化工反应工程答案_第二章要点
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
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/.6.1
α-==-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，改变进口原料气流量Q 0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
0.34
α-==
故CO 的转化速率为
40030.10130.03 6.3810/8.31410573--?
===???A A P C mol l RT
430
0 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)()()0.05350.15080.1013..()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
22
00.8(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
417.5810/=?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 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
1
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
3
2
1.5 1.5
41.512
1.5
333317.15333.0 5.718 1.05510317.154.02310/.(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()()550550
5508.314673823400400
400exp()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
22
3
0.5
0.5
335.841043.261.46108.5510---?? ?
??
?=
==??SO P SO o
p K p p
(3)求平衡温度Te
log 4905.5/ 4.6455
4905.5780.96.282=-==p e e K T T K
(4)利用（2.31）式求逆反应活化能E 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
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）
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
330.5330.53630034006300 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
1
δυυ++-===∑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
1
δυυ+--===∑A t A
反应物A 的原始分率：
01
0.214=
=+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 33500029.528102 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 2.1
3210.3822.75 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
1.662510/110.50.380.85
2.75 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)
131
21211
10
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) 2.750.4
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：
θσσθθθ+?=
=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
θσσθθθ?+==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)σσ
θθ+?=A A
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 V R R V
k r kK p K p kp K 其中
/==R k kK K K k kK
2.16设有反应→+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)σσθθσσθσσ
θθ+?=-→+=?+=-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。
