸乙脂的气相分解反应：
2523251122→++C H NO NO CH CHO C H OH
该反应为一级不可逆反应，反应速率常数与温度的关系为
14411.3910exp( 1.89710/)()-=?-?k T s ，若反应是在恒容下进行，系统的起始总压为0.1013MPa ，采用的是纯亚硝酸乙脂，试计算亚硝酸乙脂分解率为80%时，亚硝酸乙脂的分解速率及乙醇的生成速率。
若采用恒压反应，乙醇的生成速率又是多少？
解：（1）恒容过程，其反应式可表示为： 1122→++A B C D
反应速率式表示为：
0(1)==-A A A A r kC kC X
设为理想气体，反应物A 的初始浓度为：
2003140014260.1013 2.52310/8.31410483
(1) 1.3910exp(18973/)(1)
1.3910exp(18973/483)
2.52310(100.8) 6.11210/.----===???=-=?-?-=?-???=?A A A A A A A Py C mol l RT r kC X T C X mol l s 亚硝酸乙脂的分解速率为：
66.11210/.-==?A A R r mol l s 乙醇的生成速率为：
61 3.05610/.2-==?D A R r mol l s
（2）恒压过程，由于反应前后摩尔数有变化，是个变容过程，由（2.49）式可求得总摩尔数的变化。
10.50.51/1
1δυυ++-===∑A t A
由于反应物是纯A ，故有：y A0=1。
由（2.52）式可求得组分的瞬间浓度：
22001426(1) 2.52310(10.8) 2.80310/11110.8
1.3910exp(18973/483)
2.80310
3.39510/.δ-----?-===?++??==?-??=?A A A A A A A A C X C mol l
y X r kC mol l s 乙醇的生成速率为：
61
1.69810/.2-==?D A R r mol l s
2.12甲烷与水蒸气在镍催化剂及750℃等温下的转化反应为：
422224+→+CH H O CO H
原料气中甲烷与水蒸气的摩尔比为1：4，若这个反应对各反应物均为一级，已知k=2l/mol.s,试求： （1） （1） 反应在恒容下进行，系统的初始总压为
0.1013MPa ，当反应器出口的CH 4转化率为80%时，CO 2和H 2的生成速率是多少？ （2） （2） 反应在恒压下进行，其他条件如（1），CO 2的生成
速率又是多少？
解：（1）由题意可将反应速率表示为： 24+→+=C A B A B C D r kC C 对于恒容过程，则有
0003
003
3300(1)
20.10130.2 2.38210/8.314101023
44 2.382109.52810/----=-=-?===???==??=?A A A B B A A
A A
B A
C C X C C C X P C mol l RT C C mol l 当X A0=0.8时
3403330043665(1) 2.382100.2 4.76410/29.528102 2.382100.8 5.71710/2 4.76410 5.71710 5.44710/.44 5.44710 2.17910/.----------=-=??=?=-=?-???=?===????=?==??=?A A A B B A A C C A B D C C C X mol l
C C C X mol l R r kC C mol l s R r mol l s
（2）对于恒压过程，是个变容反应过程，由（2.49）式可求得总摩尔数的变化
1412/2
1δυυ+--===∑A t A
反应物A 的原始分率：
01
0.2
14==+A y
由（2.52）式可求得转化率为80%时的浓度：
3400(1) 2.38210(10.8) 3.60910/1120.20.8δ---?-===?++??A A A A A A C X C mol l
y X
33
500029.528102 2.382100.8 4.33110/1120.20.8
δ----?-???===?++??B A A B A A A C C X C mol l
y X 45662 3.60910 4.33110 3.12610/.3.12610/.----==????=?==?A A B C C r kC C mol l s
R r mol l s
2.13在473K 等温及常压下进行气相反应：
（1）3→A R 1.2/min =?R A r C mol l （2）2→A S 0.5/min =?S A r C mol l
