化学反应工程二,三章答案
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。
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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）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：0.326680.591.11/0.9530%⨯=⨯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：02000110.95 2.968(1) 5.2 1.23110.95===⨯=-⨯-⎰⎰AfAf 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 （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： 2525+⇔+C H COONa HCl C H COOH NaCl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℃等温下进行该反应的实验。
化学反应工程第二章答案
因 为 是 绝 热 放 热 反 应 ， 非 等 温 反 应
VCSTR=10.5L
图HW2-6 polymath计算结果输出： CSTR体积V~X关系
X=0.68
(4) 如果在一个7.2L的P FR后面串联一个2.4L的CST R反应器， 可达到的转化率是多少 ? 解法1： 试差法 据(1)可知， P FR出口的转化率X 0.4， 即CST R反应器的入口转化率 in 0.4， X 所以CST R的出口转化率为 ： X out V (rA ) out X in FA0 0.8 0.6 12.5 50 得 (1) 0.7 0.6 (rA ) out 50
(3) 在一个 .5L的CST R反应器中， 能达到的最大转化率是 10 多少? 解： 先将表格用 polymath 自动转换成以下形式
X 0 0.2 0.4 0ห้องสมุดไป่ตู้5
？
0.6 0.8 0.9
-rA (mol/L.min)
u=-1/rA (L.min/mol) V/FA0 (L.min/mol) VCSTR (L)
(采用P OLYMAT H )
CA0 VCSTR v0 r ( X 2 X 1 ) 15 (0.7 0.3)v0 6v0 A 2 V 15v0 由此可见， P FR在前时， 体积较小。
(2) 如果体积流率为 L/ min， 最小的总体积是多少 50 ? 解： Vmin 15v0 15 50L/ min 750L/ min (3) 有无比上述两个体系更 好的方案（ 即不用上述两种方案 达到70%转化率时的 ， 最小总体积） ? 解： 从图2 - 8a可知， 欲使总的反应器体积最 ， 应采用P FR CST R P FR组合。 小 从图可知P FR1的出口转化率约为 .06， CST R出口转化率为 .65， P FR2 0 0 出口转化 率为0.7。 因此
(完整版)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），组分摩尔分率y i0 摩尔数n i0(mol)CH32/（2+4+1.3）=0.2740 27.40OH空气4/（2+4+1.3）=0.5479 54.79水 1.3/（2+4+1.3）=0.1781 17.81总计 1.000 100.0A 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 mol组分摩尔数（mol）摩尔分率%7.672 6.983CH3OH18.96 17.26HCHOH2O 38.3 34.87CO2 0.7672 0.6983O2 0.8788 0.7999N2 43.28 39.392 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。
《化学反应工程》第三版(陈甘堂著)课后习题答案
《化学反应工程》第三版(陈甘堂著)课后习题答案第二章均相反应动力学基础2－4三级气相反应2NO+O22NO2，在30℃及1kgf/cm2下反应，已知反应速率常数2kC=2.65×104L2/(mol2 s)，若以rA=kppApB表示，反应速率常数kp应为何值？解：原速率方程rA=dcA2cB=2.65×104cAdt由气体状态方程有cA=代入式（1）2－5考虑反应A课所以kp=2.65×104×(0.08477×303) 3=1.564后当压力单位为kgf/cm2时，R=0.08477，T=303K。
答p p 2rA=2.65×10 A B =2.65×104(RT) 3pApBRT RTp表示的动力学方程。