2.18利用习题2.1的数据，试用积分法和微分法求其动力学方程。
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：
=-
=A
A A dC r kC dt
积分得：
ln()
=A A C kt C
0ln()
A A C C
表示为：
0.425/.=-
=A
A A dC r C mol l h dt
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，求得各切线的斜率即为对应的dC A /dt 之值，然后再以
A A 方程可表示为：
0.5/.=-=A
A A dC r C mol l h
dt 或将速率方程直线化，即两边取对数，得：
ln()ln ln -
=+A
A dC k n C dt
可简化为y=b+ax 形式，利用多元回归，可求得反应级数n=1.004≈1，反应速率
常数值为k=0.4996。
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。
2.19在Ni 催化剂上进行甲烷化反应：
2423+?+CO H CH H O
数及正反应速率常数。
解：由题意可写出速率方程式： 42
'β
=a CH CO H
r k p p
但由于氢的分压保持为0.1013MPa 的恒定值，反应速率式可简化为：
4=a
CH CO r kp
式中
2
'β
=H k k p 。将速率式直线化：
4ln ln ln =+CH CO
r k a p 或=+y b ax
式中
4
ln ,ln ,ln ===+CH CO
y r
b k x p ，由残差平方和最小而导出最小二乘法的
系数计算式：
2
2
1-=
??-????=
-??∑∑∑∑∑∑∑x y m xy a x m x
b y a x m
将累加值代入a,b []42
2
24(18.26)( 5.293)522.730.9571( 5.293)59.1571
18.260.957( 5.293) 2.639
5
7.144107.14410/.min
---?--?==≈--?=--?-=-=?==?CH CH CO a b k R r p kmol g
2.20在铂催化剂上，乙烯深度氧化的动力学方程可表示为：
2(1)=
+A B
B B kp p r K p
式中p A ,p B
试求该温度下的反应速率常数k 和吸附平衡常数K B 。
解：首先将动力学方程式直线化：
2
(1)
=
?=++A B
B B B kp p r p K p
或y=b+ax 。其中
y ()
245
2
232
3
2.28710 5.05611 1.20910169.12.2871011 5.688101 5.056169.1 2.287100.10811
1
85.73
169.1 1.5661085.731 1.56610
---??-??==?-????=-??=??====?=?=
+?B A B
B
a b k b K p p r p
平均偏差 4.7%δ=，结果是令人满意的。
化学反应工程习题第7章答案
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
0616化学反应工程知识点
化学反应工程知识点 —郭锴主编 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，即化学反应动力学，而且着重研究传递过程对宏观化学反应速率的影响，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、任何化工生产，从原料到产品都可以概括为原料的预处理、化学反应过程和产物的后处理这三个部分，而化学反应过程是整个化工生产的核心。 3.化学反应工程的基本研究方法是数学模型法。数学模型法是对复杂的、难以用数学全面描述的客观实体，人为地做某些假定，设想出一个简化模型，并通过对简化模型的数学求解，达到利用简单数学方程描述复杂物理过程的目的。模型必须具有等效性，而且要与被描述的实体的那一方面的特性相似；模型必须进行合理简化，简化模型既要反映客观实体，又有便于数学求解和使用。 4.反应器按型式来分类可以分为管式反应器、槽式反应器（釜式反应器）和塔式反应器。 5反应器按传热条件分类，分为等温反应器、绝热反应器和非等温非绝热反应器。 第一章 均相单一反应动力学和理想反应器 1、目前普遍使用关键组分A 的转化率来描述一个化学反应进行的程度，其定义为：0 0A A A A A A n n n x -==组分的起始量组分量转化了的 2、化学反应速率定义（严格定义）为单位反应体系内反应程度随时