（3）→A T 2.1/min =?T A r C mol l
式中C A 为反应物A 的浓度（mol/l ），原料中A 和惰性气体各为一半（体积比），试求当A 的转化率达85%时，其转化速率是多少？
解：方法（1），先求出总摩尔变化数δA 。 首先将产物的生成速率变为对应的反应物的转化速率：
1
0.431
0.252
2.1======AR R A
AS S A
AT T A r r C r r C r r C 总反应速率为：
2.75=++=A AR AS AT A R r r r C
以一摩尔反应物A 为基准，总摩尔变化数为：
0.40.25 2.13210.382
2.75 2.75 2.75δ=?+?+-=A
初始浓度为：
2
0003
0.10130.5 1.28810/8.31410473--?===???A A P y C mol l RT
则有
230033(1) 1.288100.15 1.662510/110.50.380.852.75 2.75 1.662510 4.57210/.min δ-----??===?++??==??=?A A A A A A A A C X C mol l
y X R C mol l 方法（2），可将C A 表示为：
00(1)
1312
1211
1
δδδδ-=
+-==-===∑A A A A Aj Aj
AR AS AT C X C y X
23330.40.25
20.8510.850.32452.75 2.75
1.288100.15 1.662310/10.32450.5
2.75 2.75 1.662310 4.57110/.min δ----=?
?+??=??==?+?==??=?∑Aj Aj A A A X C mol l
R C mol l
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：
0002333(1)0.06453
122 1.288100.064532 1.662310/2.75 2.75 1.662310 4.57110/.min -------==++==???=?==??=?A R S T A A R A S
A AO A A A y y y y y y y y y C C y mol l R C mol l
其中：
0.40.4
(0.40.25 2.1) 2.75
0.250.25
(0.40.25 2.1) 2.75
0.4
0.850.12362.750.250.850.07727
2.75==
++==
++=
?==?=A R A A S A R S C S C C S C y y
2.14在Pt 催化剂上进行异丙苯分解反应：
65326636(）?+C H CH CH C H C H
以A,B 及R 分别表示异丙苯，苯及丙烯，反应步骤如下：
（1）σσ+?A A （2）σσ?+A B R （3）σσ?+B B
若表面反应为速率控制步骤，试推导异丙苯分解的速率方程。
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：
θ
σσθθθ+?==A V A A A A V
A
p A A K K p
σσθθ?+=-A A R B A B R r k kp
θσσ
θθθ?+=
=B V
B B B B V
B
p B B K K p
以表面反应速率方程来代表整个反应的速率方程：
θθ=-A A R B r k kp 由于1θθθ++=A B V
将,θθA B 代入上式得：
1θθθ++=A A V B B V V K p K p 整理得：
1
1θ=
++V A A B B K p K p
将,,θθθA B V 代入速率方程中
()/111-=-=
++++++A A R B B A B R P
A A A
B B A A B B A A B B kK p kp K p k p p p K r K p K p K p K p K p K p
其中
/==A P A B k kK K kK kK
2.15在银催化剂上进行乙烯氧化反应：
2422422+→C H O C H O
化作22()()2()+→A B R
其反应步骤可表示如下：
（1）σσ+?A A （2）222σσ+?B B （3）σσσσ+?+A B R （4）σσ?+R R
若是第三步是速率控制步骤，试推导其动力学方程。
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：
(1)σσθθ+?=A A A V A A K p
2(2)22σσθ+?=B V B B (4)σσθ?+=R R R V R R K p