解：.因，wwnAp=A，微分得RTVdaw案24网pAp，cB=BRTRT3P，其动力学方程为( rA)=dnAn=kA。
试推导：在恒容下以总压VdtVδA=3 1=21dnA1dpA=VdtRTdt代入原动力学方程整理得wdpA=kpAdt设初始原料为纯A，yA0=1，总量为n0=nA0。
反应过程中总摩尔数根据膨胀因子定义δA=n n0nA0 nA若侵犯了您的版权利益，敬请来信通知我们！Y http://.cn.co（1）mol/[L s (kgf/cm2) 3]m（1）则nA=nA01(n n0)δA1(P P0)δA（2）恒容下上式可转换为pA=P0所以将式（2）和式（3）代入式（1）整理得2－6在700℃及3kgf/cm2恒压下发生下列反应：C4H10发生变化，试求下列各项的变化速率。
（1）乙烯分压；（2）H2的物质的量，mol；（3）丁烷的摩尔分数。
解：P=3kgf/cm2，（1）课MC4H10=58，（2）w.krC2H4=2( rC4H10)=2×2.4=4.8kgf/(cm2 s)PC4H10=PyC4H101 dpC4H10= P dt2.4-1==0.8 s 3w（3）nC4H10=nyC4H10=n0(1+δC4H10yC4H10,0xC4H10)yC4H10dnH2dtdnH2dt=hdaw后n0=nC4H10,0=δC4H10rC4H10=反应开始时，系统中含C4H*****kg，当反应完成50%时，丁烷分压以2.4kgf/(cm2 s)的速率dyC4H10dt答1rCH=2.4224wdnC4H10dt案116×1000=2000mol582+1 1==21网dyC4H10=n0(1+δC4H10yC4H10,0xC4H10) dt=2000×(1+2×1×0.5)×0.8=3200 mol/s若侵犯了您的版权利益，敬请来信通知我们！Y http://.cno2C2H4+H2，dP=k[(δA+1)P0 P]=k(3P0 P)dtm（3）dpA1dP= dtδAdt2－9反应APS，( r1)=k1cA , ( r2)=k2cp，已知t=0时，cA=cA0 ，cp0=cS0=0, k1/k2=0.2。
化学反应工程课后习题解答全解
min)
3-5 在等温全混流釜式反应器中进行下列液相反应：
A + B → P（目的）rP = 2cA [kmol/(m3.h)
2A → R
rR= 0.5cA [kmol/(m3.h)
cA0 = cB0 = 2kmol/m3.
试计算反应2h时A的转化率和产品P的收率。
解：A组分的总消耗速率
(-rA )= rP + 2rR = 2cA + cA = 3cA 将其代入CSTR设计方程
pA 1000 800 666.75 446.75 306.8 206.8 -dpA/dt 82.305 66.844 53.581 33.647 22.503 20.149
（4）对
rA
dpA dt
~
pA
分别取自然对数，得到数据如下表
pA 1000 800 666.75 446.75 306.8 206.8 -dpA/dt 82.305 66.844 53.581 33.647 22.503 20.149
nH2O 17.8082 x 2 y
Y x x 0.692,即 nC0H3OH 27.3979
x 18.961
又nCH3OH
27.3979 x
y
n0 CH3OH
(1
xCH3OH
)
7.6714
y (27.397918.961 7.6714) 0.768
rA k1cAcB k2cRcS 7cAcB 3cRcS
7cB0 (1 xB )(cA0 cB0 xB ) 3(cB0 xB )2
只能指定B的转化率为75%，计算空间时间
VR cB0 xBf
化学反应工程习题答案
后
答
dcA ，有什么条件? dt
w.
案
网
co
m
1
《化学反应工程》第二版习题解答
A+C↔D 解
2 rA k1cA cB k2cC k3cA cC k4cD 2 rB 2k1cA cB 2k2cC
(1)
rD k3cA cC k4cD
2 rA k1cA cB k2cC 2 rB 2k1cA cB 2k2cC k3cBcC k4cD
p p rA k c c kc A B RT RT
ww
kP
kc 2.65 104 m 6 kmol 2s 1 ( RT )3 8.314kJ kmol1K 1 303K
kh
2
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 × 104m6kmol-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）
pA
3 pA0 2 pA
答
w.
25℃下测得下列数据，试确定该反应反 913.8 70.6 28.2 1188 65.3 22.9 ∞ 42.4 0 490.2 913.8 1188
5
ww
w.
