化学反应工程习题答案
(完整版)化学反应工程课后习题答案.
积分之
2.10在催化剂上进行三甲基苯的氢解反应：
反应器进口原料气组成为66.67%H2,33.33%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：
组分
摩尔分率yi0
摩尔数ni0(mol)
CH3OH
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
设甲醇的转化率为XA，甲醛的收率为YP，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nA、nP和nc分别为：
组分
摩尔质量
摩尔分率yi
CO
28
15.49
H2
2
69.78
CO2
44
0.82
CH4
16
3.62
N2
28
10.29
总计
100
其中冷凝分离后气体平均分子量为
M’m=∑yiMi=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)
20
30
40
50
60
70
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
(完整版)《化学反应工程》试题及答案
《化学反应工程》试题一、填空题1. 质量传递 、 热量传递 、 动量传递 和化学反应 称为三传一反.2. 物料衡算和能量衡算的一般表达式为 输入-输出=累积 。
3. 着眼组分A 转化率x A 的定义式为 x A =(n A0-n A )/n A0 。
4. 总反应级数不可能大于 3 。
5. 反应速率-r A =kC A C B 的单位为kmol/m 3·h ，速率常数k 的因次为 m 3/kmol ·h 。
6. 反应速率-r A =kC A 的单位为kmol/kg ·h ，速率常数k 的因次为 m 3/kg ·h 。
7. 反应速率2/1A A kC r =-的单位为mol/L ·s ，速率常数k 的因次为 (mol)1/2·L -1/2·s 。
8. 反应速率常数k 与温度T 的关系为2.1010000lg +-=Tk ，其活化能为 83.14kJ/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） 186.3kJ/mol 。
11. 非等分子反应2SO 2+O 2==2SO 3的膨胀因子2SO δ等于 -0.5 。
12. 非等分子反应N 2+3H 2==2NH 3的膨胀因子2H δ等于 –2/3 。
13. 反应N 2+3H 2==2NH 3中（2N r -）= 1/3 （2H r -）= 1/2 3NH r14. 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 Ax n x )1(11-+-，转化率为AA x n nx )1(1-+。
化学反应工程练习题解答
第一章习题1 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2A A min 18A0min 8A0AA A0d d 219.019.0181)(218.018.081)(11kc tc kc kc x x c kt =-=-⋅==-⋅=-⋅=为假设正确，动力学方程2 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 94342+−−→−+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3313111111i 1.2m 0.750.8949总体积反应0.8949m 0.910.9834有效体积反应0.91hr6054.6折合54.6min 3024.6总生产时间hr 0.9834m 750737.5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 0.50.862的投料量A ，则50%转化率hr 0.862kmol 116100hr 100kg 2400/24R 116 74 60 M S R B A ==⨯==+=⋅=+⋅=⨯⨯=⋅=⨯⋅=⋅=⋅=+→+-------器器投料量则量流量产量3 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。
化学反应工程习题及答案
题目：全混流连续操作反应器，反应器内温度、浓度处处均匀一致，故所有物料粒子在反应器内的停留时间相同。
正确答案：错题目：相同条件下，分别用下列反应器处理物料，比较反应器有效容积的大小。
①单段全混流反应器（V R1）②四个体积相同的全混流反应器串联（V R2）③两个体积相同的全混流反应器串联（V R3）④平推流反应器（V R4）则（V R4）＞（V R2）＞（V R3）＞（V R1）正确答案：错题目：设备放大，造成微元停留时间分布和返混程度改变，放大时反应结果恶化。
正确答案：对题目：生产能力是相同条件下，单位时间、单位反应器体积所能获得的（产物量），或完成相同生产任务，所需反应器的（体积）。
题目：化工生产中应用于均相反应过程的化学反应器主要有（釜式）反应器和（管式）反应器。
题目：釜式反应器的基本结构主要包括反应器（壳体）、（搅拌器）、（密封装置）和（换热装置）等。
题目：手孔或人孔的安设是为了检查（内部空间）以及安装和拆卸设备（内部构件）。