间的变化率。其数学表达式为dt d V r ξ1=。 3、对于反应D C B A 432+=+，反应物A 的消耗速率表达式为dt dn V r A A 1-=-；反应产物C 的生成速率表达式为：dt dn V r C C 1= 4.反应动力学方程：定量描述反应速率与影响反应速率之间的关系式称为反应动力学方程。大量的实验表明，均相反应的速率是反应物系的组成、温度和压力的函数。 5.阿累尼乌斯关系式为RT E C C e k k -=0，其中活化能反应了反应速率对温 度变化的敏感程度。 6、半衰期：是指转化率从0变为50%所需时间为该反应的半衰期。 7、反应器的开发大致有下述三个任务：①根据化学反应动力学特性来选择合适的反应器型式；②结合动力学和反应器两方面特性来确定操作方式和优化操条件；③根据给定的产量对反应装置进行设计计算，确定反应器的几何尺寸并进行评价。 8.在停留时间相同的物料之间的均匀化过程，称之为简单混合。而停留时间不同的物料之间的均匀化过程，称之为返混。 9.根据返混情况不同反应器被分为以下类型：间歇反应器、理想置换反应器（又称平推流反应器或活塞流反应器）、全混流反应器（又称为连续操作的充分搅拌槽式反应器）。 10.反应器设计计算所涉及的基础方程式就是动力学方程式、物料衡算方程式和热量衡算方程式，其中物料衡算所针对的具体体系称为体积元。 11、停留时间又称接触时间，用于连续流动反应器，指流体微元从反
化学反应工程第一章作业
1.过程工业包括哪些过程？ 2.什么是化工产品生产的关键过程。 3.化工过程可以同时发生在很宽的时间尺度和空间尺度上，都有哪些尺度？ 4.什么是数学模型？ 5.按照反应的可逆性，化学反应分为哪些类型？ 6.按照反应的热效应，化学反应分为哪些类型？ 7.按照压力的操作条件，反应过程分为哪些类型? 8.按照操作方法，反应过程分为哪些类型？ 9．根据操作方法的不同，工业反应器可分为哪些类型？ 10.釜式反应器和槽式反应器的区别是什么？ 11.什么是停留时间分布？ 12.什么是寿命分布？ 13．什么是年龄分布? 14．什么是流动模型？ 15.什么是流动的数学模型？ 16.理想流动模型进行的两种极限情况是哪些？ 17.平推流模型的特点有哪些？ 18.全混流模型的特点有哪些? 19.化学反应过程主要包括哪两方面的内容? 20.按照是否使用催化剂，化学反应分为哪些类型？ 21.按照反应物系相态分类，化学反应分为哪些类型？ 22．什么是转化率？ 23.什么是化学膨胀因子？ 24.什么是同时反应？ 25.什么是平行反应？ 26.什么是连串反应？ 27.什么是收率？ 28.什么是选择率？ 29.选择率，收率和转化率之间的关系是？ 30．什么是间歇系统的反应速率？ 31．什么是空间速度？空间速度和接触时间什么关系？ 32.什么是液空速？ 33.什么是湿空速？ 34．什么是干空速? 35．提问：已知NA0，XA,CA0，VS0，τ0，试建立rA和XA,CA0，τ0之间的关系式。 36.化学计量式的左边，右边及等号各代表什么含义? 37.写出反应速率常数，并指出各字母代表的含义。 38.体积反应速率常数，表面反应速率常数和质量反应速率常数之间存在怎样的关系？ 39.反应速率从常数和温度之间存在怎样的关系？ 40.对于不可逆的单一反应，温度对其有怎样的影响？ 41.对于不可逆的单一反应，为了获得较大的反应速率，在实际生产中还应考虑哪些问题？ 42.对于可逆吸热的单一反应，温度对其有怎样的影响？ 43.对于平行反应，反应物A1的消耗速率和产物A3，A4生成速率之间的关系是什么？
化学反应工程第二章
第二章均相反应动力学基础 均相反应均相反应是指参予反应的各物质均处同一个相内进行化学反应。 在一个相中的反应物料是以分子尺度混合的，要求： ①必须是均相体系 (微观条件) ②强烈的混合手段 (宏观条件) ③反应速率远小于分子扩散速度 一、计量方程 反应物计量系数为负，生成物计量系数为正。 计量方程表示物质量之间关系，与实际反应历程无关； 计量系数只有一个公因子； 用一个计量方程表示物质量之间关系的体系称为单一反应，反之称为复合反应。 二、化学反应速率 单位时间、单位反应容积内组分的物质的量（摩尔数）的变化称之为该组分的反应速率。 反应物： 生成物： 对于反应 三、化学反应速率方程 r 是反应物系的组成、温度和压力的函数。 3 2223NH H N =+032223=--N H NH A A A dn r Vd d t C dt =- =-R R R dn r Vdt dC dt == A B S R A B S R αααα+=+S A B R A B S R r r r r αααα= = = A A A B r [k (T)][f( C ,C ,)] =
有两类；双曲函数型和幂函数型。 k-化学反应速率常数； a(b)-反应级数。 (1)反应级数 (i) 反应级数与反应机理无直接的关系，也不等于各组份的计量系数； (ii) 反应级数表明反应速率对各组分浓度的敏感程度； (iii) 反应级数是由实验获得的经验值，只能在获得其值的实验条件范围内加以应用。 (2)反应速率常数k [k]: s -1 ·(mol/m 3)1-n E ：是活化能，把反应分子“激发”到可进行反应的“活化状态”时所需的能量。 E 愈大，通常所需的反应温度亦愈高，反应速率对温度就愈敏感。 k 0 —指前因子,其单位与反应速率常数相同； E — 化学反应的活化能,J/mol ； R — 气体常数,8.314J/(mol .K)。 a b A A B r kC C =2 2 2 0.5 12H Br HBr HBr Br k c c r c k c = + exp[]E k k RT =-01 ln ln E k k R T =-? lnk 1/T
