李绍芬版反应工程第二版完整答案
李绍芬版反应工程答案
1 绪论之杨若古兰创作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）反应器出口气体的构成.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，则反应器的进料构成为1.3）和A P（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 moln P=n A0Y P=18.96 moln 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 moln O=n O0-1/2n P-3/2n C=0.8788 moln N=n N0=43.28 mol所以，反应器出口气体构成为：1.1. 2工业上采取铜锌铝催化剂由一氧化碳和氢合成甲醇，其主副反应如下：因为化学平衡的限制，反应过程中一氧化碳不成能全部转化成甲醇，为了提高原料的利用率，生产上采取轮回操纵，即将反应后的气体冷却，可凝组份变成液体即为粗甲醇，不凝组份如氢气及一氧化碳等部分放空，大部分经轮回紧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原料气Bkg/h 粗甲醇 Akmol/h100kmol放空气体原料气和冷凝分离后的气体构成如下：（mol）组分原料气冷凝分离后的气体COH2CO2CH4N2粗甲醇的构成为CH3OH 89.15%,(CH3)2O 3.55%,C3H9OH 1.10%,H2O 6.20%,均为分量百分率.在操纵压力及温度下，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CO29.82g,CO 9.38g,H2 1.76g,CH4 2.14g,N25.38g.若轮回气与原料气之比为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）设新颖原料气进料流量为100kmol/h，则根据已知条件，计算进料原料气构成以质量分率暗示如下：其i i i i i m=∑y i M i=10.42kg/kmol.经冷凝分离后的气体构成（亦即放空气体的构成）如下：M’m=∑y i M i又设放空气体流量为Akmol/h，粗甲醇的流量为Bkg/h.对全部零碎的N2作衡算得：×1000+=2.92 (A)对全部零碎就所有物料作衡算得：100×10.42=B+ (B) 联立（A）、（B）两个方程，解之得/h反应后产品中CO摩尔流量为F CO=+9.38B/(28×1000)将求得的A、B值代入得F CO=4.431 kmol/h故CO的全程转化率为由已知轮回气与新颖气之摩尔比，可得反应器出口处的CO 摩尔流量为F’CO,0=100××100×0.1549=138.4 kmol/h所以CO的单程转化率为产品粗甲醇所溶解的CO2、CO、H2、CH4和N2总量D为粗甲醇中甲醇的量为(B-D)X甲/M m=(785.2-0.02848B) ×所以，甲醇的全程收率为Y总甲醇的单程收率为Y单2 反应动力学基础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%（分量），混合物的密度为1g/mL，反应物A 的分子量为88.在等温常压下不竭取样分析，测的组分A的浓度随时间变更的数据如下：解：利用反应时间与组分A的浓度变更数据，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.切线的斜率为由（2.6）式可知反应物的水解速率为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：.解：是一个流动反应器，其反应速率式可用（2.7）式来暗示故反应速率可暗示为：用X A～V R/Q0作图，过V R/Q0=0.20min的点作切线，即得该条件下的dX A/d(V/Q)值α.故CO2.3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：式中y CO和y CO2W等于0.0535kmol/kg.h.如催化剂的比概况积为30m23，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）以分压暗示反应物系构成时的速率常数k g.（4）（4）以摩尔浓度暗示反应物系构成时的速率常数k C.解：利用（2.10）式及（2.28）式可求得成绩的解.留意题中所给比概况的单位换算成m2/m3.2.4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清算得积分得解得X A =82.76%.3.5%NH 3,20.8%N 2,62.6%H 2,7.08%Ar 及4.该塔是在30MPa 压力下操纵.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：逆反应的活化能417.5810/=⨯E J mol .450℃时30.5322277()/=⋅k m MPa m h ，且212/=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为尺度立方米.解：题中给出450℃时的k 2值，而反应是在490℃下，故首先请求出490℃时的k 2值.利用（2.27）试，求出频率因子A:44217.5810/8.314723162'1617.5810/8.314723430.532exp()exp()2277/ 1.14510exp() 1.14510 1.05510()/.-⨯⨯-⨯⨯-=-===⨯-==⨯=⨯E k A RTE A k e RTE k A e m MPa m h RT 490℃的Kp 值由题给公式计算出4722log 2047.8/763 2.4943log763 1.25610763 1.8564107633.206 1.25245.59210 ---=--⨯⨯+⨯⨯+=-=⨯p p K K 求k 1值：求各组分的分压值：各组分的分率及分压值为反应速率为：2.6上面是两个反应的T-X图，图中AB是平衡曲线，NP是最好温度曲线，AM是等温线，HB是等转化率线.根据上面两图回答：（1）（1）是可逆反应还是不成逆反应？（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？（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历来判断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讨中，采取B106催化剂进行试验，测得正反应活化能为4J mol,如果9.62910/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，反应条件除了温度分歧外，其它条件都不异，而温度的影响表示在反应速率常数k上，故可用反应速率常数之比来描述反应速率之比.2.8常压下，在钒催化剂上进行SO2氧化反应，原料气构成为7%O2及82%N2.试计算转化率为80%时的最好温度.二氧化硫在钒催化剂上氧化的正反应活化能为4⨯J mol，化学计量数等于2，反应式为：9.21110/其平衡常数与温度的关系为：该反应的热效应4-=⨯9.62910/H J mol.r解：（1）求出转化率为80%时各组分的分压：以100mol为基准（2P值：(3)求平衡温度Te(4)利用（2.31）式求逆反应活化能E值(5)利用（2.31）式求最好温度T OP2.9在一恒容反应器中进行以下液相反应：式中r R,r D分别暗示产品R及D的生成速率.反利用的原料为A与B的混合物，其中A的浓度为2kmol/m3，试计算A的转化率达到95%时所需的反应时间.解：反应物A的耗费速率应为两反应速率之和，即利用（2.6）式积分之2.10在催化剂上进行三甲基苯的氢解反应：反应器进口原料气构成为66.67%H2,33.33%三甲基苯.在0.1Mpa及523K劣等温反应，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构成.（2）（2）若这两个反应的动力学方程分别为：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构成：66.67-33.33X-Y=20×0.8-20=20.01kmol（甲苯量）×××氢气含量为：20kmol故出口尾气构成为：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：210℃等温下进行亚硝酸乙脂的气相分解反应：该反应为一级不成逆反应，反应速率常数与温度的关系为1441k T s，若反应是在恒容下进1.3910exp( 1.89710/)()-=⨯-⨯行，零碎的起始总压为0.1013MPa，采取的是纯亚硝酸乙脂，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.若采取恒压反应，乙醇的生成速率又是多少？解：（1）恒容过程，其反应式可暗示为：反应速率式暗示为：设为理想气体，反应物A的初始浓度为：亚硝酸乙脂的分解速率为：乙醇的生成速率为：（2）恒压过程，因为反应前后摩尔数有变更，是个变容过程，由（2.49）式可求得总摩尔数的变更.因为反应物是纯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) 2.80310/11110.81.3910exp(18973/483)2.803103.39510/.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：750℃等温下的转化反应为：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，零碎的初始总压为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暗示为：对于恒容过程，则有当X A0（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更反应物A 的原始分率：由（2.52）式可求得转化率为80%时的浓度：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），先求出总摩尔变更数δA .