题目：釜式反应器中夹套式换热器适用于传热面积（较小），传热介质压力（较低）的情况。
题目：基元反应的级数即为化学反应式的（计量系数），对非基元反应的级数通过（实验）确定。
题目：单一反应利用（转化率）可以确定反应物转化量与产物生成量之间的关系。
题目：间歇反应，只要C ＡＯ相同，无论处理量多少，达一定（转化率）每批所需的（反应时间）相同。
题目：对同一反应在相同条件下，达到相同转化率，全混釜反应器所需有效体积（最大），平推流反应器所需有效体积（最小），多釜串联全混釜所需有效体积（介于其间）。
题目：一级不可逆反应，其反应速率方程为（－r A =kC A a ）,反应时间与转化率的关系为（kt )x 11ln(A =-）。
题目：复合反应动力学为由两个以上（化学反应计量式）或（动力学方程式）表示的化学反应过程。
题目：间歇釜式反应器有效体积不但与（反应时间）有关，还与（非生产时间）有关。
《化学反应工程》课后习题答案
5.16 9.7xA2 4.35 xA22 0
xA2 0.88
（4）两个0.25m3的PFR 串联
VR V0
CA0
dx xA1
A
0 k CA21
CA0
dx xA2
A
k C xA1
2 A2
0.25 7.14 10 3
35 min
xA1 dxA xA2 dxA 4.35
35kCA0
3517.4106 7.14103 4.35
4.35 9.7xA1 4.35 xA21 0; xA1 0.62
xA2 0.62 (1 xA2 )2
4.35
4.97 9.7xA2 4.35 xA22 0
xA2 0.80
（2）一个0.25m3的CSTR，后接一个0.25m3的PFR
(1 xAfp )
（2）CSTR k xAfc
(1 xAfc )
（1） （2）
操作条件不变，等体积反应器，则
k xAfc ln 1 ln 1 2.303
(1 xAfc ) (1 xAfp ) (1 0.9)
xAfc
2.303 3.303
0.697
习题3-4解答
3-7 已知： A P rA kCACP ; CP0 0 k 10 2 m3 /(kmol s); V0 0.002 m3 / s
CA0 2kmol / m3; 问xA 0.98时，
下列各种情况下的反应体积。
解： （1）单个PFR
根据
VR V0
CA0
xA dxA 0 rA
VR2 331 .63(s); V0
《化学反应工程》教材课后习题答案 李绍芬 天津大学
XCO
FCO,0 FCO 26.82 4.435 83.48% FCO,0 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
X'CO
6.1
由（2.6）式可知反应物的水解速率为
r A
dC dt
Байду номын сангаас
A 0.125mol / l .h
2.2 在一管式反应器中常压 300℃等温下进行甲烷化反应：
CO 3 H 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 N2,H2 气体，改变进口原料 气流量 Q0 进行实验，测得出口 CO 的转化率为： Q0(ml/min) 83.3 67.6 50.0 38.5 29.4 22.2 X(%) 20 30 40 50 60 70
1 绪 论
1.1 在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应：
2CH 3OH O 2 2HCHO 2H 2O
2CH 3OH 3O 2 2CO 2 4H 2O
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：
由（2.6）式可知
rA
d (1 X A ) dC A dX A C A0 C A0 dt dt dt
代入速率方程式
C A0
《化学反应工程》课后习题答案
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
CA(mol/L)
0.9
0.61
0.42
0.28
0.17
0.12
0.08
0.045
0.03
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CA～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。
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），当进入反应器的总原料量为100mol时，则反应器的进料组成为
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的浓度随时间变化的数据如下：
切线的斜率为
由（2.6）式可知反应物的水解速率为
2.2在一管式反应器中常压300℃等温下进行甲烷化反应：
催化剂体积为10ml，原料气中CO的含量为3%，其余为N2,H2气体，改变进口原料气流量Q0进行实验，测得出口CO的转化率为：
反应工程考试习题库及答案
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）8。
“三传一反”是化学反应工程的基础,其中所谓的一反是指_______。
（D ）A ．化学反应B 。
反应工程 C. 反应热力学 D 。