整个反应的速率方程以表面反应的速率方程来表示：
θθθθ=-A A B R V r k k
根据总覆盖率为1的原则，则有：
1θθθθ+++=A B R V
或
1θθθ+++=A A V V R R V V K p K p 整理得：
θ=
V
将,,,θθA B R V
代入反应速率方程，得：
22θθ=-=A A A B B V
R R V
r kK p K p kp K 其中
/==A B R k kK K K k kK
2.16设有反应→+A B D ，其反应步骤表示如下：
（1）σσ+?A A （2）σσ→+A B D （3）σσ?+B B
若（1）速率控制步骤，试推导其动力学方程。
解：先写出各步的速率式： 123(1)(2)(3)σσθθσσθσσθθ+?=-→+=?+=-aA A V dA A
S A
dB B aB A V A A r k p k A B D
r k B B r k k p
由于（1）是速率控制步骤，第（2）步是不可逆反应，其反应速率应等于（1）的吸附速率，故有：
θθθ-=aA A V dA A S A k p k k 整理得：
θθ=+aA A V
A S dA k p k k
根据定态近似原则
0()(
)/θθθθθθθθθθ=-+==+=++=++B
S A dB B aA A V S aA A
dB B S A aA A V aB B V
S aA
S aA A
B aB B V dB
S aA
d k k k p dt
k k p k k k p k p k k k k p k p k k k
因为1θθθ++=A B V
将,θθA B 代入上式，化简后得：
1
1θ=
+++V aA A B B
S dA
k p
K p k k
最后将,θθA V 代入吸附速率式，即为该反应的动力学方程式。
1()1-+=
=
+++++
++aA A aA A dA S dA
S aA A
aA A
S dA aA A S dA B B
B B
S dA
k p k p k k k k k p r k p k k k p k k K p K p k k
2.17一氧化碳变换反应：
222()()()()+→+CO A H O B CO C H D
在较低温度下，其动力学方程可表示为：
1=
++A B
A A C C kp p r K p K p
试拟定该反应的合适的反应步骤。
解：根据题意，假设反应步骤如下： (1)(2)(3)σσ
σσσσ+?+→+?+A A A B C D C C
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：
θ=S A B r k p
其余的两步可认为达到平衡，则有：
θθθθ==A A A V
C C C V K p K p
由于1θθθ++=A B V ，有：
1
1θ=
++V A A C C K p K p
将,θθA V 代入速率式，得：
11==
++++S A A B A B
A A C C A A C C k K p p kp p r K p K p K p K p
式中=S A k k K 。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。
化学反应工程试卷及答案
. 化学反应工程试卷及答案 一、填空题（共25分,每空1分） 1．化学反应工程学不仅研究化学反应速率与反应条件之间的关系， 即 ，而且着重研究传递过程对 的影响，研究不同类型反应器的特点及其与化学反应结果之间的关系。 2．反应器按型式来分类可以分为管式反应器、 和 。 3．对于反应D C B A 432+=+，反应物A 的消耗速率表达式为 ；反应产物C 的生成速率表达式为： 。 4．反应器设计计算所涉及的基础方程式就是动力学方程式、 和 。 5．间歇釜反应器中进行如下反应： P A → (1) 1 1n A A C k r = 1E S A → (2) 22n A A C k r = 2E 在Ao C 和反应时间保持不变下，降低反应温度，釜液中S p C C /增大，表明活化能1E 与2E 的相对大小为 ；在温度和反应时间保持不变下，增高反应浓度，釜液中S p C C /增大，表明反应级数1n 、2n 的相对大小为 。 6．单位时间内由颗粒外表面传递至气相主体的热量可由牛顿冷却定律表达，其表数学表达式为 。 7．全混流反应器稳定的定常态操作点的判据为 、 。 8．对催化剂性能影响最大的物理性质主要是 、 和孔体积分布。 9．复合反应包括三个基本反应类型，即并列反应、平行反应和_____________。 10．在停留时间相同的物料之间的均匀化过程，称之为 。而停留时间不同的物料之间的均匀化过程，称之为 。 11．对于反应级数0