化工反应工程答案_第二章
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 试求反应时间为的的水解速率 解：利用反应时间与组分A 的浓度变化数据，作出Q ?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 器 °- 125mOl/Lh 由（2.6 ）式可知反应物的水解速率为 2.2 「A dC A dt °.125mol / l.h F A dF A 故反应速率可表示为: F A °（1 X A ） Q °C A °（1 X A ） Q °C A°dX A 「A Q 0C A0 dX A dV R C A0 dX A d(V R /Q 。) dX A /d(V R /Q °) 0.65 °.°4 0.34 故CO 的转化速率为 1.79 C A0 P A0 RT 0.1013 0.03 6.38 10 4mol/l 在一管式反应器中常压300C 等温下进行甲烷化反应： CO 3H 2 CH 4 H 2O 催化剂体积为10ml ，原料气中CO 的含量为3%其余为N,H 2气体，改变进口原 料气流量Q 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 勺转化速率。 解： 是一个流动反应器，其反应速率式可用（2.7 ）式来表示 dF A dV R 用X A ?V R /Q 。作图，过V R /Q 0=0.20min 的点作切线，即得该条件下的 值 a 。
r A C AO d —A 6.38 10 4 1.79 1.14 10 3mol /l.min d (V R / Q o ) 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： r k w y COSOf kmol/kg h 式中y cO 和 y 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30n i /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 o (2) (2)以反应相界面积为基准的速率常数 k g o (3) (3)以分压表示反应物系组成时的速率常数 k g o (4) (4)以摩尔浓度表示反应物系组成时的速率常数 k c o 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nVm 3。 (1)k v b k w 1.13 103 0.0535 60.46kmol/m 3 .h — A 1 —A 解得—=82.76% b 3k w 1.78 b 30 103 (1 )0.45 0.0535 '0.1013， (8.31 10 3 700).45 6 2 10 6kmol /m .h °1508kgg 5 c, )45 0.0535 0.333(7^7)0.45(4^) 0.1 kmol kg .h 2.4在等温下进行液相反应A+4C+D 在该条件下的反应速率方程为： r A 0.8C A .5c B .5mol /l min 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： 1.5mol/l 「A 由 ( 2.6 ) 由题中条件知是个等容反应过程，且 ， 故可把反应速率式简化，得 O.8C A .5CB .5 0.8C A 0.8C A 0(1 式可知 A 和 B 的初始浓度均相等，即为 — A )2 dC A dt 代入速率方程式 c d —A A0 dt 化简整理得 d —A 「A d C AO (1 —A ) c C A0 dt d —A dt 2 2 O.8C AO (1 —A ) (1 —A ) 积分得 0.8C A0dt 0.8C A°t w n k w
化学反应工程第三章答案
3 釜式反应器 3.1在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应： 325325+→+CH COOC H NaOH CH COONa C H OH 该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级。反应开始时乙酸乙酯及氢氧化钠的浓度均为0.02mol/l ，反应速率常数等于5.6l/mol.min 。要求最终转化率达到95%。试问： （1） （1） 当反应器的反应体积为1m 3时，需要多长的反应时间？ （2） （2） 若反应器的反应体积为2m 3，，所需的反应时间又是多少？ 解：（1）002220 00001()(1)110.95169.6min(2.83) 5.60.0210.95 ===?---= ?=?-??Af Af X X A A A A A A A A A A A dX dX X t C C R k C X kC X h (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2.83h 。 