反应动力学 9.“三传一反”是化学反应工程的基础,下列不属于三传的是_______。
（A ）A 。
能量传递 B. 质量传递 C 。
热量传递 D. 动量传递 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 + bBpP + 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_______。
（00K KK 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 AC 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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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**+=AA BA 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211LAL L L k kD k k M ==δ对于二级不可逆反应22LBLAL 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,gP CO2,iC CO2,i C CO2,L7-4应用双模理论对下列情况分别绘出气相及液相中反应物及反应产物浓度分布示意图：（1）反应两种气体A、B被同一吸收剂S同时吸收，A的吸收是0=ALC的中速反应，B的吸收是1〈〈MaL慢；（2）反应两种气体A、B被同一吸收剂S同时吸收，A的吸收是气膜控制的瞬间反应，B的吸收是1〉〉MaL慢速反应。
解：（1）(2)P A,iP A,g气模液膜C S,LC S,iC A,i→ALC≠=LxAdxdcδC S,L气模液膜P B,gP B,iC B,i气模液膜P A,gC A,iC S,LC S,i7-5 一级不可逆反应过程，已知s m k L /104-=，s m D L /105.129-⨯=，试讨论：（1） 反应速率常数1k 高于什么数值时，将是膜中进行的快反应过程；1k 低于什么数值时，将是液流主体中进行的慢反应。
（2） 如果111.0-=s k 。
试问L a 达到多大以上反应方能在液流主体中反应完毕，此时传质表面上的平均液膜厚度将是多少？ （3） 如果1110-=s k ，30=L a ，试求η和β。
解：(1)当3≥M 时将是在膜中进行的快反应过程，即921≥LAL k k D ，解1160-≥s k当02.0≤M 时将是在膜中进行的快反应过程，即421104-⨯≤LAL k k D ，解1311067.2--⨯≤s k（2）当()M th M a L 11〉〉-时反应方能在液流主体中反应完毕，由于即1105.1101.0105.128921〈〈⨯=⨯⨯==---LAL k k D M ，此时M M th →，上式可以简化为()M a L 〉〉-1,6.67≥L α。
气模 液膜 P B,g P B,i C B,iC S,L C B,L →0m k D L L L 549105.110105.1---⨯=⨯==δ （3）5.11010105.18921=⨯⨯==--LAL k k D M ，此时满足()M th M a L 11〉〉-，所以45.1==M th M β 032.0)(1==M th M L αη或带入原公式()[]()[]44.115.15.1)130(5.1)130(22.15.1111=+-+-=+-+-=th th M th M a Mth aM ML Lβ7-6 对于不可逆一级快速反应过程，试讨论温度和浓度对吸收速率的影响。
()[]()[]032.0111=+-+-=M th M a M a M th a M LLL η解：气-液反应它与均相反应有着根本不同的特性，气-液反应必须首先通过气体的溶解，然后与液相中的反应物进行反应，因此它是气体的溶解和与液相反应的一种总和。
对于不可逆一级快速反应过程，其吸收速率i L i L C D k C k M N 1==温度对吸收速率的影响：气体溶解绝大多数为放热过程，即随着温度升高溶解度系数降低，使气体在气-液界面浓度i C 降低，温度提高使反应速率常数1k 和扩散系数增加，因此温度对气-液吸收速率的影响吸收速率取决于反应速率常数、扩散系数和气体溶解度的此消彼涨，例如氨水碳化过程的实验数据表明：温度对它们的影响刚好对消，因此吸收速率与温度无关。
反应物浓度的影响：反应物浓度升高通常会是反应速率加快，但是当反应物浓度增高时，溶液中反应物和生成物浓度都随之升高，气体在液相中的溶解度系数降低，并且溶液浓度的增加会使溶液粘度增大，导致扩散系数和传质系数降低，因此对于大多数气-液反应系统，存在一个最佳浓度。
7-7在20℃下用9=pH 的缓冲溶液吸收二氧化碳分压力为0.01MPa 的气体，已知s m k L /104-=，14110-=s C k OH ，s m D L O C /104.129,2-⨯=，若反应可视为拟一级不可逆反应，气膜传质阻力可以忽略不计，1000=α，)/(0014.032MPa m kmol H CO ∙=，试求吸收速率。
解：2854921104.1101010104.1----⨯=⨯⨯⨯==LAL k k D M 14104.110002=⨯⨯=-M L α属于持液大的拟一级慢反应，此时 934.0)1(=+-=M M M L L αδβ由于气膜传质阻力可以忽略不计，因此气相主体二氧化碳分压等于气液界面分压。