以
解 由c A -c B =42.4 可知反应应按下列方式A+B→产物进行 设为二级反应
1 c c dcA ln A B0 kcA cB 积分得： kt cA0 cB0 cA0cB dt 1 c ln A 对 t 作图若为直线，则假设正确。 cA0 cB0 cB
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第二章习题1.动力学方程的实验测定时，有采用循环反应器的，为什么?答：循环反应器行为与全混流反应器相同，可以得到反应速率的点数据，而且反应器进出口浓度差比较大，对分析精度要求不很高。
2.为什么可逆吸热反应宜选平推流反应器且在高温下操作，而可逆放热反应却不是?根据可逆放热反应的特点，试问选用何种类型反应器适宜?为什么?答：可逆吸热反应的反应速率与化学平衡都随温度的升高而升高，高温下操作对二者都有利。
可逆放热反应的化学平衡随温度的升高向反应物方向移动，对达到高转化率不利。
对此类反应，可选用多段绝热反应器或换热条件较好的管式反应器。
3.一级反应A→P，在一体积为V P的平推流反应器中进行，已知进料温度为150℃，活化能为84kJ·mol-1，如改用全混流反应器，其所需体积设为V m，则V m/V p应有何关系?当转化率为0.6时，如果使V m=V p，反应温度应如何变化?如反应级数分别为n=2，1/2，−1时，全混流反应器的体积将怎样改变？ 解：)1ln()1()exp()1ln()1()1(CSTR )1ln(11d 1)(d PFR )exp()(A A Ap mA A A pm A 0A AA0m A A00AA A00A A A0P A 0A A AAx x x RT ERT E x x k kx V V x k c x F V x kc x x kc r x F V c RTE k kc r x x ----=---=-=--=-=-=-==-⎰⎰)1ln()1()1ln()1( IF A A A A A P m m p x x x x x k k x V V T T A---=---==()()K07.43215.42302064.015.423876.234929.015.423876.23exp 6109.0637.115.42315.423314.884000exp 1)6.01ln(6.016.0exp 10.6and 1IF m m mmmmm m m P m P A Pm =-=--=-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⨯⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=--⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--===T T T T T T T TT T T T T R E x V V mnn n n kc x F V c V V cV V kc x F V n c V V kc x F V n c V V kc x F V n AfAf A0m 1Am1m 2A1m 1m 1AAA0m 2/1A 1m 2/1m 2/1A A A0m A1m 2m 2A A 0A m 1,1,2/11,2==⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧==-=======---或4. 在体积V R =0.12m 3的全混流反应器中，进行反应S R B A 21+−−←−→−+kk，式中k 1=7m 3kmol -1min -1，k 2=3m 3kmol -1min -1，两种物料以等体积加入反应器中，一种含2.8kmolA ·m -3，另一种含1.6kmolA ·m -3。
设系统密度不变，当B 的转化率为75％时，求每种物料的流量。
解()13B A 13A B0B 13A 3A 3S R 3B 3B030A hrm 24.0248.0hrm 48.0156012.0min1504.02.08.0minmkmol 04.06.06.032.08.07mkmol 8.06.04.1m kmol 6.075.08.0mkmol 2.075.018.0mkmol 8.026.1m kmol 4.128.2---------====⨯==-=--=⋅=⨯⨯-⨯⨯=-⋅=-=⋅=⨯==⋅=-=⋅==⋅==v v v r c c r c c c c c c 半：每一股是总物料量的一τ5. 可逆一级液相反应PA −−←−→−，已知0,m kmol 5.0P030=⋅=-c c A ；当此反应在间歇反应器中进行，经过8min 后，A 的转化率为33.3%，而平衡转化率是66.7%，求此反应的动力学方程式。
解()()xc k x c k tx c tc x c c x c c c c k c k c k c k tc r A02A01A0A A0P A0A A A02A 1P 2A 1A A 1d d d d )1(d d --==-=-=--=-=-=-⎩⎨⎧=====+-+-=xx t t x t txk k k xx k k k tx ,0,0d )(d )(d d 2112118333.022667.01667.01)1()(ln 121e e e 0A e0A AePe 21121121=====-=-=-====+-+-t x k k K x x x c x c c c k k K t k xk k k k k()PA A A 1211212121212102888.005776.0d d min 02888.0min 05776.02/08664.086931.05.0ln 18333.02111ln 1c c tc r k k k k k k k k k k k k -=-=-⎩⎨⎧==⎩⎨⎧==+=+=+-=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+---6. 平行液相反应A →P r P =1 A →R r R =2c A A →S r S =c A 2已知c A0=2kmol ·m -3，c Af =0.2kmol ·m -3，求下列反应器中，c P 最大为多少? (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，c A1=1 kmol ·m -3。
