化工反应工程答案_第二章
反应工程1,2章答案
若将A 的初始浓度均为3mol/h 若将A和B的初始浓度均为3mol/h 的原 料混合后进行反应，求反应4 min时 料混合后进行反应，求反应4 min时A的 转化率。 转化率。
习题2.4解题思路 习题2.4解题思路 2.4
习题2.1解题思路及答案 习题2.1解题思路及答案 2.1
利用反应时间与组分 的浓度变化数据， 先作出 ＣＡ～t的关系曲线，用镜面法求 得反应时间下的切线，即为水解速率， 切线的斜率 α。再由 rA=-dCA/dt求得水 解速率。 答案： 水解速率
习题２ 习题２.２
在一管式反应器中等温下进行甲烷化反应： 在一管式反应器中等温下进行甲烷化反应：
习题2.4答案 习题2.4答案 2.4
A的转化率 XA=82.76%
习题2.5 习题2.5
氨合成塔入口的气体组成为3.5％ 氨合成塔入口的气体组成为3.5％的 3.5 ,20.87％ ,62.6％ ,7.08％ NH3,20.87％的 N2,62.6％的 H2,7.08％ Ar,及5.89％ CH4。该塔是在30 的Ar,及5.89％的CH4。该塔是在30 MPa 压力下操作。 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10 490℃， 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 mol）。试计算该处的反应速率。 ％（mol）。试计算该处的反应速率。 Fe催化剂上氨合成反应速率式为 催化剂上氨合成反应速率式为： 在Fe催化剂上氨合成反应速率式为：
习题1.1 习题1.1
在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应：
化学反应工程第二章习题答案
化学反应工程第二章习题答案化工103班2-1银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应2CH3OHO22HCHO2H2O2CH3OH3O22CO24H2O进入反应器的原料中，甲醇：空气：水蒸气=2：4:1.3（摩尔比），反应后甲醇转化率达72％，甲醛的收率为69.2%，试计算：（1）反应的总选择性；（2）反应器出口组成。
解：根据甲醇：空气：水蒸气=2：4:1.3（摩尔比），以100mol进料为基准设χy分别为HCOH和co2生成量2CH3OHO22HCHO2H2O2CH3OH3O22CO24H2O对上式积分(n1)kct1cn1kcAcn1AOn111cn1n1AcA①0①式为无量纲对数形式可判别出kc的单位molm3n1kt111同理pn1pn1n1kn11ApAp的单位pa02-4在间歇反应器中进行等温二级、一级、零级均相反应，求出转化率由0变为0.9所需的时间，与转化率由0.9变为0.99所需时间之比。
解：等温二级反应111kt1ckt21AcA0cA2cA某A0.9某A0.999t190A0kcA0t1:t21:10等温一级反应ktlncA0cAln10同上解得t1t2kt1:t21:1等温零级反应ktcA0cA同上解得t10.9cA0A0kt20.09ck10:12-5某一反应在间歇反应器中进行，经8min后反应物转化了80%，经过18min后转化了90%，求表达此反应的动力学方程。
解dnrAAVdt积分后：tcA0dcArACcA0dcAcAcAn111n1n1AkcAkn1cA0cAt8min某A180%t18min某A290%28111kn1cn1cn1n1A0A01某A11811kn1cn11n1n1A0cA01某A2n2r2AkcA2-6某一气相一级反应A2RS，在恒温、恒压的实验反应器中进行，原料含75%A及25%惰性气体（摩尔比），经8min后其体积增加一倍。
求此时的转化率及该反应在此温度下的速率常数。
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：0000(/)==A AA A A R R dX dXr 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 。
(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
化学反应工程 第二版课后习题
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?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? 3若将反应速率写成tc rd d AA -=-，有什么条件? 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? 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 A+C ↔ D (2)A+2B ↔C B+C ↔D C+D→E (3)2A+2B ↔C A+C ↔D6 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）7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。