首先将产品的生成速率变成对应的反应物的转化速率： 总反应速率为：以一摩尔反应物A 为基准，总摩尔变更数为：初始浓度为：则有方法（2），可将C A 暗示为：方法（3），利用物料衡算可分别求出反应物A 生成R 及S 的瞬间选择性S R ,S S ,因此可求出产品R 及S 的收率y R ,y S ,求得A 转化率为85%时的分率：其中：2.14在Pt 催化剂上进行异丙苯分解反应：以A,B 及R 分别暗示异丙苯，苯及丙烯，反应步调如下：（1）σσ+⇔A A（2）σσ⇔+A B R（3）σσ⇔+B B若概况反应为速率控制步调，试推导异丙苯分解的速率方程.解：根据速率控制步调及定态近似道理，除概况反应外，其它两步达到平衡，描述如下：以概况反应速率方程来代表全部反应的速率方程： 因为1θθθ++=A B V将,θθA B 代入上式得：清算得：将,,θθθA B V 代入速率方程中其中2.15在银催化剂上进行乙烯氧化反应：化作22()()2()+→A B R其反应步调可暗示如下：（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调，试推导其动力学方程.解：根据速率控制步调及定态近似道理，除概况反应步调外，其余近似达到平衡，写出响应的覆盖率表达式： 全部反应的速率方程以概况反应的速率方程来暗示： 根据总覆盖率为1的准绳，则有：或清算得：将,,,θθθθA B R V 代入反应速率方程，得：其中→+A B D ，其反应步调暗示如下：（1）σσ+⇔A A（2）σσ→+A B D（3）σσ⇔+B B若（1）速率控制步调，试推导其动力学方程.解：先写出各步的速率式：因为（1）是速率控制步调，第（2）步是不成逆反应，其反应速率应等于（1）的吸附速率，故有：清算得：根据定态近似准绳因为1θθθ++=A B V将,θθA B 代入上式，化简后得：最初将,θθA V 代入吸附速率式，即为该反应的动力学方程式.2.17一氧化碳变换反应：在较低温度下，其动力学方程可暗示为：试拟定该反应的合适的反应步调.解：根据题意，假设反应步调如下：并假设第二步是控制步调，其速率方程就代表了全部反应的速率方程：其余的两步可认为达到平衡，则有：因为1θθθ++=A B V ，有：将,θθA V 代入速率式，得：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调不是独一的.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.设为一级不成逆反应，其速率表达式为：积分得： 用0ln()A A C C ～t 作图.-1 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，为了精确可采取镜面法，求得各切线的斜率即为对应的dC A /dt 之值，然后再以dC A /dt ～C A 作图，所求的dC/dt 值如下表所示：A A示为：或将速率方程直线化，即两边取对数，得：≈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精确.2.19在Ni 催化剂上进行甲烷化反应：由实验测得200℃时甲烷的生成速率R CH4及CO 和H 2的分压p,p 的关系如下：求一氧化碳的反应级数及正反应速率常数.解：由题意可写出速率方程式：但因为氢的分压坚持为0.1013MPa 的恒定值，反应速率式可简化为：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4ln ,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：将累加值代入a,b2.20在铂催化剂上，乙烯深度氧化的动力学方程可暗示为：式中p A,p B分别暗示乙烯及氧的分压.在473K等温下的实验数据如下：K B.解：首先将动力学方程式直线化：或y=b+ax.其中平均偏差 4.7%δ=，结果是令人满意的.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：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.请求终极转化率达到95%.试问：（1） （1） 当反应器的反应体积为1m 3时，须要多长的反应时间？（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）00222000001()(1)110.95169.6min(2.83)5.60.0210.95===⨯---=⨯=⨯-⎰⎰Af Af X X A A A A A A A A AA 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有关，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： 以生产乙二醇，产量为20㎏/h ，使用15%（分量）的NaHCO 3水溶液及30%（分量）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 ，请求转化率达到95%.（1） （1） 若辅助时间为0.5h ，试计算反应器的无效体积；（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：0.326680.591.11/0.9530%⨯=⨯kg h 每小时需碳酸氢钠：0.326684190.2/0.9515%⨯=⨯kg h 原料体积流量：091.11190.2275.8/1.02+==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： 反应体积：0(')275.8(2.9680.5)956.5=+=⨯+=r V Q t t l（2） （2） 反应器的实际体积：956.512750.75===r V V l f3.3丙酸钠与盐酸的反应：为二级可逆反应（对丙酸钠和盐酸均为一级），在实验室顶用间歇反应器于50℃等温下进行该反应的实验.反应开始时两反应物的摩尔比为1，为了确定反应进行的程度，在分歧的反应时间下取出10ml 反应液用0.515N 的NaOH 溶液滴定，以确定未反应盐酸浓度.分歧反应时间下，NaOH 溶液用量如下表所示：量为500kg/h ，且丙酸钠的转化率要达到平衡转化率的90%.试计算反应器的反应体积.假定（1）原料装入和加热至反应温度（50℃）所需的时间为20min ，且在加热过程中不进行反应；（2）卸料及清洗时间为10min ；（3）反应过程中反应物密度恒定.解：用A,B,R,S 分别暗示反应方程式中的四种物资，利用当量关系可求出任一时刻盐酸的浓度（也就是丙酸钠的浓度，因为其计量比和投量比均为1：1）为：因而可求出A 的平衡转化率：现以丙酸浓度对时间作图：由上图，当C A ×14.7mol/l 时，所对应的反应时间为48min.因为在同样条件下，间歇反应器的反应时间与反应器的大小有关，所以该生产规模反应器的反应时间也是48min. 丙酸的产量为：500kg/h=112.6mol/min.所需丙酸钠的量为:112.6/0.72=156.4mol/min.原料处理量为：000/156.4/(0.051552.5)57.84/min ==+=A A Q F C l 反应器体积：00()57.84(182010)4512=+=⨯++=r V Q t t l 实际反应体积：4512/0.85640=l3.4在间歇反应器中，在绝热条件下进行液相反应： 其反应速率方程为：143110001.110exp()/.=⨯-A A B r C C kmol m h T 式中组分A 及B 的浓度C A 及C B 以kmol/m 333.K 计算.反应开始时反应混合物的温度为50℃.（1） （1） 试计算A 的转化率达85%时所需的反应时间及此时的反应温度.（2） （2） 如果请求全部反应物都转化为产品R ，是否可能？为何？解：(1)（由数值积分得出）(2)若A 全部转化为R,即X A =1.0,则由上面的积分式知，t →∝,这明显是不成能的.3.5在间歇反应器中进行液相反应：3,C ，D 的初始浓度为零，B 过量，反应时间为t 1时，C A 3，C C =0.038 kmol/m 3，而反应时间为t 2时，C A =0.01 kmol/m 3，C C 3，试求：（1） （1） k 2/k 1;（2） （2） 产品C 的最大浓度；（3） （3） 对应C 的最大浓度时A 的转化率.解：(1)因为B 过量，所以：恒容时：'1-=A A dC k C dt （A ） ''12-=-C A C dC k C k C dt (B)（B ）式除以（A ）式得：解此微分方程得：'2'10'200'11⎡⎤⎛⎫⎢⎥=- ⎪⎢⎥⎝⎭⎢⎥-⎣⎦k k A A A C A A C C C C k C C k（C ）将t 1,C A ,C C 及t 2,C A ,C C 数据代入（C ）式化简得： 解之得：(2)先求出最大转化率:(3)产品C 的最大收率：产品C 的最大浓度：3.6 在等温间歇反应器中进行液相反应初始的反应物料中不含A 2和A 3，A 1的浓度为2mol/l ，在反应温度下k 1-1,k 2-1,k 3-1.试求:（1） （1） 反应时间为1.0min 时，反应物系的构成.（2） （2） 反应时间无穷耽误时，反应物系的构成.（3） （3） 将上述反应改为31123−−→⇔←−→k k A A A 反应时间无穷耽误时，反应物系的构成.解：根据题中给的两种反应情况，可分别列出微分方程，然后进行求解.但细心分析这两种情况，其实质是下述反应的特例：12123←−→←−→k k A A A (A)当'20=k 时，（A ）式变成123⇔→A A A (B) 当'10=k 时，（A ）式变成123→⇔A A A (C) 当''120,0==k k 时，（A ）式变成123→→A A A (D) 其中式（D ）即为书讲的一级不成逆连串反应.可见只需得到（A ）式的解，则可容易化简得到（B ）,(C)及(D)式的解. 