反应工程课后习题参考答案
1 绪论 1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应： 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）反应的选择性； （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），当进入反应器的总原料量为100mol 时，则反应器的进料组成为 2由甲醇的转化率达72%2y x +=72%; 4 .27x =69.2% 解得x=18.96; y=0.77 所以，反应器出口气体组成为： CH 3OH: %1002 21004.27?+ +--y x y x =6.983%
空气： %1002 210023279.54?+ +-- y x y x =40.19% 水： %10022100281.17?+ +++y x y x =34.87% HCHO: %10022100?+ +y x x =17.26% CO 2: %1002 2100?+ +y x y =0.6983% 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，大部分经循环压缩机后与原料气混合返回合成塔中。下图是生产流程示意图 放空气体 Akmol/h 原料气和冷凝分离后的气体组成如下： 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
吴元欣版反应工程答案
第一章例题与习题解答 例1 每100 kg 乙烷（纯度100% ）在裂解器中裂解，产生45.8 kg 乙烯，乙烷的单程转化率为59% ，裂解气经分离后，所得到的产物气体中含有 4.1kg 乙烷，其余未反应的乙烷返回裂解器。求乙烯的选择性、收率、总收率和乙烷的总转化率。 解：以 B 点的混合气体为计算基准进行计算即得到单程转化率和单程收率，而以对A 点的新鲜气体为计算基准进行计算得到全程转化率和全程收率。；新鲜原新鲜原料通过反应器一次所达到的转化率，单程转化率（反应器进口为基准）。料进入反应系统起到离开系统止所达到的转化率，全程转化率（新鲜原料为基准）100 kg B 点进入裂解器的乙烷为。现对 B 点进行计算，设 循环
E ● 分离器产品裂解器●●新鲜乙烷 A B由于乙烷的单程转化率为59% ，则在裂解器中反应掉的原料乙烷量为
H 100 0.59 59kg E 点乙烷的循环量 Q 100 H 4.1 100 59 4.1 36.9kg A 点补充的新鲜乙烷量为 100 Q 100 36.9 63.1kg F 乙烯的选择性为45.8/ 28 45.8/ 28 100% 83.172% 100% S H / 30 59 / 30 乙烯的单程收率 45.8/ 28 100% y 49.07% 30 100 / 乙烯的总收率（摩尔收率）45.8 / 28 45.8 / 28 100% 100% 77.77% Y 63.1/ 30 F / 30
乙烯的总质量收率 45.8 45.8 ' Y100% 72.58% 100% F 63.1 H 59 X＝100%＝乙烷的总转化率100%＝93.5% 63.1 F 例2 精品资料 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： 2H CH OH
反应工程总复习题(答案)
化学反应工程试题答案 一、单选题：（共60 小题，每题0.5分） 1、化学反应工程是研究如下问题的学科：（A ） A、化学反应器工程问题 B、化工单元操作 C、反应器特性 D、传递特性 2、化学反应工程研究的对象是：（A） A、化学反应器 B、单元操作 C、化工流程 D、化学工艺 3、连续操作的反应器的独立变量为（C） A、浓度 B、反应时间 C、反应器体积大小 4、理想混合的间歇反应器的独立变量为（B） A、反应速率 B、反应时间 C、反应空间 5、连续操作的理想混合流反应器的独立变量是：（C） A、反应物浓度 B、反应时间 C、反应空间 6、间歇操作的反应器所具有的特点包括：（A） A、参数随时间变化 B、参数随空间变化 C、累积量为零 D、累积量不为零 7、在对理想的全混流反应器进行物料衡算时，下面哪些量为零：（D） A、流入量 B、流出量 C、反应量 D、累积量 8、在对定常态操作的反应器进行物料衡算时，下面哪些量为零：（D） A、流入量 B、流出量 C、反应量 D、累积量 9、稳定的定常态操作点符合如下条件：（A） A、移热速率大于放热速率 B、移热速率小于放热速率 C、移热速率等于放热速率 10、若CSTR 的某一操作点是稳定的定常态操作点，则该操作状态具有的特点是：（C） A、移热速率大于放热速率 B、移热速率小于放热速率 C、移热速率等于放热速率 11、在CSTR 中进行一级不可逆反应，最多可以有几个定常态操作点？（D） A、0 B、1 C、2 D、3 E、4 12、对于反应级数大于零的反应，下述情况哪种容积效果最高？（C）