8反应A(g) +B(l)→C(l)气相反应物A 被B 的水溶液吸收，吸收后A 与B 生成C 。
反应动力学方程为：−r A =kc A c B 。
由于反应物B 在水中的浓度远大于A ，在反应过程中可视为不变，而反应物A 溶解于水的速率极快，以至于A 在水中的浓度恒为其饱和溶解度。
试求此反应器中液相体积为5m 3时C 的生成量。
已知k =1m 3kmol -1hr -1，c B0=3kmol·m -3，c A 饱和=0.02 kmol·m -3，水溶液流量为10m 3hr -1。
9反应O 2H N 2NO 2H 222+→+，在恒容下用等摩尔H 2，NO 进行实验，测得以下数据 总压/MPa 0.0272 0.0326 0.0381 0.0435 0.0543 半衰期/s26518613510467求此反应的级数。
2020年秋冬智慧树知道网课《化学反应工程》课后章节测试答案
第一章测试1【多选题】(20分)对化学工程师而言，化学反应工程知识非常重要，体现在A.化工新技术的前沿问题多集中于反应设备的开发和设计B.反应器的安全性和经济性往往决定着整套化工装置的成败C.通过化学反应过程，将廉价的原料转化为高价的产品D.反应器是化工生产过程的核心设备2【多选题】(20分)下列属于非均相催化反应的有A.煤在空气中的燃烧反应B.烃类的蒸汽裂解反应C.以钴基催化剂催化的合成气费托合成反应D.石油的流化催化裂化反应3【多选题】(20分)关于恒容反应和变容反应，以下说法正确的是A.温度、压力条件变化范围不大的液相反应可视为恒容反应B.在刚性容器中进行的气相反应属于恒容反应C.气相反应都是变容反应D.恒温、恒压变摩尔数的气相反应属于变容反应4【判断题】(10分)非基元反应是指的反应需要由至少2个计量方程描述的反应A.错B.对5【判断题】(10分)反应的计量方程都反映了实际的反应历程A.错B.对6【判断题】(10分)反应速率有多种定义方式，其间没有任何关系A.对B.错7【判断题】(10分)某反应的反应级数和反应的计量系数一致，表明其为基元反应A.错B.对第二章测试1【多选题】(10分)本章所学习的理想反应器包括哪几种？A.流化床反应器B.全混流反应器C.平推流反应器D.固定床反应器E.理想的间歇式反应器F.鼓泡床反应器2【多选题】(10分)关于一个反应器的物料衡算方程，以下说法正确的是：A.对着眼组分i的物料衡算方程表达为：单位时间内i组分流入控制体积的摩尔数=单位时间内流出控制体积的i的摩尔数+单位时间内控制体积内因反应而生成的i组分的摩尔数+单位时间内控制体积内累积的i组分的摩尔数B.方程中i组分累积的速率是指控制体积中i组分单位时间内增加的摩尔数C.对于任何反应器进行物料衡算，衡算控制体积可以随便选取。
《化学反应工程》(朱炳辰 第四版)课后习题第二章 答案详解
10
15
C
2 A
(
RT
)2
mol
/(g s)
7.696
10 15
8.314
2
773 2
10
12
C
2 A
3.1787
10
5
C
2 A
[
mol
/( g
s)]
k w 3.1787 10 5 [cm6 /(mol g s)]
kV P kw 0.8 3.1787105[cm3 /(mol s)]
2-7
西南科技大学应化 0902
2011-10-31
解：由
dcA dt
k cA K cA
可得， ( K
k
1 . cA
1 k )dcA
dt
即，
K k
lnc A
1 k
cA
t
代入表格中数据有， K ln 1 1 (1.0 10.0) 7.45103
k 10.0 k
K ln 0.25 1 (0.25 10.0) 9.56103 k 10.0 k
化学反应工程朱炳辰第四版课后习题第二章答案详解
西南科技大学应化 0902
2011-10-31
《化学反应工程》教材 P75-76 作业参考答案
2-5 解：（1）分别写出 a、c 为控制步骤的均匀吸附动力学方程；
(a) (1) rA＝raA rdA＝kaA pA0 kdA A
(2)
0＝1＋bA
1 pA＋bB
1
n
yj yAN j / NA
n
y j 0.09
17 / M j
即 DAm
jA
DAj
jA
化学反应工程基础课后习题答案
第二章化学反应工程基础1.说明聚合反应工程的研究内容及其重要性。
研究内容：①以工业规模的聚合过程为对象，以聚合反应动力学和聚合体系传递规律为基础；②将一般定性规律上升为数学模型，从而解决一般技术问题到复杂反应器设计，放大等提供定量分析方法和手段；③为聚合过程的开发，优化工艺条件等提供数学分析手段。
简而言之：聚合反应工程研究内容为：进行聚合反应器最佳设计；进行聚合反应操作的最佳设计和控制。
2.动力学方程建立时，数据收集方式和处理方式有哪些？收集方式：化学分析方法，物理化学分析方法处理方式：积分法，微分法。
3.反应器基本要求有哪些①提供反应物料进行反应所需容积，保证设备一定生产能力；②具有足够传热面积；③保证参加反应的物料均匀混合4.基本物料衡算式，热量衡算式①物料衡算：反应物A流入速度-反应物A流出速度-反应物A反应消失速度-反应物A积累速度=0（简作：流入量-流出量-消失量-积累量=0）②热量衡算：随物料流入热量-随物料流出热量-反应系统与外界交换热量+反应过程的热效应-积累热量=05.何谓容积效率？影响容积效率的因素有哪些工业上，衡量单位反应器体积所能达到的生产能力称之为容积效率，它等于在同一反应，相同速度、产量、转化率条件下，平推流反应器与理论混合反应器所需总体积比：η=Vp/Vm=τp/τm。