对于(A)式，可列出如下微分方程组：'11111-=-dC k C k C dt (1)''211231222=+--dC k C k C k C k C dt (2)'32223=-dC k C k C dt (3)由题意知初始条件为：11023(0),(0)(0)0===C C C C (4)联立求解此微分方程组可得：'''''21112211011()()()()⎧⎫⎡⎤++⎪⎪=+-⎨⎬⎢⎥-++⎪⎪⎣⎦⎩⎭t t k k k k k e k e C C k k αβαβαβαβααββ (5)'''12122210()()⎧⎫⎡⎤++⎪⎪=+-⎨⎬⎢⎥-⎪⎪⎣⎦⎩⎭t t k k k k e k e C C αβαβαβαβαβ (6) 1212310⎧⎫⎡⎤⎪⎪=+-⎨⎬⎢⎥-⎪⎪⎣⎦⎩⎭t t k k k k e e C C αβαβαβαβ (7)式中，,αβ由如下式确定：'''121221=++k k k k k k αβ (8)''1122()+=-+++k k k k αβ (9)此刻可用上述结果对本题进行计算：（1）1'11'11224.0min , 3.6min , 1.5min ,0,1min ---=====k k k k t 由（5）～（9）式得（2）当t →∝时，由（5）～（9）式得（3）此时为'10=k 的情况，当t →∝时，由114.0min ,-=k 1'1221.5min , 3.6min --==k k 得：3.7拟设计一反应安装等温进行以下液相反应：目的产品为R ，B 的价格远较A 贵且不容易回收，试问：（1） （1） 如何选择原料配比？（2） （2） 若采取多段全混流反应器串联，何种加料方式最好？（3） （3） 若用半间歇反应器，加料方式又如何？解：（1）212221211221===++A R A B AB A A B A B B r kC C S k C R k C C k C C k C νν 由上式知，欲使S 添加，需使C A 低，C B 高，但因为B 的价格高且不容易回收，故应按主反应的计量比投料为好.（2）包管C A 低，C B 高，故可用下图所示的多釜串联方式：（3）用半间歇反应器，若欲使C A 低，C B 高，可以将B 一次先加入反应器，然后滴加A.300l 的反应器中86℃3的过氧化氢异丙苯溶液分解： -1,终极转化率达98.9%，试计算苯酚的产量.（1） （1） 如果这个反应器是间歇操纵反应器，并设辅助操纵时间为15min;（2） （2） 如果是全混流反应器；（3） （3） 试比较上二问的计算结果；（4） （4） 若过氧化氢异丙苯浓度添加一倍，其他条件不变，结果如何？解：（1）苯酚浓度0 3.20.989 3.165/==⨯=苯酚A A C C X mol l苯酚产量018.82 3.16559.56/min 335.9/=⨯==苯酚Q C mol kg h（2）全混流反应器苯酚产量016.02 3.20.98950.69/min 285.9/=⨯⨯==苯酚Q C mol kg h（3）说明全混釜的产量小于间歇釜的产量，这是因为全混釜中反应物浓度低，反应速度慢的缘由.（4）因为该反应为一级反应，由上述计算可知，不管是间歇反应器或全混流反应器，其原料处理量不变，但因为C AB 添加一倍，故C 苯酚也添加一倍，故上述两个反应器中苯酚的产量均添加一倍.3.9在间歇反应器中等温进行以下液相反应：r D及r R分别为产品D及R的生成速率.反利用的原料为A及B的混合液，其中A的浓度等于2kmol/m3.（1）（1）计算A的转化率达95%时所需的反应时间；（2）（2） A的转化率为95%时，R的收率是多少？（3）（3）若反应温度不变，请求D的收率达70%，能否办到？（4）（4）改用全混反应器操纵，反应温度与原料构成均不改变，坚持空时与（1）的反应时间不异，A的转化率是否可达到95%？（5）（5）在全混反应器中操纵时，A的转化率如仍请求达到95%，其它条件不变，R的收率是多少？（6）（6）若采取半间歇操纵，B先放入反应器内，开始反应时A按（1）计算的时间均速加入反应器内.假如B的量为1m33，试计算A加完时，组分A所能达到的转化率及R的收率.(2)(3)若转化率仍为0.95，且温度为常数，则D的瞬时选择性为：D的收率：这说明能使D的收率达到70%（4）对全混流反应器，若使τ=t=0.3958h,则有解之得：C A所以：0.77840.95-==A AAAC CXC这说明在这类情况下转化率达不到95%.（5）（5）对全混流反应器，若X=0.95,则R的收率为：（6）依题意知半间歇式反应器属于连续加料而间歇出料的情况.为了求分组A 的转化率及R 的收率，须请求出A 及R 的浓度随时间的变更关系，现列出如下的微分方程组：对A: 200()(1.616.4)++=A A A A d VC C C V Q C dt （1）对R:() 1.60-=R A d VC C V dt （2）00=+V V Q t （3）在反应时间（t=0.4038h,为方便起见取t ≈0.4h ）内将0.4 m 3的A 均速加入反应器内，故300.41/0.4==Q m h 采取间歇釜操纵时，原料为A 与B 的混合物，A 的浓度为2kmol/ m 3.现采取半间歇釜操纵，且331,0.4==B A V m V m ，故可算出原料A 的浓度为：30(10.4)2/0.4+⨯=A C kmol m 因为：代入（1），（2）式则得如下一阶非线性微分方程组：27 1.616.41-=--+A A A A dC C C C dt t （4） 1.61=-+R R A dC C C dt t （5）初始条件：t=0,C A =0,C R =0可用龙格---库塔法进行数值求解.取步长△A 和C R 可以进行A 的转化率和R 的收率计算：0000--==A A A A A A A A A N N C V C V X N C V式中V A 为所加入的A 的体积，且V A 3;C A0为所加入的A 的浓度，且C A0=7kmol/m 33.同理可以计算出R 的收率：0=R R A A C V Y C V 3.10在两个全混流反应器串联的零碎中等温进行液相反应：3,流量为4m 3/h,请求A 的终极转化率为90%，试问：（1） （1） 总反应体积的最小值是多少？（2） （2） 此时目的产品B 的收率是多少？（3） （3） 如优化目标函数改为B 的收率最大，终极转化率为多少？此时总反应体积最小值是多少？解：（1）对上式求dV r /dX A1=0可得：1212111(1)+-=--A A A X X X将X A2=0.9代入上式，则311100(1)1-=+A A X X解之得X A1所以总反应体积的最小值为(2) 即113.24940.0912314=-B B CC解得C B1=0.005992 kmol/m 3 同理212222220224.6760.0059924341434(1)14--===---B BB A B A A B CC C C C C X C τ解得C B2=0.00126 kmol/m 3B 的收率：2020.001262 1.26%0.2⨯===B B A CY C(3)目标函数改为B 的收率，这时候的计算步调如下：对于第i 个釜，组分A,B 的衡算方程分别为：对A: 1268--=Ai AiiAi C C C τ对B: 123414--=-Bi Bi iAi Bi C C C C τ当i=1时，0112168-=A A A C C C τ （1）112113414=-B A B C C C τ （2）当i=2时，1222268-=A A A C C C τ （3）222223414=-B A B C C C τ （4）由（1）式解出C A1代入（2）式可解出C B1; 由（1）式解出C A1代入（3）式可解出C A2;将C B1及C A2代入（4）式可解出C B2,其为τ1,τ2的函数，即2012(,,)=B A C f C ττ（5）式中C A0为常数.由题意，欲使C B2最大，则需对上述二元函数求极值:联立上述两个方程可以求出τ1及τ2.题中已给出Q 0,故由012()=+r V Q ττ可求出C B2最大时反应器零碎的整体积.将τ1,τ2代入（5）式即可求出B 的最高浓度，从而可进一步求出Y BmaX .将τ1,τ2代入C A2，则由X A2=(C A0-C A2)/C A0可求出终极转化率.490cm 3的CSTR 中进行氨与甲醛生成乌洛托品的反应：3264246()6+→+NH HCHO CH N H O式中（A ）--NH 3,(B)—HCHO,反应速率方程为：式中31.4210exp(3090/)=⨯-k T 3/s 的流量进入反应器，反应温度可取为36℃，假设该零碎密度恒定，试求氨的转化率X A 及反应器出口物料中氨和甲醛的浓度C A 及C B .解： 即得：234900.06447(1)(3.16 1.5 2.03)=--⨯AfAf Af X X X清算得：323.075 3.162 1.0770-+-=Af Af Af X X X解得：X Af反应器出口A,B 得浓度分别为：3.12在一多釜串联零碎，/h 的乙醇 和.h 的醋酸进行可逆反应.各个反应器的体积均为3，反应温度为100℃×10-4l ×10-4 l/mol.min.反应混合物的密度为864kg/m 3,欲使醋酸的转化率达60%，求此串联零碎釜的数目.解：等体积的多釜串联零碎A,B,C,D 分别代表乙酸，乙酸乙酯和水.由计量关系得： 从已知条件计算出：将上述数据代入（A ）式，化简后得到：若i=1,则（B ）式变成：21100.04056 1.51130.887 6.48+-==A A A C C C 解之得：114.364/,0.326==A A C mol l X 若i=2,则（B ）式变成：22210.04056 1.51130.887 4.364+-==A A A C C C 解之得：213.20/,0.506==A A C mol l X 若i=3,则（B ）式变成：23320.04056 1.51130.887 3.2+-==A A A C C C 解之得：312.53/,0.609==A A C mol l X 即：三釜串联能满足请求.3.13以硫酸为催化剂，由醋酸和丁醇反应可制得醋酸丁酯.仓库里闲置着两台反应釜，一台的反应体积为3m 3,另一台则为1m 33，丁酯则大量过剩，该反应对醋酸为2级，在反应温度下反应速率常数等于3/h.kmol ，请求醋酸的终极转化率不小于50%，这两台反应釜可视为全混反应器，你认为采取如何的串联方式醋酸丁酯的产量最大？为何？试计算你所选用的方案得到的醋酸丁酯产量.如果进行的反应是一级反应，这两台反应器的串联方式又应如何？解：因为反应级数大于1，所以联立方式该当是小釜在前，大釜在后才干使醋酸丁酯产量最大.