A、单釜CSTR B、多釜CSTR C、PFR
化学反应工程习题解答吴元欣
第一章 绪论 1-1解：（1）反应的选择性为： %11.969611.0720 .0629 .0==== X Y S （2）进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：（摩尔比），当进入反应 器的总原料量为100mol 时，则反应器的进料组成为： 组分 摩尔分率y i0 摩尔数n i0(mol) CH 3OH 2/（2+4+）= 空气 4/（2+4+）= H 2O （2+4+）= 总计 1 100 设甲醇的转化率为X A ，甲醛的收率为Y P ，反应器出口CH 3OH 、CH 3CHO 和CO 2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 A0Y P = mol n C =n A0(X A -Y P )= mol 结合上述反应的化学计量式，H 2O （n W ）、O 2（n O ）和N 2（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 所以，反应器出口气体组成为： 组分 摩尔数（mol ） 摩尔分率% CH 3OH HCHO H 2O CO 2 O 2
N 2 1-3解：以100mol 进料为基准，并设x 和y 分别表示环氧乙烷和二氧化碳的生成量，根 据题目给的进料组成和化学计量关系列式： O H C O H C 4224221 ?→?+ (1) O H CO O H C 22242223+?→?+ (2) 可列出下表： 组成 反应器进口/% 反应器出口/% C 2H 4 15 O 2 7 总计 100 由于反应器出口气体中乙烯和氧的摩尔分数已知，所以可列出下面两个方程： 131.02100215=-- -x y x 及 048.02 1002327=- - -x y x 解得：x= y= 乙烯的转化量为：+2=
最新李绍芬版反应工程第二版完整答案教程文件
1 绪 论 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，计算进料原料其中x i =y i i i i m i i
2011年反应工程A卷参考答案
《化学反应工程》期末考试试题A 卷参考答案 一、填空（每空3分，共24分） 1、在轴向分散模型中，模型的唯一参数彼克莱准数愈大轴向返混程度就 愈小 。 2、气体在固体表面上的吸附中物理吸附是靠__分子引力__结合的，而化学吸附是靠__化学键__结合的。 3、在等温活塞流反应器中进行一级均相反应，反应器体积不变，进口浓度C A0从1mol/L 增加到2mol/L ，如果出口转化率不变，则进料体积流量V 0必须 不变 ； 4、活化能的大小直接反映了___反应速率 _____对温度的敏感程度。 5、对于等温下进行串联反应S P A k k ?→??→? 21，在达到相同转化率的情况下，平推流反应器的效果 优于 全混流反应器。 6、用阶跃示踪法测停留时间分布时，通入示踪物5秒后测得F(t)=0.8，这说明通过该反应器的流体中80%的停留时间为 小于等于5秒 ，20%停留时间为 大于5秒 。 二、选择题（每题3分，共24分） 1、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 2、全混流反应器停留时间分布特征值方差2θσ为 B 。 A 、0 B 、1 C 、t D 、∞ 3、气相反应2423CO H CH H O +?+，进料时无惰性气体，CO 与2H 以1∶2摩尔比进料，则膨胀因子c o δ= A 。 A . -2 B. -1 C. 1 D. 2 4.反应级数n= C 时微观流体和宏观流体具有相同的反应结果。 A. 0 B. 0.5 C. 1 D. 2 5、对于单一反应组分的平行反应((A S A P →→主），副），其瞬间收率A ?随A C 增大而单调下降，则最适合的反应器为 A 。 A.全混流反应器 B. 全混流串接平推流反应器 C. 多釜串联全混流反应器 D. 平推流反应器 6. 阶跃示踪法测定停留时间分布对应曲线为 B 。 A. E （t ）曲线 B. F （t ）曲线 C. I （t ）曲线 D. y （t ）曲线 7、反应物A 的水溶液在等温全混流反应器中进行两级反应，出口转化率为0.4，若改为等体积的活塞流反应器中进行，则出口转化率为 C 。