影响因素：反应器类型，反应级数，生产过程中转化率有关6.何为平推流和理想混合流？①反应物料在长径比很大的反应器中流动时，反应器内每一微元体积中流体均以同样速度向前移动，此种流动形态称平推流；②由于反应器强烈搅拌作用，使刚进入反应器物料微元与器内原有物料元瞬时达到充分混合，使各点浓度相等且不随时间变化，出口流体组成与器内相等此流动形态称理想混合流。
7.实现反应器的热稳定操作需满足哪些条件？①Qr=Qc，Qr体系放出热量；②dQc/dT>dQr/dT，Qc 除热量；③△T=T-Tw<RT2/E，E 反应活化能，T 反应器温度，Tw 冷却液温度8.何为返混？形成返混的主要原因有哪些？返混：指反应器中不同年龄的流体微元间的混合；原因：①由于物料与流向相反运动所造成，②由于不均匀的速度分布所引起的，③由于反应器结构所引起死角、短路、沟流、旁路等。
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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 「AdCAdt°.125mol / l.hF 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「AQ 0C A0dX AdV RC A0dX Ad(V R /Q 。
)dX A /d(V R /Q °)0.65 °.°40.34故CO 的转化速率为1.79CA0PA0RT 0.1013 0.036.38 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 AdV 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 AOd—A 6.38 10 4 1.79 1.14 10 3mol /l.min d (VR / 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 vb k w1.13 103 0.0535 60.46kmol/m 3.h— A1 —A解得—=82.76%b3k w 1.78b 30 103(1 )0.45 0.0535'0.1013，(8.31 10 3 700).45 6 210 6kmol /m .h°1508kgg 5c, )45 0.0535 0.333(7^7)0.45(4^)0.1 kmol kg .h2.4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 .50.8C A 0.8C A 0(1式可知A 和B 的初始浓度均相等，即为— A )2dC Adt代入速率方程式c d —A A0dt化简整理得d —A 「A d C AO (1 —A ) cC A0 dt d —A dt2 2O.8C AO (1 —A )(1 —A )积分得0.8C A0dt0.8C A°twnk w2.5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k 22277m3(MPa)0.5/m3 h, 且 k !/k 2 K ； ,490c 时，Kp 可按下式计算： log K p 2047.8/T 2.4943logT1.256 10 4T 1.8564 10 7T 2 3.206 注：m 为标准立方米。
解：题中给出450C 时的k 2值，而反应是在490C 下，故首先要求出490C 时的k 2值。
利用（2.27 ）试，求出频率因子A:suk 2 Aexp （R E T ）su匚 17.58 104/8.314 723 16A k 2exp （RT ） 2277/e 1.145 10su,' F 16 17.58 104/8.314 723 4 3 0.5 , 3 , k 2 Aexp （RT ） 1.145 10 e 1.055 10 m （MPa ） / m .h 490C 的Kp 值由题给公式计算出log K P 2047.8/ 763 2.4943log7631.256 10 4 763 1.8564 10 7 76323.2061.2524K p 5.592 10 2求k 1值：・* 2k 1 2 'K p k 2k K p k 2k 1（5.592 2 243 15 310 ）1.055 1033m （MPa ） . /m .h求各组分的分压值:2N2|H 2NH 3r1.5 k1P N P H/3k 2 pN 匕/1.5kmol /m 3 hP H 2su104J / mol 。
450 C逆反应的活化能F 17.585.89CH 4。
该塔是在30MPe 压力下操作。