现进行计算： 二式联立化简后得到：（将X A2=0.5代入）解之得：X A1醋酸丁酯产量=0020.48730.150.536.55/=⨯⨯=A A Q C X mol h 如果进行的是一级反应，可进行如下计算：（1） （1） 小反应器在前，大反应器在后:联立二式，且将X A2=0.5代入，化简后得到:解得：X A1 所以有：3101(1) 1.2(10.1771) 5.576/0.1771--===A A k X Q m hX 醋酸丁酯产量=002 5.5760.150.50.4182/=⨯⨯=A A Q C X kmol h (2)大反应器在前，小反应器在后:解得X A1 所以有：31013(1)3 1.2(10.3924) 5.575/0.3924-⨯-===A A k X Q m hX产量同前.说明对此一级反应，连接方式没有影响.3.14等温下进行1.5级液相不成逆反应：→+A B C .反应速率常数等于5m/kmol.h ，A 的浓度为2kmol/m 3的溶液进入反应安装的流量为3/h ，试分别计算以下情况下A 的转化率达95%时所需的反应体积：（1）全混流反应器;(2)两个等体积的全混流反应器串联；（3）包管总反应体积最小的前提下，两个全混流反应器串联.解：（1）全混流反应器（2） （2） 两个等体积全混流反应器串联因为12=r r V V ，所以由上二式得：将X A2=0.95代入上式，化简后得到X A1=0.8245，所以： 串联零碎整体积为：312 4.758==r r V V m（3） （3） 此时的情况同（1），即318.03=r V m3/min 的流量连续通入反应体积为20m 3的全混流反应器，进行液相反应：C A ,C R 为组分A 及R 的浓度.r A 为组分A 的转化速率，rD 3，反应温度下，k 1-1，k 2=3/kmol.min,试计算反应器出口处A 的转化率及R 的收率.解：所以：即为：3.16在全混流反应器中等温进行以下液相反应： 3.若出料中A 的转化率为92%，试计算：（1） （1） 所需的反应体积；（2） （2） B 及D 的收率.已知操纵温度下，k 1×10-5l/mol.s; k 2×10-9s -1;; k 3×10-5l/mol.s ;B 的分子量为140；D 的分子量为140.解：因M B =M D =140,所以M A =M C =70021232()=-+A A A B A C C X k C k C k C C τ （1） 212=-BA B C k C k C τ （2）03-=C CA C C C k C C τ （3） 由（2），（3）式分别得：2121=+A B k C C k ττ （4）031=+C C A C C k C τ （5）将（4），（5）式及上述数据代入（1）式，可清算为τ的代数方程式，解之得τ×105（1） （1） 反应体积30106.43603830038.30==⨯==r V Q l m τ。
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 moln P=n A0Y P=18.96 moln 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 moln O=n O0-1/2n P-3/2n C=0.8788 moln N=n N0=43.28 mol2 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？（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。
化学反应工程教材课后习题答案-李绍芬-天津大学
0.76 6.1
0.125mol
/
l .h
由（2.6）式可知反应物的水解速率为
rA
dC A dt
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 3H2 CH4 H2O
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：
0.65 0.04 0.34
1.79
故 CO 的转化速率为
C A0
PA0 RT
0.1013 0.03 8.314 103 573
6.38 104 mol / l
rA
C A0
dX A d (VR / Q0
)
6.38
104
1.79
1.14
103
mol
/
l . min
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：
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 m2/m3。
(1)kv bkw 1.13 103 0.0535 60.46kmol / m3 .h
(2)kg
b av
kw
b
b 30 103
kw
1.78 106kmol
/ m2.h
(3)k p
(
1 P
1绪 论
1.1 在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应：
2CH3OH O2 2HCHO 2H2O 2CH3OH 3O2 2CO2 4H2O
李绍芬版反应工程答案
1 绪论之袁州冬雪创作1.1在银催化剂上停止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）反应器出口吻体的组成.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A P 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 moln P=n A0Y P=18.96 moln C=n A0(X A-Y P)=0.7672 mol连系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 moln O=n O0-1/2n P-3/2n C=0.8788 moln N=n N0=43.28 mol所以，反应器出口吻体组成为：1.1. 2甲醇，其主副反应如下：由于化学平衡的限制，反应过程中一氧化碳不成能全部转化成甲醇，为了提高原料的操纵率，生产上采取循环操纵，即将反应后的气体冷却，可凝组份变成液体即为粗甲醇，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原料气Bkg/h 粗甲醇 Akmol/h100kmol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COH2CO2CH4N2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.在操纵压力及温度下，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，计算进料原料气组成以质量分率暗示如下：其中x i=y i M i/∑y i M i.进料的平均摩尔质量M m=∑y i M i=10.42kg/kmol.其中冷凝分离后气体平均分子量为M’m=∑y i M i又设放空气体流量为Akmol/h，粗甲醇的流量为Bkg/h.对整个系统的N2作衡算得：×1000+=2.92 (A) 对整个系统就所有物料作衡算得：100×10.42=B+ (B) 联立（A）、（B）两个方程，解之得/h反应后产品中CO摩尔流量为F CO=+9.38B/(28×1000)将求得的A、B值代入得F CO=4.431 kmol/h故CO的全程转化率为由已知循环气与新鲜气之摩尔比，可得反应器出口处的CO摩尔流量为F’CO,0=100××100×0.1549=138.4 kmol/h所以CO的单程转化率为产品粗甲醇所溶解的CO2、CO、H2、CH4和N2总量D为粗甲醇中甲醇的量为(B-D)X甲/M m=(785.2-0.02848B) ×所以，甲醇的全程收率为Y总甲醇的单程收率为Y单2 反应动力学基础4L的恒容反应器中停止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.在等温常压下不竭取样分析，测的组分A的浓度随时间变更的数据如下：解：操纵反应时间与组分A的浓度变更数据，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.切线的斜率为由（2.6）式可知反应物的水解速率为300℃等温下停止甲烷化反应：催化剂体积为10ml，原料气中CO的含量为3%，其余为N2,H2气体，改变出口原料气流量Q0停止实验，测得出口CO 的转化率为：.解：是一个活动反应器，其反应速率式可用（2.7）式来暗示故反应速率可暗示为：用X A～V R/Q0作图，过V R/Q0=0.20min的点作切线，即得该条件下的dX A/d(V R/Q0)故CO 的转化速率为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：式中y CO 和y CO2W 等于0.0535kmol/kg.h.如催化剂的比概况积为30m 23，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） 以分压暗示反应物系组成时的速率常数k g .（4） （4） 以摩尔浓度暗示反应物系组成时的速率常数k C .解：操纵（2.10）式及（2.28）式可求得问题的解.注意题中所给比概况的单位换算成m 2/m 3.2.4在等温下停止液相反应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 的原料混合停止反应，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%.3.5%NH 3,20.8%N 2,62.6%H 2,7.08%Ar 及4.该塔是在30MPa 压力下操纵.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：逆反应的活化能417.5810/=⨯E J mol .450℃时30.5322277()/=⋅k m MPa m h ，且212/=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为尺度立方米.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.操纵（2.27）试，求出频率因子A:44217.5810/8.314723162'1617.5810/8.314723430.532exp()exp()2277/ 1.14510exp() 1.14510 1.05510()/.