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
李绍芬版反应工程答案教学文案
李绍芬版反应工程答 案
1 绪 论 1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应： 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），当进入反应器的总原料量为100mol 时，则反应器的进 设甲醇的转化率为X A P ）式可得反应器出口甲醇、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，大部分经循环压缩机后与原料气混合返回合成塔中。下图是生产流程示意图 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
《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
化学反应工程作业答案
化学反应工程作业答案
3-2 在等温间歇反应器中进行皂化反应325325CH COOC H NaOH CH CHCOONa C H OH +→+ 该反应对乙酸乙酯和氢氧化钠均为一致，反应开始时乙酸乙酯和氢氧化钠的浓度均为0.02mol/L ，反应速率常数为5.6L/（min ·mol ），要求最终转化率为0.95，试求当反应器体积为31m 、32m 时，所需的反应时间是多少？ 解： A B C D +=+ A A B r k C C =?? 设A 的转化率为A x ，B 的转化率为B x 000A A A A A A n n n x n n --?= = 000 B B B B B B n n n x n n --?== ∵ 00A B n n = ， A B n n ?=? ， ∴ A B C C = t=0 Af x A A a dx C r ? =020 Af x A A A dx C k C ?? =01(1)A Af kC x --0 1A k C =169.6 min t 与反应体积无关。 ∴31m 、所需反应时间均为169.6min 3-3 在平推流反应器中进行等温一级反应，出口转化率为0.9，现将该反应移到一个等体积的全混流反应器中进行，且操作条件不变，问出口转化率是多少？ 解：对于平推流反应器： 1ln 1Af k x τ=- 0 B v v τ= 对于全混流反应器： '' 1Af Af x k x τ= - 0 R v v τ= ∴ 1ln 1Af x -=' 1Af Af x x -=2.3 ∴ ' Af x =0.697
3-6 已知某均相反应，反应速率2 ,17.4A A r kC k ml ==/（mol ﹒min ），物料密度恒定为0.75g/ml ， 加料流量为7.14L/min ，0A C =7.14mol/L ，反应在等温下进行，试计算下列方案的转化率各为多少？ (1) 串联两个体积0.253m 的全混流反应器。 （2）一个0.253m 的全混流反应器，后接一个0.253m 的平推流反应器。 （3）一个0.253m 的平推流反应器，后接一个0.253m 的全混流反应器。 （4）两个0.253m 的平推流反应器串联。 解： （1） 0R v v τ== 3 0.251027.14 ?=35mm ， 设转化率为12,f f x x 12011 (1)f A f x k C x τ=-?121(1)f f x x -=4.35 ?1f x =0.622 ∴ 101(1)A A f C C x =-=7.14×（1-0.622）=2.7mol/L 2222 1221 (1)(1)f f A f f x x k C x x τ= ?--=1.64 ∴ 20.467f x = 12(1)Af A f C C x =-=1.44 ∴ 0(1)0.80Af A Af Af C C x x =-?= （2） 00.251000 7.14 R V V τ?= ==35min 12011 (1)f A f x k C x τ=-?121(1)f f x x -=4.35 ?1f x =0.622 ∴ 101(1)A A f C C x =-=7.14×（1-0.622）=2.7mol/L 221221 1.64(1)(1)f f A f f x x k C x x τ=?=-- ∴ 20.62 f x = 12(1)Af A f C C x =-=2.7×（1-0.62）=1.026