解3-A0Af A2A Af 0A p P AP AfA0p 2A 2AA SR P PP mkmol 5.02112.011)1(1)1(1d )1(1)(d 1PFR For )1(1211A0AfA Af⋅=+-+=+-+=+=-=-=+=++=++=⎰⎰c c c c c c S c c S c c S c c c r r r r S c c c c3-22Af Af A0Af A0p P mkmol 25.1)2.01(1)2.02()1(1)()(CSTRFor ⋅=+-=+-=-=c c c c c S c3-22P2Af A1P1A1A0P mkmol 81.056.025.0)2.01(1)2.01()11(1)12()()(Seriesin CSTR For two ⋅=+=+-++-=-+-=S c c S c c c7. 自催化反应A+P →2P 的速率方程为：−r A =kc A c P ，k =l m 3kmol -1min -1，原料组成为含A 13%，含P 1%（摩尔百分数），且c A0+c P0= l kmol ·m -3，出口流中c P = 0.9 kmol ·m -3，计算采用下列各种反应器时的空间时间(τ=V R /V 0)。
(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。
解AA 2A0A A0A A0P A A Af Ain 3A0)1()1(9.00714.0141m1kmol x x kc x c x kc c kc r x x c -=-==-===⋅=()()min 76.40714.010714.09.019.0ln 11111ln1d 11111d 1d PFRFor Ain Ain Af AfA0A A 0A AAAA0A AA0Af AinAfAinAf Ain=⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-=-=-=⎰⎰⎰xx xx kc x x x kc xx x kc r x c x x x x x x τ()()min2.99.09.010714.09.01111CSTRFor AfAf 20A Ain Af 0A =⨯--⨯⨯=--=x x kc x x c τ()min91.320.271.120.25.015.09.019.0ln m kmol 5.0)1(min71.15.0)5.01(0714.05.0111)1(15.00210d d ,1PFR CSTR For 2123A1A0A1A11A Ain Af 0A 1A1A AA A A =+=+==⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⋅=-==⨯--⨯⨯=--⨯===-=---+-τττττx c c x x x x kc x x x r r r ，，有令的极值点相同与由于()min71.15.0)5.01(0714.05.0111)1(15.0,0d d CSTR For A1A1AinAf A01A AA =⨯--⋅⨯=--===-+x x x x kc x x r τ分离器8. 在两个串联的全混流反应器中进行一级反应，进出口条件一定时，试证明当反应器大小相同时，两个反应器的总容积最小。
证AfA0A1Af0A 2A1Af2A11A 21Af1A AfAf1A 21A 0A 1A 1A 0A 1fA Af A0010d )(d 11)(c c c c c c kc kcc c kkc c kc c c kkc c kc c c r c c A ===+-=+-=-=-=-=--=τττττR2R121AfA0AfAf A02AfA0Af0A 0A 1111111V V c c k kkc c c c c k kc c k c ==⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=-=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=-=ττττ9. 半衰期为20小时的放射性流体以0.1m 3hr -1的流量通过两个串联的40m 3全混流反应器后，其放射性衰减了多少？ 解()()()()()()9955.09327.0119327.09327.0103466.0400111.040hr03466.05.02A A AA A0A A0A0A AA01200A A =--=-=---=--====---总转化率。
为第二釜，单釜转化率仍：第一釜代入数据对全混流反应器，首先求反应速率常数：期的概念。
只有一级反应存在半衰x x x x kc x c c r c c k eec c kktτ10. A 进行平行分解反应，其速率式为↗R r R =1 kmol ·m -3min -1 A →S r S =2c A kmol ·m -3min -1↘T r T =c A kmol ·m -3min -1其中R 是所要求的目的产物，c A0=1kmol ·m -3。