-⨯⨯-⨯⨯-=-===⨯-==⨯=⨯E k A RTE A k e RTE k A e m MPa m h RT490℃的Kp 值由题给公式计算出4722log 2047.8/763 2.4943log763 1.25610763 1.8564107633.206 1.25245.59210 ---=--⨯⨯+⨯⨯+=-=⨯p p K K 求k 1值：求各组分的分压值：反应速率为：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） 是可逆反应还是不成逆反应？（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，断定哪一点速率最大？（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断定H,M 点的速率大小.2.7在停止一氧化碳变换反应动力学研究中，采取B106催化剂停止试验，测得正反应活化能为49.62910/⨯J mol ,如果不思索逆反应，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，反应条件除了温度分歧外，其它条件都相同，而温度的影响表示在反应速率常数k 上，故可用反应速率常数之比来描绘反应速率之比.2.8常压下，在钒催化剂上停止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49.21110/⨯J mol ，化学计量数等于2，反应式为： 其平衡常数与温度的关系为：该反应的热效应49.62910/-=⨯r H J mol .解：（1）求出转化率为80%时各组分的分压：以100mol 为基准（2P 值：(3)求平衡温度Te(4)操纵（2.31）式求逆反应活化能E 值(5)操纵（2.31）式求最佳温度T OP2.9在一恒容反应器中停止下列液相反应：式中r R ,r D 分别暗示产品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/m3，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，即操纵（2.6）式积分之2.10在催化剂上停止三甲基苯的氢解反应：反应器出口原料气组成为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：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）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=20×0.8-20=20.01kmol（甲苯量）×××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：210℃等温下停止亚硝酸乙脂的气相分解反应：该反应为一级不成逆反应，反应速率常数与温度的关系为 14411.3910exp( 1.89710/)()-=⨯-⨯k T s ，若反应是在恒容下停止，系统的起始总压为0.1013MPa ，采取的是纯亚硝酸乙脂，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.若采取恒压反应，乙醇的生成速率又是多少？解：（1）恒容过程，其反应式可暗示为：反应速率式暗示为：设为抱负气体，反应物A 的初始浓度为：亚硝酸乙脂的分解速率为：乙醇的生成速率为：（2）恒压过程，由于反应前后摩尔数有变更，是个变容过程，由（2.49）式可求得总摩尔数的变更.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) 2.80310/11110.81.3910exp(18973/483)2.803103.39510/.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：750℃等温下的转化反应为：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） 反应在恒容下停止，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） 反应在恒压下停止，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暗示为：对于恒容过程，则有当X A0（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更反应物A 的原始分率：由（2.52）式可求得转化率为80%时的浓度：2.13在473K 等温及常压下停止气相反应：（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 ），原猜中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），先求出总摩尔变更数δA .首先将产品的生成速率变成对应的反应物的转化速率： 总反应速率为：以一摩尔反应物A 为基准，总摩尔变更数为：初始浓度为：则有方法（2），可将C A 暗示为：方法（3），操纵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 ,因而可求出产品R 及S 的收率y R ,y S ,求得A 转化率为85%时的分率：其中：2.14在Pt 催化剂上停止异丙苯分解反应：以A,B 及R 分别暗示异丙苯，苯及丙烯，反应步调如下：（1）σσ+⇔A A（2）σσ⇔+A B R（3）σσ⇔+B B若概况反应为速率节制步调，试推导异丙苯分解的速率方程.解：根据速率节制步调及定态近似原理，除概况反应外，其它两步达到平衡，描绘如下：以概况反应速率方程来代表整个反应的速率方程： 由于1θθθ++=A B V将,θθA B 代入上式得：整理得：将,,θθθA B V 代入速率方程中其中2.15在银催化剂上停止乙烯氧化反应：化作22()()2()+→A B R其反应步调可暗示如下：（1）σσ+⇔A A（2）222σσ+⇔B B（3）σσσσ+⇔+A B R（4）σσ⇔+R R若是第三步是速率节制步调，试推导其动力学方程.解：根据速率节制步调及定态近似原理，除概况反应步调外，其余近似达到平衡，写出相应的覆盖率表达式： 整个反应的速率方程以概况反应的速率方程来暗示： 根据总覆盖率为1的原则，则有：或整理得：将,,,θθθθA B R V 代入反应速率方程，得：其中→+A B D ，其反应步调暗示如下：（1）σσ+⇔A A（2）σσ→+A B D（3）σσ⇔+B B若（1）速率节制步调，试推导其动力学方程.解：先写出各步的速率式：由于（1）是速率节制步调，第（2）步是不成逆反应，其反应速率应等于（1）的吸附速率，故有：整理得：根据定态近似原则因为1θθθ++=A B V将,θθA B 代入上式，化简后得：最后将,θθA V 代入吸附速率式，即为该反应的动力学方程式.2.17一氧化碳变换反应：在较低温度下，其动力学方程可暗示为：试拟定该反应的合适的反应步调.解：根据题意，假设反应步调如下：并假设第二步是节制步调，其速率方程就代表了整个反应的速率方程：其余的两步可认为达到平衡，则有：由于1θθθ++=A B V ，有：将,θθA V 代入速率式，得：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调不是唯一的.2.18操纵习题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.设为一级不成逆反应，其速率表达式为：积分得： 用0ln()A A C C-1 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，为了准确可采取镜面法，求得各切线的斜率即为对应的dC A /dt 之值，然后再以dC A /dt ～C A 作图，所求的dC AA A 示为：或将速率方程直线化，即双方取对数，得：≈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 催化剂上停止甲烷化反应：由实验测得200℃时甲烷的生成速率R CH4及CO 和H 2的分压CO H 2若该反应的动力学方程可用幂函数暗示，试用最小二乘法求一氧化碳的反应级数及正反应速率常数.解：由题意可写出速率方程式：但由于氢的分压坚持为0.1013MPa 的恒定值，反应速率式可简化为：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4ln ,ln ,ln ===+CH CO y r b k x p ，由残差平方和最小而导出将累加值代入a,b2.20在铂催化剂上，乙烯深度氧化的动力学方程可暗示为：式中p A ,p B 分别暗示乙烯及氧的分压.在473K 等温下的实验数据如下：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：或δ=，成果是使人称心的.平均偏差 4.7%3 釜式反应器3.1在等温间歇反应器中停止乙酸乙酯皂化反应：该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级.反应开端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1m3时，需要多长的反应时间？（2）（2）若反应器的反应体积为2m3，，所需的反应时间又是多少？解：（1）00222000001()(1)110.95169.6min(2.83)5.60.0210.95===⨯---=⨯=⨯-⎰⎰Af Af X X A A A A A A A A AA 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停止氯乙醇的皂化反应： 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，反应器装猜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：0.326680.591.11/0.9530%⨯=⨯kg h 每小时需碳酸氢钠：0.326684190.2/0.9515%⨯=⨯kg h 原料体积流量：091.11190.2275.8/1.02+==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：反应体积：0(')275.8(2.9680.5)956.5=+=⨯+=r V Q t t l（2） （2） 反应器的实际体积：956.512750.75===r V V l f3.3丙酸钠与盐酸的反应： 为二级可逆反应（对丙酸钠和盐酸均为一级），在实验室中用间歇反应器于50℃等温下停止该反应的实验.