《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)
化学反应工程考试试卷及答案
一、填空（40分） （1）气相反应A＋3B→2C，则δ= δ= 。ΒA dC A?r?,前提是（2）反应速率常数有时可以表为。A dt （3）空间速度是指 ___________ ， 空间时间是指 __________。 （4）反应具有最佳温度曲线， 最佳温度曲线是指 __________ 。 4.0克／cm5）多孔性球形颗粒10克，半径1cm，系由密度为（孔隙率3的材料制成。 则其孔容积V= ,θ= g 。假密度ρ= 2?0.218?，如果采用扩散模型，则）已知某非理想流动反应器其停留时间分布的方差 （6?Pe=_______,如果采用多级全混流模型，则m=_______ （7）催化剂微孔内的气体扩散有＿＿＿＿扩散，＿＿＿＿扩散、＿＿＿＿扩散、 及＿＿＿＿扩散等多种形式。。 L r?2C AL A C1mol/L, ，进料反应进行至，（8）复合反应＝A02C2r?M AM x?0.5, s = 时。如果该反应在在固体催化剂中进行时，由瞬时选择性LA。于内扩散的影响，选择性会t?E(t)dt?F(?)?F(0)?）（9,，。 0． （10）内扩散效率因子ζ和Thiele模数Φ的数值通常有如下关系： 外扩散和化学动力学控制时ζ1，Φ值较； 内扩散强烈影响时ζ1，Φ值较。 （11）CO中温变换反应器属于固定床里的反应器。固定床按气体流动方向， 可以分为和反应器。 492－＝/s, =1.5×1012）某一级不可逆的气液反应过程，已知k=10mm/s,D（LL则当k 时，该反应属于快反应，反应区主要在，工业上可选用 反应器或反应器；当k 时，该反应属于慢反应，这时反应区主 要在，工业上可选用或反应器。 L2r?1.0CC BAL L 13AB为主产物，则适＋（，）对于平行反应2r?2.0CC M BAA CC 的要求是宜的操作条件对和。BA （14）返混是指
天津大学反应工程第二版课后习题答案
检测方法及方法确认作业指导书 天津大学：《反应工程》（第二版） 习题答案 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（X）达72%，甲醛的收率（Y）为69.2%。试计算：（1 ）反应的选择性（S）；（2）反应器出口气体的组成（摩尔分率%）。 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）， 设甲醇的转化率为X A ，甲醛的收率为Y P ，根据（1.3）和（1.5）式可得反 应器出口甲醇、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 组分摩尔数（mol）摩尔分率% CH 3 OH 7.672 6.983 HCHO 18.96 17.26 H 2 O 38.3 34.87 CO 2 0.7672 0.6983 O 2 0.8788 0.7999 N 2 43.28 39.39 组分摩尔分率y i0 摩尔数n i0 (mol) CH 3 OH 2/（2+4+1.3）=0.2740 27.40 空气4/（2+4+1.3）=0.5479 54.79 水 1.3/（2+4+1.3）=0.1781 17.81 总计 1.000 100.0
化学反应工程试卷
泰山医学院****～****学年第**学期 ****级临床医学专业本科《化学反应工程》试卷(A) 一、选择题（每小题1分，共 10 分。请将答案填在下面的表格内） 1.化学反应CO+3H 2CH 4 +H 2O ，其中化学反应计量系数为-1的是那种物质( )。 A.CO B. CH 4 C. H 2O D. CO 、 CH 4 、H 2O 2.气相反应A+3B C+D 进料时无惰性气体，A 、B 以2:1摩尔比进料，则膨胀因子δCO =（ ）。 A.2 B.1 C.-1 D.-2 3.对于一非恒容均相化学反应a A A a B B,反应组分A 的化学反应速率-v =( ) A.–v A =Vdt dn B - B. –v A =Vdt dn A - C.–v A =dt dc A - D. –v A =dt dc B - 4.全混流反应器的容积效率η=1.0，该反应的反应级数n=( )。 A. <0 B. =0 C. ≥0 D. >0 5.对于反应级n >0的不可逆等温反应，为降低反应器容积，应选用（ ）。 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 6.分批式操作的完全混合反应器非生产性时间t o 不包括下列哪项（ ）。 A.加料时间 B.物料冷却时间 C.反应时间 D.清洗釜所用时间 7.对于气—液相反应几乎全部在液相中进行的极慢反应，为提高反应程度，应选用（ ）装置。 A.填料塔 B.喷洒塔 C.鼓泡塔 D.板式塔
