化学反应工程练习题解答
化学反应工程练习题解答
第一章习题1有一反响在间歇反响器中进行，经过8min 后，反响物转化掉80％，经过18min 后，转化掉90％，求表达此反响的动力学方程式。
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在间歇搅拌槽式反响器中，用醋酸与丁醇生产醋酸丁酯，反响式为：()()()()S R B A O H H COOC CH OH H C COOH CH 2943SO H 94342+−−→−+反响物配比为：A(mol):B(mol)=1:4.97，反响在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〔忽略别离损失〕，计算反响器体积。
混合物密度为750kg·m -3，反响器装填系数为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反响(CH 3CO)2O+H 2O →2CH 3COOH 在间歇反响器中15℃下进行。
一次参加反响物料50kg ，其中(CH 3CO)2O 的浓度为216mol·m -3，物料密度为1050kg·m -3。
化学反应工程习题精选与解答
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 -。
（ap）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 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 。
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 AB r kC C =⋅⋅ 设A 的转化率为A x ，B 的转化率为B x000A A A A A A n n n x n n --∆== 000B B BB B B n n n x n n --∆== ∵ 00A B n n = ， A B n n ∆=∆ ， ∴ A BC C =t=0Afx AA adx C r ⎰=020Afx AA A dx C k C ⋅⎰=01(1)A Af kC x --01A k C =169.6 min t 与反应体积无关。
∴31m 、所需反应时间均为169.6min3-3 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： 1ln1Af k x τ=- 0Bv v τ= 对于全混流反应器： ''1Af Afx k x τ=- 0Rv v τ=∴ 1ln1Af x -='1Af Afx x -=2.3 ∴ 'Af x =0.6973-6 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。
化学反应工程试题及答案
化学反应工程试题及答案一、选择题（每题2分，共10分）1. 化学反应工程中，反应速率常数k与温度的关系遵循（）。
A. Arrhenius方程B. Van't Hoff方程C. Le Chatelier原理D. Nernst方程2. 在固定床反应器中，流体通过催化剂床层的流动方式是（）。
A. 并流B. 逆流C. 交叉流D. 层流3. 以下哪种催化剂不属于均相催化剂？（）A. 酸B. 碱C. 金属D. 酶4. 反应器的体积效率是指（）。
A. 反应器体积与所需反应体积的比值B. 反应器体积与实际反应体积的比值C. 反应器体积与理论反应体积的比值D. 反应器体积与催化剂体积的比值5. 在反应器设计中，为了提高反应速率，通常采取的措施是（）。
A. 增加反应物浓度B. 提高反应温度C. 增加催化剂用量D. 以上都是二、填空题（每空1分，共10分）1. 在化学反应工程中，反应速率的表达式通常为__________。
2. 反应器的类型主要包括__________、__________和__________。
3. 催化剂的作用是__________反应速率，而不影响__________。
4. 反应器设计时，需要考虑的主要因素包括__________、__________和__________。