反应开端时两反应物的摩尔比为1，为了确定反应停止的程度，在分歧的反应时间下取出10ml 反应液用0.515N 的NaOH 溶液滴定，以确定未反应盐酸浓度.分歧反应时间下，NaOH 溶液用量为500kg/h ，且丙酸钠的转化率要达到平衡转化率的90%.试计算反应器的反应体积.假定（1）原料装入以及加热至反应温度（50℃）所需的时间为20min ，且在加热过程中不停止反应；（2）卸料及清洗时间为10min ；（3）反应过程中反应物密度恒定.解：用A,B,R,S 分别暗示反应方程式中的四种物质，操纵当量关系可求出任一时刻盐酸的浓度（也就是丙酸钠的浓度，因为其计量比和投量比均为1：1）为： 于是可求出A 的平衡转化率：现以丙酸浓度对时间作图：由上图，当C A ×14.7mol/l 时，所对应的反应时间为48min.由于在同样条件下，间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关，所以该生产规模反应器的反应时间也是48min. 丙酸的产量为：500kg/h=112.6mol/min.所需丙酸钠的量为:112.6/0.72=156.4mol/min.原料处理量为：000/156.4/(0.051552.5)57.84/min ==+=A A Q F C l 反应器体积：00()57.84(182010)4512=+=⨯++=r V Q t t l 实际反应体积：4512/0.85640=l3.4在间歇反应器中，在绝热条件下停止液相反应： 其反应速率方程为：143110001.110exp()/.=⨯-A A B r C C kmol m h T式中组分A 及B 的浓度C A 及C B 以kmol/m 333.K 计算.反应开端时反应混合物的温度为50℃.（1） （1） 试计算A 的转化率达85%时所需的反应时间及此时的反应温度.（2） （2） 如果要求全部反应物都转化为产品R ，是否能够？为什么？解：(1)（由数值积分得出）(2)若A 全部转化为R,即X A =1.0,则由上面的积分式知，t →∝,这显然是不成能的.3.5在间歇反应器中停止液相反应：3,C ，D 的初始浓度为零，B 过量，反应时间为t 1时，C A 3，C C =0.038 kmol/m 3，而反应时间为t 2时，C A =0.01 kmol/m 3，C C 3，试求：（1） （1） k 2/k 1;（2） （2） 产品C 的最大浓度；（3） （3） 对应C 的最大浓度时A 的转化率.解：(1)因为B 过量，所以：恒容时：'1-=A A dC k C dt（A ）''12-=-C A C dC k C k C dt(B) （B ）式除以（A ）式得：解此微分方程得：'2'10'200'11⎡⎤⎛⎫⎢⎥=- ⎪⎢⎥⎝⎭⎢⎥-⎣⎦k k A A A C A A C C C C k C C k（C ）将t 1,C A ,C C 及t 2,C A ,C C 数据代入（C ）式化简得：解之得：(2)先求出最大转化率:(3)产品C 的最大收率：产品C 的最大浓度：3.6 在等温间歇反应器中停止液相反应初始的反应物猜中不含A 2和A 3，A 1的浓度为2mol/l ，在反应温度下k 1-1,k 2-1,k 3-1.试求:（1） （1） 反应时间为1.0min 时，反应物系的组成.（2） （2） 反应时间无限延长时，反应物系的组成.（3） （3） 将上述反应改为31123−−→⇔←−→k k A A A 反应时间无限延长时，反应物系的组成.解：根据题中给的两种反应情况，可分别列出微分方程，然后停止求解.但仔细分析这两种情况，其实质是下述反应的特例：12123←−→←−→k k A A A (A)当'20=k 时，（A ）式变成123⇔→A A A (B)当'10=k 时，（A ）式变成123→⇔A A A(C) 当''120,0==k k 时，（A ）式变成123→→A A A(D) 其中式（D ）即为书讲的一级不成逆连串反应.可见只要得到（A ）式的解，则可容易化简得到（B ）,(C)及(D)式的解. 对于(A)式，可列出如下微分方程组：'11111-=-dC k C k C dt (1)''211231222=+--dC k C k C k C k C dt(2)'32223=-dC k C k C dt(3)由题意知初始条件为：11023(0),(0)(0)0===C C C C(4) 联立求解此微分方程组可得：'''''21112211011()()()()⎧⎫⎡⎤++⎪⎪=+-⎨⎬⎢⎥-++⎪⎪⎣⎦⎩⎭t t k k k k k e k e C C k k αβαβαβαβααββ(5)'''12122210()()⎧⎫⎡⎤++⎪⎪=+-⎨⎬⎢⎥-⎪⎪⎣⎦⎩⎭t t k k k k e k e C C αβαβαβαβαβ (6) 1212310⎧⎫⎡⎤⎪⎪=+-⎨⎬⎢⎥-⎪⎪⎣⎦⎩⎭t t k k k k e e C C αβαβαβαβ (7)式中，,αβ由如下式确定：'''121221=++k k k k k k αβ(8)''1122()+=-+++k k k k αβ(9)现在可用上述成果对本题停止计算：（1）1'11'11224.0min , 3.6min , 1.5min ,0,1min ---=====k k k k t 由（5）～（9）式得（2）当t →∝时，由（5）～（9）式得（3）此时为'10=k 的情况，当t →∝时，由114.0min ,-=k 1'1221.5min , 3.6min --==k k 得：3.7拟设计一反应装置等温停止下列液相反应：目标产品为R ，B 的价格远较A 贵且不容易回收，试问：（1） （1） 如何选择原料配比？（2） （2） 若采取多段全混流反应器串联，何种加料方式最好？（3） （3） 若用半间歇反应器，加料方式又如何？解：（1）212221211221===++A R A B AB A A B A B B r kC C S k C R k C C k C C k C νν 由上式知，欲使S 增加，需使C A 低，C B 高，但由于B 的价格高且不容易回收，故应按主反应的计量比投料为好.（2）包管C A 低，C B 高，故可用下图所示的多釜串联方式：（3）用半间歇反应器，若欲使C A 低，C B 高，可以将B 一次先加入反应器，然后滴加A.300l 的反应器中86℃3的过氧化氢异丙苯溶液分解：-1,最终转化率达98.9%，试计算苯酚的产量.（1） （1） 如果这个反应器是间歇操纵反应器，并设辅助操纵时间为15min;（2） （2） 如果是全混流反应器；（3） （3） 试比较上二问的计算成果；（4） （4） 若过氧化氢异丙苯浓度增加一倍，其他条件不变，成果怎样？解：（1）苯酚浓度0 3.20.989 3.165/==⨯=苯酚A A C C X mol l苯酚产量018.82 3.16559.56/min 335.9/=⨯==苯酚Q C mol kg h（2）全混流反应器苯酚产量016.02 3.20.98950.69/min 285.9/=⨯⨯==苯酚Q C mol kg h（3）说明全混釜的产量小于间歇釜的产量，这是由于全混釜中反应物浓度低，反应速度慢的原因.（4）由于该反应为一级反应，由上述计算可知，无论是间歇反应器或全混流反应器，其原料处理量不变，但由于C AB 增加一倍，故C 苯酚也增加一倍，故上述两个反应器中苯酚的产量均增加一倍.3.9在间歇反应器中等温停止下列液相反应：r D 及r R 分别为产品D 及R 的生成速率.反应用的原料为A 及B 的混合液，其中A 的浓度等于2kmol/m 3.（1） （1） 计算A 的转化率达95%时所需的反应时间；（2） （2） A 的转化率为95%时，R 的收率是多少？（3） （3） 若反应温度不变，要求D 的收率达70%，可否办到？（4） （4） 改用全混反应器操纵，反应温度与原料组成均不改变，坚持空时与（1）的反应时间相同，A 的转化率是否可达到95%？（5） （5） 在全混反应器中操纵时，A 的转化率如仍要求达到95%，其它条件不变，R 的收率是多少？（6） （6） 若采取半间歇操纵，B 先放入反应器内，开端反应时A 按（1）计算的时间均速加入反应器内.假如B 的量为1m 33，试计算A 加完时，组分A 所能达到的转化率及R 的收率.(2)(3)若转化率仍为0.95，且温度为常数，则D 的瞬时选择性为：D 的收率：这说明能使D 的收率达到70%（4）对全混流反应器，若使τ=t=0.3958h,则有解之得：C A 所以：000.77840.95-==A A A A C C X C这说明在这种情况下转化率达不到95%.（5） （5） 对全混流反应器，若X=0.95,则R 的收率为：（6）依题意知半间歇式反应器属于持续加料而间歇出料的情况.为了求分组A 的转化率及R 的收率，需要求出A 及R的浓度随时间的变更关系，现列出如下的微分方程组：对A: 200()(1.616.4)++=A A A A d VC C C V Q C dt（1）对R: () 1.60-=R A d VC C V dt（2）00=+V V Q t（3）在反应时间（t=0.4038h,为方便起见取t ≈0.4h ）内将0.4 m 3的A 均速加入反应器内，故300.41/0.4==Q m h 采取间歇釜操纵时，原料为A 与B 的混合物，A 的浓度为2kmol/ m 3.现采取半间歇釜操纵，且331,0.4==B A V m V m ，故可算出原料A 的浓度为：30(10.4)2/0.4+⨯=A C kmol m 由于：代入（1），（2）式则得如下一阶非线性微分方程组：27 1.616.41-=--+A A A A dC C C C dt t（4）1.61=-+R RA dC C C dt t （5） 初始条件：t=0,C A =0,C R =0可用龙格---库塔法停止数值求解.取步长△A 和C R 可以停止A 的转化率和R 的收率计算：0000--==A A A A A A A A A N N C V C V X N C V 式中V A 为所加入的A 的体积，且V A 3;C A0为所加入的A 的浓度，且C A0=7kmol/m 33.