3.2拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应： 223222+→++CH ClCH OH NaHCO CH OHCH OH NaCl CO 以生产乙二醇，产量为20㎏/h ，使用15%（重量）的NaHCO 3水溶液及30%（重量）的氯乙醇水溶液作原料，反应器装料中氯乙醇和碳酸氢钠的摩尔比为1：1，混合液的比重为1.02。该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为一级，在反应温度下反应速率常数等于5.2l/mol.h ，要求转化率达到95%。 （1） （1） 若辅助时间为0.5h ，试计算反应器的有效体积； （2） （2） 若装填系数取0.75，试计算反应器的实际体积。 解：氯乙醇，碳酸氢钠，和乙二醇的分子量分别为80.5,84 和 62kg/kmol,每小时产乙二醇：20/62=0.3226 kmol/h 每小时需氯乙醇：0.326680.5 91.11/0.9530%?=?kg h 每小时需碳酸氢钠：0.326684 190.2/0.9515%?=?kg h 原料体积流量： 091.11190.2 275.8/1.02+= =Q l h 氯乙醇初始浓度：00.32661000 1.231/0.95275.8?==?A C mol l 反应时间： 02000110.95 2.968(1) 5.2 1.23110.95===?=-?-??Af Af X X A A A A B A A dX dX t C h kC C kC X 反应体积：0(')275.8(2.9680.5)956.5=+=?+=r V Q t t l
生物反应工程复习资料
生物反应工程原理复习资料 生物反应过程与化学反应过程的本质区别在于有生物催化剂参与反应。 生物反应工程是指将实验室的成果经放大而成为可提供工业化生产的工艺工程。 酶和酶的反应特征 酶是一种生物催化剂，具有蛋白质的一切属性；具有催化剂的所有特征；具有其特有的催化特征。 酶的来源：动物、植物和微生物 酶的分类：氧化还原酶、水解酶、裂合酶、转移酶、连接酶和异构酶 酶的性质：1）催化共性：①降低反应的活化能②加快反应速率③不能改变反应的平衡常数。 2)催化特性：①较高的催化效率 ②很强的专一性 ③温和的反应条件 易变性和失活 3）调节功能：浓度、激素、共价修饰、抑制剂、反馈调节等 固定化酶的性质 固定化酶：在一定空间呈封闭状态的酶，能够进行连续反应，反应后可以回收利用。 与游离酶的区别： 游离酶----一般一次性使用（近来借助于膜分离技术可实现反复使用） 固定化酶--能长期、连续使用（底物产物的扩散过程对反应速率有一定的影响；一般情况下稳定性有所提高；以离子键、物理吸附、疏水结合等法固定的酶在活性降低后，可添加新鲜酶溶液，使有活性的酶再次固定，“再生”活性） 固定化对酶性质的影响：底物专一性的改变 、稳定性增强 、最适pH 值和最适温度变化、动力学参数的变化 单底物均相酶反应动力学 米氏方程 快速平衡法假设：（1）CS>>CE ，中间复合物ES 的形成不会降低CS （2）不考虑 这个可逆反应（3） 为快速平衡， 为整个反应的限速阶段，因此ES 分解成产物不足以 破坏这个平衡 稳态法假设：（1）CS>>CE ，中间复合物ES 的形成不会降低CS （2）不考虑 这个可逆反应（3）中间复合物ES 一经分解，产生的游离酶立即与底物结合，使中间复合物ES 浓度保持衡定，即 P E ES S E k k k +→+?-211P E ES +←ES S E ?+P E ES +→P E ES +←0=dt dC ES
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
生物反应工程原理
第一章生物工程导论 1.生化反应工程的概念 以生物反应动力学为基础，利用化学工程方法研究生物反应过程的一门学科。 2.生化反应工程研究对象 研究生物反应动力学反应器设计 3.生化反应特点 优点：反应条件温和设备简单同一设备进行多种反应通过改良菌种提高产量 缺点：产物浓度低，提取难度大废水中的COD和BOD较高前期准备工作量大菌种易变异，容易染杂菌 4.生化反应动力学 本征动力学：又称微观动力学，生化反应所固有的速率没有物料传递等工程因素影响。 反应器动力力学：宏观动力学，在反应器内所观察到的反应速率是总速率考虑。 5.生化工程研究中的数学模型 结构模型：由过程机理出发推导得出 半结构模型：了解一定机理结合实验数据 经验模型：对实验数据的一种关联 第二章生物反应工程的生物学与工程基础 1.因次：导出单位，也称量纲。 2.红制及基本单位 密度比容气体密度压力 第三章微生物反应计量学教材p53-64 1.反应计量学：对反应物组成及转化程度的数量化研究 2.得率系数与维持因数： 得率系数：细胞生成量与基质消耗量的比值 维持因数：单位质量细胞进行维持代谢时所消耗的基质。 3.细胞组成表达式及元素衡算方程 细胞组成表达式CH1-8O0.5N0.2 元素衡算方程CHmOn+aO2+bNH3=CCH2O3Nr+d H2O +e CO2 4.得率系数与计量系数关系 当细胞反应是细胞外产物的简单反应时，得率系数与计量系数关系如下： 5．呼吸商：二氧化碳产生速率与氧气消耗速率之比 6.实例计算 第四章均相酶反应动力学（教材P8-10,26-38） 1．酶活力表达方法及催化特性 催化特性：酶具有很强的专一性较高的催化效率反应条件温和易失活，温热，氧化失活 2.了解反应速率方程的几种形式 零级反应：反应速率与底物浓度零次方成正比 一级反应：反应速率与底物浓度一次方成正比 二级反应：反应速率与浓度二次方成正比