5. 根据反应器内物料流动的特点，可以将反应器分为__________流动和__________流动。
三、简答题（每题5分，共20分）1. 简述反应速率和反应速率常数的区别。
2. 描述固定床反应器和流化床反应器的主要区别。
3. 解释为什么在某些情况下需要使用催化剂。
4. 讨论温度对化学反应速率的影响及其在工业应用中的意义。
四、计算题（每题10分，共20分）1. 已知某化学反应的速率常数k=0.05 s^-1，反应物A的初始浓度为1 mol/L，求10秒后A的浓度。
2. 假设一个完全混合反应器中进行一级反应，反应物B的初始浓度为2 mol/L，反应速率常数k=0.02 min^-1，求5分钟后B的浓度。
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解
化学反应工程1、有如下平行反应：R B A k−→−+1（主反应） R B A R C C C k r 1=S B A k −→−+2 （副反应） B A S C C k r 2=（1） 若采用间歇操作，试选择合适的加料方式； （2） 若采用连续操作，试选择用合适的反应器型式；（3） 若主、副反应的活化能分别为30和20，反应温度宜高还是宜低？ 解： R S R P C k k r r S 21==（1） 若用间歇操作，应采用向事先含R 的BR 中同时加入A 、B 物料； （2） 若用连续操作，应选用CSTR ，A 、B 同时连续加入； （3） ∵ E 1 〉E 2，∴反应温度宜高。
（∵温度升高，有利于活化能高的反应）2、在一等温操作的间歇釜式反应器中，进行某一级液相反应A →R ，13分钟后，反应物转化率为70%，若让此反应在PFR 或CSTR 单釜中进行，为达到相同转化率，所需的空时和平均停留时间分别为多少？ 解： 11111lnln 0.0926min 11310.7A k tx -===--（1） PFR ： 113min t τ-== （2） CSTR ： 0.725.20min (1)0.0926(10.7)A A x t k x ===-⨯-3、1、有下列反应：C 2H 4 的二聚反应，反应温度为200℃，反应活化能mol kJ E /9.156=，为使反应速率提高一倍，计算所需提高的温度为多少？ 解：反应速率提高一倍，即212=k k21122211ln()15690011ln 2()481.568.314473.158.4k E k R T T T K T T C=-=-⇒=∆=︒提高温度为8.4C ︒4、在一反应体积为3 m 3的连续釜式反应器中等温进行下列液相反应：h C h C A A ⋅=−→−⋅=−→−+32Q 3P kmol/m 2.0r Q 2A kmol/m 6.1r P B Ar P 及r Q 分别为产物P 及Q 的生成速率，P 为目的产物。
《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
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3反应（CH３CO)２Ｏ+H2O→2ＣH３COOH在间歇反应器中15℃下进行。已知一次加入反应物料５0kg，其中（ＣH3ＣO)2O的浓度为216ｍol·m-3，物料密度为1050ｋｇ·m－３。反应为拟一级反应,速率常数为k=5.７08×107ｅｘp(−Ｅ/RT)ｍin-1，E=49．8２kJ·ｍol－１。求xA=0．８时，在等温操作下的反应时间。
c／kg·m-３
∑c
Ｆ（t)
0
0
0
０
0
10
3
3
0．1２5
0．118９ ０．075８2
２０
６
9
０.37５
０.２26２0.0９197
30
５
14
０.5833
0.179３０.０4６49
４0
4
1８
0．7５
0．1365 0．0２２56
5０
３
２1
0．８7５
0．0974 0.01026
60
2
２3
0.95８3
０.０6１7 0.0041５
F(t)
Ｅ(t)
ｔ·c
t2c
0
０
0
0
０
0
0
10
3
3
0.1２5
0.012５
30
3００
20
6
9
0.3750
0.
３0
５
14
０．5８３3
0.
40
４
18
0.75
0.
５0
３
21
0．87５
0.
６０
2
23
0．9５83
0.