同理可以计算出R 的收率：0=R R A A C V Y C V3.10在两个全混流反应器串联的系统中等温停止液相反应：3,流量为4m 3/h,要求A 的最终转化率为90%，试问：（1） （1） 总反应体积的最小值是多少？（2） （2） 此时目标产品B 的收率是多少？（3） （3） 如优化方针函数改为B 的收率最大，最终转化率为多少？此时总反应体积最小值是多少？解：（1）对上式求dV r /dX A1=0可得：12121101(1)+-=--A A A X X X将X A2=0.9代入上式，则311100(1)1-=+A A X X 解之得X A1所以总反应体积的最小值为(2) 即113.24940.0912314=-B B C C解得C B1=0.005992 kmol/m 3 同理212222220224.6760.0059924341434(1)14--===---B B B A B A A B C C C C C C X C τ 解得C B2=0.00126 kmol/m 3B 的收率：2020.001262 1.26%0.2⨯===B B A C Y C (3)方针函数改为B 的收率，这时的计算步调如下：对于第i 个釜，组分A,B 的衡算方程分别为：对A: 1268--=Ai Ai i Ai C C C τ对B: 123414--=-Bi Bi i Ai Bi C C C C τ当i=1时，0112168-=A A A C C C τ（1）112113414=-B A B C C C τ（2）当i=2时，1222268-=A A A C C C τ （3）222223414=-B A B C C C τ（4）由（1）式解出C A1代入（2）式可解出C B1; 由（1）式解出C A1代入（3）式可解出C A2;将C B1及C A2代入（4）式可解出C B2,其为τ1,τ2的函数，即2012(,,)=B A C f C ττ（5）式中C A0为常数.由题意，欲使C B2最大，则需对上述二元函数求极值:联立上述两个方程可以求出τ1及τ2.题中已给出Q 0,故由012()=+r V Q ττ可求出C B2最大时反应器系统的总体积.将τ1,τ2代入（5）式即可求出B 的最高浓度，从而可进一步求出Y BmaX .将τ1,τ2代入C A2，则由X A2=(C A0-C A2)/C A0可求出最终转化率.490cm 3的CSTR 中停止氨与甲醛生成乌洛托品的反应：3264246()6+→+NH HCHO CH N H O式中（A ）--NH 3,(B)—HCHO,反应速率方程为：式中31.4210exp(3090/)=⨯-k T 3/s 的流量进入反应器，反应温度可取为36℃，假设该系统密度恒定，试求氨的转化率X A及反应器出口物猜中氨和甲醛的浓度C A 及C B .解： 即得：234900.06447(1)(3.16 1.5 2.03)=--⨯AfAf Af X X X整理得：323.075 3.162 1.0770-+-=Af Af Af X X X解得：X Af反应器出口A,B 得浓度分别为：3.12在一多釜串接洽统，/h 的乙醇 和.h 的醋酸停止可逆反应.各个反应器的体积均为3，反应温度为100℃×10-4l ×10-4 l/mol.min.反应混合物的密度为864kg/m 3,欲使醋酸的转化率达60%，求此串接洽统釜的数目.解：等体积的多釜串接洽统A,B,C,D 分别代表乙酸，乙酸乙酯和水.由计量关系得：从已知条件计算出：将上述数据代入（A ）式，化简后得到：若i=1,则（B ）式变成：21100.04056 1.51130.887 6.48+-==A A A C C C 解之得：114.364/,0.326==A A C mol l X 若i=2,则（B ）式变成：22210.04056 1.51130.887 4.364+-==A A A C C C 解之得：213.20/,0.506==A A C mol l X 若i=3,则（B ）式变成：23320.04056 1.51130.887 3.2+-==A A A C C C解之得：312.53/,0.609==A A C mol l X 即：三釜串联能知足要求.3.13以硫酸为催化剂，由醋酸和丁醇反应可制得醋酸丁酯.仓库里闲置着两台反应釜，一台的反应体积为3m 3,另外一台则为1m 33，丁酯则大量过剩，该反应对醋酸为2级，在反应温度下反应速率常数等于3/h.kmol ，要求醋酸的最终转化率不小于50%，这两台反应釜可视为全混反应器，你认为采取怎样的串联方式醋酸丁酯的产量最大？为什么？试计算你所选用的方案得到的醋酸丁酯产量.如果停止的反应是一级反应，这两台反应器的串联方式又应如何？解：因为反应级数大于1，所以联立方式应当是小釜在前，大釜在后才干使醋酸丁酯产量最大.现停止计算：二式联立化简后得到：（将X A2=0.5代入）解之得：X A1醋酸丁酯产量=0020.48730.150.536.55/=⨯⨯=A A Q C X mol h 如果停止的是一级反应，可停止如下计算：（1） （1） 小反应器在前，大反应器在后:联立二式，且将X A2=0.5代入，化简后得到:解得：X A1 所以有：3101(1) 1.2(10.1771) 5.576/0.1771--===A A k X Q m h X 醋酸丁酯产量=002 5.5760.150.50.4182/=⨯⨯=A A Q C X kmol h (2)大反应器在前，小反应器在后:解得X A1 所以有：31013(1)3 1.2(10.3924) 5.575/0.3924-⨯-===A A k X Q m hX产量同前.说明对此一级反应，毗连方式没有影响.3.14等温下停止 1.5级液相不成逆反应：→+A B C .反应速率常数等于5m/kmol.h ，A 的浓度为2kmol/m 3的溶液进入反应装置的流量为3/h ，试分别计算下列情况下A 的转化率达95%时所需的反应体积：（1）全混流反应器;(2)两个等体积的全混流反应器串联；（3）包管总反应体积最小的前提下，两个全混流反应器串联.解：（1）全混流反应器（2） （2） 两个等体积全混流反应器串联由于12=r r V V ，所以由上二式得：将X A2=0.95代入上式，化简后得到X A1=0.8245，所以：串接洽统总体积为：312 4.758==r r V V m （3） （3） 此时的情况同（1），即318.03=r V m 3/min 的流量持续通入反应体积为20m 3的全混流反应器，停止液相反应：C A ,C R 为组分A 及R 的浓度.r A 为组分A 的转化速率，rD 3，反应温度下，k 1-1，k 2=3/kmol.min,试计算反应器出口处A 的转化率及R 的收率.解：所以：即为：3.16在全混流反应器中等温停止下列液相反应：3.若出猜中A 的转化率为92%，试计算：（1） （1） 所需的反应体积；（2） （2） B 及D 的收率.已知操纵温度下，k 1×10-5l/mol.s;k 2×10-9s -1;; k 3×10-5l/mol.s ;B 的分子量为140；D 的分子量为140.解：因M B =M D =140,所以M A =M C =70021232()=-+A AA B A CC X k C k C k C C τ （1） 212=-BA B C k C k C τ（2）03-=C C A C C C k C C τ（3）由（2），（3）式分别得：。
四川大学化工综合复试真题
2018年1.基本与2011年初试分析题相同(3问，每问5分，共15分)（1）如阀门关闭，A点与B点的压强是否相同，为什么？（2）如阀门开启，开启时A点与关闭时A点的压强是否相同？为什么？(3)阀门开启时，若管路等径，A,B两点流速是否相同，为什么。
2.某精馏塔分离两个组分，进料中含轻组分36%，饱和液体进料，塔顶馏出液组成93%，塔顶馏出液中轻组分占进料中轻组分的96%。
（1）求塔底组成；（5分）（2）若为气液混合进料，求塔底出口组成；（5分）（3）分析分别气液混合物进料，增大回流比，增加进料流量时理论塔板数的变化。
（5分）3.反应A+B→C+D为对反应物A,B的二级反应。
某同学进行实验时将B一次加入，然后逐渐加入A，发现反应基本为关于A的一级反应，分析该同学实验过程的错误所在，并提出改正建议。
（10分）4.在实验室中使用平推流实验器进行实验，测得某反应转化率为75%时需耗时12分钟。
现在将此实验应用于工厂,转化率仍为75%，流量为2L/min，求需内径为1.5cm，长2m 的直管多少根。
（5分）5.常温常压下，某气相一级反应A→B，原料进料速率为10mol/min，反应常数为k=100/min。
（1）求全混流下转化率为0.5时反应时间；（5分）（2）求全混流下转化率为0.6时的反应器体积；（5分）（3）求平推流下转化率为0.7时的反应器体积。
（5分）6.Periodic table is a very important agreement of chemical, write out five mental elements and its Chinese name, corresponding symbols. （5分）7.Unit operation is element process of chemical engineering, please write five unit operation and its Chinese name. （5分）8.Choose the most excel answer（原文为纯英文）（4分）(1)下面哪个与石油，天然气为当今主要能量来源A. wind，B. solar，C. coal(2)下面哪个氧化性最强A nitrogen，B，helium C. oxygen ，D. hydrogen(3)下面哪个不是伯努利方程里的能量A .Pressure potential energy B. gravity potential energy C momentum energy D electric(4)下面哪个单元操作不是传质操作A absorptionB heat transferC rectificationD drying 9.一段专业英语翻译，大致内容为催化剂的组成，结构及分类。
李绍芬版反应工程答案之欧阳德创编