已知催化剂床层中某处的温度为 490C, 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：时P i0iP AO X A1034.023 2.6下面是两个P i1 y A0 A X Ay iy i 0 y A0X AA1 y A0 A X AP i y i Py Ao120.87% , A =——y R0.10y R0 ------------- y A0X AA1 y A0 A X A10.035 -1 2*0.2087* X A 1 0.2087*(-2)* X A45.914X A 6.5 0.1416y A0 y A0X A 1 y A0 A X A0.2087(1-0.1416) X A y Ay H1 0.2087*(-2)*0.1416 0.19043 vy H07 yA0XA11 y A0 A X A0.626-3*0.2087* 0.1416 门“ =0.57161 0.2087*(-2)*0.1416Y i P P i各组分的分率及分压值为NH10% p NH3=3MPa r 19.06% P N2=5.718MPa57.18% p H2=17.15MPa Ar+ CH 4「13.79%P Ar+=4.137MPa 反应速率为:仃；551.055 1043 17.15m 3/m 3cat.h(179.6kmol /m 3cat.h)NP 是最佳温度曲线,.p NH k21.5PH 2P NH3r k 1 P N 21.533.0 5.718P H 2P i0 i P AO X A反应的T-X图，图中AB是平衡曲线,1032.7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, 4测得正反应活化能为9.629 10 J / mol ,如果不考虑逆反应，试问反应温度是550C 时的速率比反应温度是 400C 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。
其平衡常数与温度的关系为:log K P 4905.5/ T e 4.6455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 ⑷O 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,的速率大小。
M 点在C,R 两点中，谁的速率大？ 根据图中所给的十点中，判断哪一点速率最大?(1) (1) (2) (2) (3) (3) (4) (4)(5) (5)(6) (6)「550k 550 r 400k 400Aexp(--^)Rl 550叵(」 J 96290( 11 )e R -400 -550 e 8.314(673 823 )23(倍)Aexp( rRT 400在钒催化剂上进行80%寸的最佳温度。
2.8常压下， 试计算转化率为4为9.211 10 J/mol ，化学计量数等于2,反应式为:SO 2 102SO 3SO 氧化反应，原料气组成为 7%O 及82%N 。
二氧化硫在钒催化剂上氧化的正反应活化能AM 是等温线，HB 是等转化率线。
根据下面两图回答:是可逆反应还是不可逆反应？ 是放热反应还是吸热反应？ 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？ 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^5也 ln(1X A ) ln4该反应的热效应 H r 9.629 10 J / mol 。
解：（1）求出转化率为80%寸各组分的分压: 以100mol 为基准so 2SO 23P o 2Py o 20.1013 8.2/97.2 8.55 10 (MPa) p SO Py SO 0.1013 5.6/97.2 5.84 10 3(MPa)P N 2 Py N 2 0.1013 82/97.2 8.55 10 2(MPa)(2)求与上述组成对应的平衡常数 K P 值：（3）求平衡温度Telog K P 4905.5/ T e 4.6455 2.9在一恒容反应器中进行下列液相反应:3A B Rr R 1.6C A kmol /m h 2A Dr D 8.2C ：kmol /m 3 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%寸所需的反应时间。
解：反应物A 的消耗速率应为两反应速率之和，即R A r R 2r D 1.6C A 16.4C ；1.6C A （1 10.25C A ）利用（2.6 ）式积分之KP SO 3KP05p SO 2 p o 25.84 10 31.46 10 3 8.553 0.5 10 343.26T e ⑷利用 su E 4P05F 780.9K6.282(2.31 )式求逆反应活化能UT Hr E -9.211104r⑸ 利用（2.31 ）式求最佳温度 T OP匚 su1 s RT Ur ln 隹 E EET OP9.629 1042780.91.403 105J/mol18.314 780.9 ln 14.03 739.004 K(14.03 9.211) 104 9.211dC A dt1.6C A (1 10.25C A )(1X A) 102氐1AO t 0.6463/1.6 0.4038h2.10在催化剂上进行三甲基苯的氢解反应:C6H3(CH3)3 H2 C G H4(CH3)2 CH 4C6H4（CH3）2 H2 C6H5CH3 CH 4反应器进口原料气组成为66.67%H,33.33%三甲基苯。