8.停留时间分布函数F(t)的定义为（ ）。 A. F(t)=dt t dF )( B. F(t)= )() (t dF t dF C. F(t)= ∞N N t D. F(t)= ∞N N 9.不属于气固相催化反应固定床反应器拟均相二维模型的特点是（ ）。 A.粒子与流体间有浓度差 B. 粒子与流体间无浓度差 C.床层径向有温度梯度 D. 床层径向有浓度梯度 10.流化床反应器中的操作气速v o 是根据具体情况定的，一般取流化数v o /v mf 有（ ）范围内。 A. 0.1~0.4 B. 1.5~10 C. 10~15 D. 0.4~1.5 二、填空题（每空 1 分，共 20 分） 1.），它和接触时间成（ ）关系。 2. 用阿累尼乌斯方程来描述反应速度常数与反应温度的关系式（ ），对一给定反应温度升高，反应速率常数将（ ）。 3. 对于间歇系统中进行的化学反应v A A + v B B= v R R,用A 物质表示的反应进度定义为（ ）。 4. 具有良好搅拌装置的釜式反应器按（ ）反应器处理，而管径小、管子较长和流速较大的管式反应器按（ ）处理。 5. 实际流动反应器当t=0时，停留时间分布函数F(t)=（ ），当t=∞时，停留时间分布函数F(t)=（ ），停留时间分布密度函数为（ ）。 6. 催化剂失活主要是（ ）、（ ）、（ ）三类。 7. 气固相反应器主要分（ ）和（ ）两大类。 8. 气体组分在固体催化剂中的扩散过程主要形式有（ ）、（ ）、（ ）和（ ）。 9. 物料衡算式的基本表达形式为（ ）。 三、简答题（每题 6 分，共 36 分） 1. 连串反应（等温恒容下的基元反应）A k1 P k2 S 描绘组分A 、P 、S 随时间的变化关系图 。
《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），当进入反应器的总原料量为100mol 时，则反应器的进料组成为 A P ）式可得反应器出口甲醇、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 所以，反应器出口气体组成为： 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
李绍芬版反应工程(第二版)完整答案
1绪论 1.1解：（1）由（1.7 ）式得反应的选择性为： S = Y = 0.621 = 0.9611 二96?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），当进入反应器的总原料量为100mol时，则反应器的进料组成为 设甲醇的转化率为X A,甲醛的收率为Y P,根据（1.3 ）和（1.5 ）式可得反应器出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数皿、n p和n c分别为：n=n AO（1-X A）=7.672 mol n p=n AO Y P=18.96 mol n c=n AO（X A-Y P）=0.7672 mol 结合上述反应的化学计量式，水（nv）氧气（n。）和氮气（n N）的摩尔数分别为： nw=n w+n p+2n c=38.30 mol n o=no//2n p-3/2n C=0.8788 mol n N=n N O=43.28 mol 所以，反应器出口气体组成为：
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： CO 2H 2 二 CH 3OH 2C0 4H 2 (CH 3)2O H 2O CO 3H 2 CH 4 H 2O 4CO 8H 2 C 4H 9OH 3H 2O CO H 2O CO 2 H 2 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，大部分经循环压缩机后与原料气混合返回合成塔中。 下图是 生产流程示意图 ___________ 冷凝分离 Bkg/h 粗甲醇 lOOkmol 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 原料气 Akmol/
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 -1-363 111 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