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设A P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 moln P=n A0Y P=18.96 moln 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 moln O=n O0-1/2n P-3/2n C=0.8788 moln 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：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原料气Bkg/h 粗甲醇 Akmol/h100kmol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 15.49H268.25 69.78CO2 1.46 0.82CH40.55 3.62N2 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。
化学反应工程习题及答案二
1. 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、半间歇式）2. 反应器的型式主要为（釜）式、（管）式、（塔）式、（固定）床和（流化）床。
3. 理想流动模型是指（平推流）模型和（全混流）模型。
5.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。
6. 对于平行反应，提高反应物浓度，有利于（级数高）的反应，降低反应物浓度有利于（级数低）的反应。
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。
7. 平行反应AP(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。
（浓度、温度）主-副大于0，是吸热反应！8. 如果平行反应)()(副主S A P A →→均为一级不可逆反应，若主E ＞副E ，提高选择性P S 应_____。
(提高温度)9.理想反应器是指_______、_______。
[理想混合（完全混合）反应器、平推流（活塞流或挤出流）反应器]8.全混流反应器的返混_______。
（最大） 平推流反应器的返混为_______。
（零）9.对于循环操作的平推流反应器，当循环比β→0时为_______反应器，而当β→∞时则相当于_______反应器。
10.反应器物料的停留时间的分布曲线是通过物理示踪法来测定的，根据示踪剂的输入方式不同分为_______、_______、_______。
（脉冲法、阶跃法、周期示踪法）11.平推流管式反应器t t =时，E （t ）=_______。
（∞）12.平推流管式反应器t t ≠时，E （t ）=_______。
（0）13.平推流管式反应器t t ≥时，F （t ）=_______。
（1）14.平推流管式反应器t ＜t 时，F （t ）=_______。
（0）15.平推流管式反应器其E （θ）曲线的方差=2θσ_______。
《化学反应工程》教材课后习题答案 李绍芬 天津大学
dX A dX A C A0 dVR d (VR / Q0 )
用 XA～VR/Q0 作图，过 VR/Q0=0.20min 的点作切线，即得该条件下的 dXA/d(VR/Q0)值 α。 VR/Q0min 0.12 0.148 0.20 0.26 0.34 0.45 XA% 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0
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：
2CO 4H 2 (CH 3 )2 O H 2O
CO 3H 2 CH 4 H 2O
4CO 8H 2 C4 H 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 合成
FCO,0 FCO 26.82 4.435 16.18% FCO,0 138.4
产物粗甲醇所溶解的 CO2、CO、H2、CH4 和 N2 总量 D 为
D
(9.82 9.38 1.76 2.14 5.38)B 0.02848Bkmol / h 1000
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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 moln P=n A0Y P=18.96 moln 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 moln O=n O0-1/2n P-3/2n C=0.8788 moln 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：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原料气 Bkg/h 粗甲醇 Akmol/h100kmol 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 CO26.8215.49H268.2569.78CO2 1.460.82CH40.55 3.62N2 2.9210.29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，计算进料原料气组成以质量分率表示如下：i i i i i m i iM ’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 COCO,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 'COCO,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)BD 0.02848Bkmol /h1000++++==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 hAdt2.2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 RA A A A A A A AdF r dV F F X Q C X dF Q C dX故反应速率可表示为：000(/)==A AA 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 1.790.34α-==故CO 的转化速率为40030.10130.03 6.3810/8.31410573--⨯===⨯⨯⨯A A P C mol l RT4300 6.3810 1.79 1.1410/.min(/)--==⨯⨯=⨯AA A R dX r C mol l d V Q2.3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。
33230.450.45330.45(1) 1.13100.053560.46/.6(2) 1.7810/.301011(3)()()0.05350.15080.1013..()8.3110700(4)()(0.05350.333(0.1）ρρρρ-==⨯⨯=-===⨯⨯⨯==⨯=⨯⨯==⨯=v b w bbg w wvb n p w nc 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 h2.4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：1.50.50.8/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 1.50.522200.80.80.8(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 AdX C C X dt化简整理得00.8(1)=-AA A dX C dtX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：322321.531.512/=-⋅NH H N NH H p p r k p k kmol m hp p逆反应的活化能417.5810/=⨯E J mol。
450℃时30.5322277()/=⋅k m MPa m h ，且212/=Pk 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:44217.5810/8.314723162'1617.5810/8.314723430.532exp()exp()2277/ 1.14510exp() 1.14510 1.05510()/.-⨯⨯-⨯⨯-=-===⨯-==⨯=⨯E k A RTE A k e RTE k A e m MPa m hRT490℃的Kp 值由题给公式计算出4722log 2047.8/763 2.4943log763 1.25610763 1.8564107633.206 1.25245.59210 ---=--⨯⨯+⨯⨯+=-=⨯p p K K 求k 1值：22'112'22243 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：2233122+↔N H NH5716.0.14160*(-2)*2087.01.14160*2087.0*3-626.0 1y 13y y 1904.0 .14160*(-2)*2087.01)1416.0-(12087.0 1y y y 1416.05.6914.45*(-2)*2087.01*2087.0*211035.010.01y y y 22123211 %87.20Py , 1y y y 1000H H 000A A 00R 0R R 0000000＝＝－）＋－（＝，+=δ+-==+=δ+-===+--=δ+νν-=δ==δ+νν-=δ+νν-=AA A AA AA A AA A A AA AA A AA AA A i i AA A A A Aii i AA A A A Aii 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：322321.5 1.541.5121.5333317.15333.0 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 h2.6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。