吸收速率)/(103.10014.001.010934.0394,2s m kmol C k N i CO L ∙⨯=⨯⨯⨯==--β7-8 用42SO H 来吸收压力MPa 005.0的3NH ，该反应为极快的不可逆反应，为了使吸收过程以最快的速率进行。
试问吸收时42SO H 的浓度最低应为多少？试求吸收速率。
已知数据：)/(100.824s MPa m kmol k g ∙⋅⨯=-，s m k L /1035-⨯=，1/,,423=L SO H L NH D D解：反应方程式为：424423)(2121SO NH SO H NH =+为了使吸收过程以最快速率进行，硫酸浓度必须达到临界浓度。
354/0667.0005.01031085.0))(()(242342m kmol p D D k k C CO SO H NH L g c SO H =⨯⨯⨯⨯==--υ 吸收速率)/(104005.010821082s m kmol p k N CO g ∙⨯=⨯⨯==--7-9 用OH N a 吸收气体中的2NO ，2NO 分压为0.005MPa ，溶液中的OH N a 浓度为0.5L mol /，如果)/(0.52h MPa m kmol k g ∙∙=，s m k L /1055-⨯=，二级反应速率常数)/(10342s kmol m k ∙=，)/(25.032MPa m kmol H NO ∙=，s m D L CO /108.129,2-⨯=，7.1/,,2=LCOL OH N D D a,试求吸收速率；并判断是否可用拟一级反应模型计算？解：对于二级不可逆反应:601055.010108.1549,2=⨯⨯⨯⨯==--LLB L kC kD M首先按气流主体二氧化氮分压计算二氧化氮在气-液界面i CO C ,2值，如果按此值计算i β值已经很大，那么实际i β还会更大。
681)005.025.01/(5.07.11)/(1,,22=⨯⨯⨯+=+=i CO L CO NaOH L NaOH i C D C D υβ由上述计算可知：M i 2 β,因此可用拟一级反应模型计算。
此时M =β此吸收过程为不可逆反应，液流主体中二氧化氮平衡分压为零 吸收速率为**=-=C K C C K N L L L )( 其中Lg L k k H K β11+=，带入数据得： 18.513105601)3600/5(25.0115=⨯⨯+=+=-L g L k k H K β，s m K L /1095.13-⨯= )/(1043.2005.025.01095.1)(233s m kmol C K C C K N L L L ∙⨯=⨯⨯⨯==-=--**7-10 气体中2CO 在2000φmm 塔中被30℃的氨水鼓泡吸收，2CO 含量由10％降低至1％，气量（STP ）为6500h m /3，设氨水游离氨为0.3L mol /，操作压力0.56MPa （绝压），反应过程可视为虚拟一级不可逆反应，设氨水2CO 的二级反应速率常数)/(30032s kmol m k ∙=，鼓泡层液相混合均匀，试求鼓泡层的VS d a 、、ε和该塔所需净有效高度。
已知：)/(146.032MPa m kmol H CO ∙=，s m D L CO /105.129,2-⨯=，s m k L /1034-⨯= ，)/(0.12h MPa m kmol k g ∙∙=，氨水物性：3/960m kg L =ρ，s Pa L ∙⨯=-3109.0μ ，m N L /1062-⨯=σ。
解：按气相为平推流、液相为全混流的简化模型考虑，折合成反应条件下氨气的加料速率为h m /1305)56.0/1013.0()273/303(65003=⨯⨯ 表观气速 s m u OG /115.01360013052=⨯⨯=π气泡直径按12.012.02235.0226---⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫⎝⎛=R OG L L R L L R RvsgDu gD gD D d μρσρ计算12.05.012.023235.022])281.9(115.0[])109.0(960281.9[)106960281.9(226-----⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=VS dm 31033.1-⨯=气含率按247434)1(⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=-LL L L L OG G Gg u C μσρσμεε计算，对电解质25.0=C5.0])109.0(81.9)106(960)[106109.0115.0(25.0)1(24/74332234=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=-----G Gεε 经试差解得 2.0=G ε 比表面积 323/9021033.12.066mm d a VS G =⨯⨯==-ε 由题可知，此二级反应可按拟一级反应处理；5.1)103(3.0300105.1,249223=⨯⨯⨯⨯==--L LNH L k C k D M由M 值不能判断该反应特征，需要进一步判别。