7０
1
24
1.0
０.０042
7０
490０
80
0
24
１.0
0
0
0
∑
2４
8０
３3200
2．请将习题一中停留时间分布规律用对比时间θ作变量，
解
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:
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。
若反应按下列步骤进行：
（1）分别写出a,c为控制步骤的均匀吸附动力学方程；
（2）写出b为控制步骤的均匀吸附动力学方程，若反应物和产物的吸附都很弱，问此时对丁烯是几级反应。
解：(1）:a控制步骤时
（1)
对b： 令 则 (２)
(1)若反应器为PFR，试求:
(a)F（1)，(b)E(1)，（ｃ)F(0.8),(d)E(0.８)，(e）E(1.２)
(2)若反应器为CＳTR,试求：
(ａ)F（1),(b)E（1)，(c)Ｆ(0．8),(d）Ｅ（0.8），(e)E(1．２)
(3)若反应器为一非理想流动反应器，试求
（ａ)F(∞)，（b)Ｆ(0)，(c)E(∞),(d） ,（ｅ)
解
第三章习题
1．有一有效容积VR=1ｍ3，送入液体的流量为1.8m3hr-1的反应器，现用脉冲示踪法测得其出口液体中示踪剂质量浓度变化关系为:
ｔ／min
60
7０
80
ｃ/kg·m-3
0
3
6
５
4
3
２
1
0
求其停留时间分布规律,即F(t)，E(ｔ)， ，
解
示踪法求停留时间分布规律
t／min
c/kg·ｍ-3
∑c
求F(θ）,Ｅ(θ)， ， 。
解
3．在习题一的反应器中进行A→D反应,已知ｃA0=２5mol·ｍ-3，动力学方程为−rA=0．０5cAmol·m-3miｎ-1，请分别用：
(1）凝集流模型；
(2)多级混合槽模型;
(３）平推流模型;
(4)全混流模型。
计算出口物料中A组分的转化率。
解
（1)凝集流模1)=1,E(1)=∞，F(0.8)＝0，Ｅ(0.８）=0,E(1.2)=0
(2)
(3)
第四章习题
1、乙炔与氯化氢在ＨgCl2活性炭催化剂上合成氯乙烯:
其动力学方程式可有如下几种形式:
(1)
(2)
(3)
(４)
试说明各式所代表的反应机理和控制步骤。
解:
（１）
(2）
（3)
（4）
2、丁烯在某催化剂上制丁二烯的总反应为:
解
4在５55K及0.３ＭPa下，在平推流管式反应器中进行气相反应Ａ→P，已知进料中含A30％(摩尔分数),其余为惰性物料,加料流量为6.３mｏl·s-１，动力学方程式为−rＡ=０.２7cAｍoｌ·ｍ-３s－１为了达到95％转化率,试求：
(1)所需空速为多少?
(2)反应器容积大小?
解
5反应Ａ+B→Ｒ＋S,已知VＲ=0.001m3,物料进料速率Ｖ0＝０.5×１0-3ｍ3min－1,ｃA0=cＢ０=５ｍol·m3，动力学方程式为−ｒＡ=kcAcB，其中k=100m3kmｏl-１min-1。求:(1)反应在平推流反应器中进行时出口转化率为多少？(２)欲用全混流反应器得到相同的出口转化率，反应器体积应多大?(３)若全混流反应器体积VＲ=0.０0１m3，可达到的转化率为多少?
化学反应工程练习题解答
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ﻩ
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。
７0
１
24
1.０
0.0294 0．00１２6
８０
0
24
1.０
0
∑
2４
０.2525
(2)多级混合槽模型:
(3)PFR模型：
（４)CSTR模型：
4．用题一的条件，采用轴向扩散模型，计算其Pｅ值与出口物料中Ａ组分的转化率。
解
5．设E（θ)、F(θ）分别为某流动反应器的停留时间分布密度函数和停留时间分布函数,θ为对比时间。
(1)平推流反应器;(2)全混流反应器;（３）两相同体积的全混流反应器串联,ｃA1=1 kmol·ｍ-3。
解
2.自催化反应Ａ+P→2P的速率方程为：−ｒA＝kcAｃＰ,k=ｌｍ3ｋmol-1mｉｎ－1,原料组成为含A13％，含P1%(摩尔百分数）,且cA0+cP0＝lｋmol·ｍ-3，出口流中cP= 0．9 kmol·m-3,计算采用下列各种反应器时的空间时间(τ=VR/V0)。(１）平推流反应器;（２)全混流反应器;(3)平推流与全混流反应器的最佳组合；(4)全混流反应器与一分离器的最佳组合。
已知ｋ=1m3ｋmoｌ-1ｈr-1,cＢ0=3kmol·m-3,cA饱和＝0.02kｍol·m-3,水溶液流量为10m3hr-1。
解
(１）平推流
(2）全混流
（3)VＲ=0．001m3时可达到的转化率
第二章习题
1.平行液相反应
A→ＰrＰ=１
A→RrR=2cA
A→SｒS＝ｃA２
已知cA0=2ｋｍol·m-３，cAf=0.2kmol·ｍ－3,求下列反应器中，cP最大为多少?