化学反应工程复习题 (1)
第一章 绪论 1. 化学反应工程是一门研究______________的科学。（化学反应的工程问题） 2. 化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的科学，既以_______作为研究对象，又以_______为研究对象的学科体系。（化学反应、工程问题） 3. _______是化学反应工程的基础。（ 三传一反） 4. 化学反应过程按操作方法分为_______、_______、_______操作。（分批式操作、连续式操作、半分批式） 5. 化学反应工程中的“三传一反”中的三传是指_______、_______、_______。（传质、传热、动量传递） 6. 不论是设计、放大或控制，都需要对研究对象作出定量的描述，也就要用数学式来表达个参数间的关系，简称_______。（数学模型） 7. 在建立数学模型时，根据基础资料建立物料、热量和动量衡算式的一般式为_______。（累积量=输入量-输出量） 第二章 均相反应动力学 1. 均相反应是指_。（参与反应的物质均处于同一相） 2. aA + bB pP + sS 对于反应，则=P r _______)(A r -。（a p ） 3.着眼反应组分K 的转化率的定义式为_______。（ 00 K K K K n n n -=χ） 4.当计量方程中计量系数的代数和等于零时，这种反应称为_______，否则称为_______。（等分子反应、非等分子反应） 5. 化学反应速率式为βαB A C A C C K r =-，用浓度表示的速率常数为C K ，假定符合理想气体状态方程，如用压力表示的速率常数P K ，则C K =_______P K 。（)()(βα+RT ） 6. 化学反应的总级数为n ，如用浓度表示的速率常数为C K ，用逸度表示的速率常数f K ，则 C K =_______f K 。（n RT )(） 7. 化学反应的总级数为n ，如用浓度表示的速率常数为C K ，用气体摩尔分率表示的速率常数y K ，则 C K =_______y K 。（n p RT ???? ??） 10. 活化能的大小直接反映了______________对温度的敏感程度。（反应速率） 12.生成主产物的反应称为_______，其它的均为_______。（主反应、副反应） 13. 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_______
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。
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
生物反应工程习题
1-6 试根据下列实验数据确定r max、K m和K I值，并说明该酶反应是属于竞争性抑制还是属于非竞争性抑制。 1-7 某一酶反应K m=4.7×10-5mol/L，r max=22 μmol/(L·min)，c S=2×10-4 mol/L，c I=5×10-4 mol/L，K I=5×10-5 mol/L。试分别计算在竞争性抑制、非竞争性抑制和反竞争性抑制三种情况下的反应速率和抑制程度。
1-8 Eadie测量了存在和不存在某种抑制剂情况下乙酰胆碱在某酶作用下进行水解反应的初始速率，数据如下： （1）判断该抑制作用是竞争性还是非竞争性？（2）用L-B法求在有抑制剂存在时的动力学参数。 1-10 在某种水解酶的作用下葡萄糖-6-硫酸可以分解为葡萄糖和硫酸。在一定的酶浓度下，测得M-M方程中的的参数K m=6.7×10-4 mol/L，r max=3×10-7 mol/(L·min)。对该反应，半乳糖-6-硫酸是一竞争性抑制剂。当c S0=2×10-5mol/L，c I0=1×10-5 mol/L时，测得反应速率r SI=1.5×10-9mol/(L·min)。试求K*m 和K I的值。
第二章 习题 2-1 以葡萄糖为底物进行面包酵母的培养，其反应方程式可用下式表达。 612623610322 C H O + 3O + NH C H NO () + H O + CO a b c d →酵母 试求其计量关系式中的系数a 、b 、c 和d 。 2-2 在需氧条件下，以乙醇为底物进行酵母生长的反应式可表示为： 2523 1.7040.1490.40822C H OH + O + NH CH N O + CO + H O a b c d e → 试求： （1）当RQ=0.66时，a 、b 、c 、d 和e 的值；（2）确定Y X/S 和Y X/O 值。
反应工程课后答案完整版.
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
2 反应动力学基础 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： 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 由（2.6）式可知 代入速率方程式 化简整理得 积分得 解得X A=82.76%。 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？
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
化学反应工程第五版朱炳辰课后习题复习资料
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
生物反应工程(知识点参考)
名词解释 1，返混:不同停留时间的物料的混合。 2，双膜理论:作为界面传质动力学的理论，该理论较好地解释了液体吸收剂对气体吸收质吸收的过程。一种关于两个流体相在界面传质动力学的理论 3，构象改变:在分子生物学里，一个蛋白质可能为了执行新的功能而改变去形状；每一种可能的形状被称为构象，而在其之间的转变即称为构象改变。 4，分配效应:分配的马太效应（Matthew Effect），是指好的愈好，坏的愈坏，多的愈多，少的愈少的一种现象。 5，酶的固定化技术:酶固定化技术是通过物理或化学的方法将酶连接在一定的固相载体上成为固定化酶，从而发挥催化作用。固定化后的酶在保持原有催化活性的同时，又可以同一般催化剂一样能回收和反复使用，可在生产工艺上实现连续化和自动化，更适应工业化生产的需要。 6，结构模型:就是应用有向连接图来描述系统各要素间的关系，以表示一个作为要素集合体的系统的模型. 7，固定化酶:水溶性酶经物理或化学方法处理后，成为不溶于水的但仍具有酶活性的一种酶的衍生物。在催化反应中以固相状态作用于底物。 ￥ 8，停留时间:又称寄宿时间，是指在稳定态时，某个元素或某种物质从进入某物到离开该物所度过的平均时间。 9，恒化器：一种微生物连续培养器。它以恒定的速度流出培养液，使容器中的微生物生长繁殖始终低于最快生长速度。这种容器反映的是培养基的化学环境恒定。而恒浊器反映的是细胞浊度（浓度）的恒定。 10，恒浊器：一种连续培养微生物的装置。可以根据培养液中的微生物的浓度，通过光电系统观控制培养液的流速，从而使微生物高密度的以恒定的速度生长。11，生物反应工程：一个由生物反应动力学与化学反应工程结合的交叉分支学科。着重解决不同性质的生物反应在不同型式的生物反应器中以不同的操作方式操作时的优化条件 12，连续灭菌：就是将配制好的培养基在通入发酵罐时进行加热,保温，降温的灭菌过程，也称连消。 13，间歇灭菌：在100℃条件下，灭菌30分钟，间隔24小时再重复操作三次。 14，有效电子转移：是指物质在氧化过程中伴随着能量释放所进行的电子转移。 15，能量生长偶联型：当有大量合成菌体材料存在时，微生物生长取决于ATP的供能，这种生长就是能量生长偶联型。 16，能量生长非偶联型：在ATP的供能充分，而合成细胞的材料受限制时，这种生长就是能量生长非偶联型。 、 17，不可逆抑制：抑制剂与酶的必需基团或活性部位以共价键结合而引起酶活力丧失，不能用透析、超滤或凝胶过滤等物理方法去除抑制剂而使酶活力恢复的作用。18，流加式操作：能够任意控制反应液中基质浓度的操作方式。 19，代谢工程：通过基因工程的方法改变细胞的代谢途径。 20，连续培养及稳态：又叫开放培养，是相对分批培养或密闭培养而言的。连续培养是采用有效的措施让微生物在某特定的环境中保持旺盛生长状态的培养方法. 生理学家把正常机体在神经系统和体液以及免疫系统的调控下，使得各个器官、系统的协调活动，共同维持内环境的相对稳定状态，叫做稳态。