化学反应工程习题解答吴元欣
对吴元欣版反应工程的回答.doc
对吴元欣版反应工程的回答第一章实施例和问题解决实施例1在裂化器中每100千克乙烷(纯度100%)被裂化以生产45.8千克乙烯，乙烷的单向转化率为59%，在裂化气体被分离后，获得的产物气体包含4.1千克乙烷，并且剩余的未反应的乙烷被返回到裂化器。
测定了乙烯的选择性、收率、总收率和乙烷的总转化率。
解决方案:单程转化率和单程收率可根据b点的混合气体计算得出，而全程转化率和全程收率可根据a点的新鲜气体计算得出。
新鲜原料通过反应器一次的转化率和一次的转化率(根据反应器入口)；新鲜原料进入反应系统直至离开系统时达到的转化率，以及整个过程中的转化率(基于新鲜原料)。
现在，计算B点，在B点进入裂解器的乙烷为100千克。
因为乙烷的单程转化率为59%，所以在裂化器中反应的粗乙烷的量是在点E的乙烷的循环量，在点A补充的新鲜乙烷的量是乙烯的选择性、乙烯的单程产率、乙烯的总产率(摩尔产率)、乙烯的总质量产率、乙烷的总转化率。
实施例2使用铜、锌和铝催化剂由一氧化碳和氢气工业合成甲醇具有以下主要副反应: 由于化学平衡的限制，一氧化碳在反应过程中不能完全转化为甲醇。
为了提高原料的利用率，生产中采用循环操作，即反应后的气体冷却，可冷凝组分分离成液体，即粗甲醇，氢气和一氧化碳等不可冷凝组分部分放空，大部分通过循环压缩机压缩后与原料气混合返回合成塔。
以下是生产流程的示意图。
原料气和冷凝分离气中各组分的摩尔分数如下:原料气冷凝分离后粗甲醇中各组分的质量分数分别为CH3OH 89.15%、(CH3)2O 3.55%、C4H9OH 1.1%、H2O 6.2%。
在操作压力和温度下，其余组分是不可冷凝的组分，但在冷却和冷凝过程中，它们可以部分溶解在粗甲醇中。
对于1千克粗甲醇，溶解量为9.82克CO2、9.38克一氧化碳、2.14克H2、2.14克CH4和5.38克N2。
如果循环气与原料气的比率为7.2(摩尔比)，请尝试计算:(1)一氧化碳的单向转化率和全程转化率；(2)甲醇单程收率和全程收率。
(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》课后习题答案
（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。
2.7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，测得正反应活化能为 ,如果不考虑逆反应，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？
（1）（1）以反应体积为基准的速率常数kV。
（2）（2）以反应相界面积为基准的速率常数kg。
（3）（3）以分压表示反应物系组成时的速率常数kg。
（4）（4）以摩尔浓度表示反应物系组成时的速率常数kC。
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。
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：
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
15.49
H2
68.25
69.78
CO2
1.46
0.82
CH4
0.55
3.62
N2
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。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CO29.82g,CO 9.38g,H21.76g,CH42.14g,N25.38g。若循环气与原料气之比为7.2（摩尔比），试计算：
《化学反应工程》课后习题答案1
（3）两个CSTR串联
VR C A0 x A1 C A0 ( x A2 x A1 ) 根据 V0 rA1 rA2
m 1 m2
C A0 x A1 C A0 ( x A2 x A1 ) kCA0 (1 x A1 )C A0 x A1 kCA0 (1 x A2 )C A0 x A2 1 ( x A2 x A1 ) ; (1 x A1 ) (1 x A2 ) x A2
x A1
0
xA2 dxA dxA 4.35 2 2 x A1 (1 x ) (1 x A1 ) A1
1 1 1 1 4.35 1 x A1 1 x A2 1 x A1 1 1 4.35; 1 x A1 1 5.35 4.35; 1 x A2 1 5.35; x A1 0.81; 1 x A1
1 0.5 5.30(h) 当x A 0.5时， t1 0.615 0.307 (1 0.5) 1 0.9 47.70(h) 当x A 0.9时， t1 0.615 0.307 (1 0.9) 1 0.99 524.70(h) 当xA 0.99时， t1 0.615 0.307 (1 0.99)
VR 2 V0 kcA0
dxA 2 x A dxA 0.5 (1 x A ) k 0.5 x A
xA
2 xA 2 3.892 0.98 [ln ]0.5 389.2s kCA0 (1 x A ) 0.01 2
VR V0 0.002 389.2 0.778 3 m
2 当cB0 / cA0 5时， (rA ) kcA0 (1 xA )(5 xA )
1 t2 kcA0
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
化学反应工程课后习题问题详解
1 绪 论1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应：3222CH OH O 2HCHO 2H O +→+ 32222CH OH 3O 2CO 4H O +→+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：0.629Y S 0.961196.11%X 0.720====（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 mol n 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 mol n N =n N0=43.28 mol1. 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：23CO 2H CH OH +⇔23222CO 4H (CH )O H O +⇔+242CO 3H CH H O +⇔+ 24924CO 8H C H OH 3H O +⇔+222CO H O CO H +⇔+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Bkg/h 粗甲醇100kmol 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 15.49 H 2 68.25 69.78 CO 2 1.46 0.82 CH 4 0.55 3.62 N 2 2.92 10.29粗甲醇的组成为CH 3OH 89.15%,(CH 3)2O 3.55%,C 3H 9OH 1.10%,H 2O 6.20%,均为重量百分率。
化学反应工程第三版课后答案
化学反应工程第三版课后答案【篇一：化学反应工程第二版课后习题】> 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? 345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?ca+c?d10mkmols。
现以气相分压来表示速率方程，即(?ra)=kppapb，求kp=?（假定气体为理想气体）46-2-12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?若将反应速率写成?ra??dcadt，有什么条件?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? 78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：?ra=kcacb。
由于反应物b在水中的浓度远大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。
反应2h2?2no?n2?2h2o，在恒容下用等摩尔h2，no进行实验，测得以下数据总压/mpa 半衰期/s10 考虑反应a?3p，其动力学方程为?ra??容下以总压表示的动力学方程。
11 a和b在水溶液中进行反应，在25℃下测得下列数据，试确定该反应反应级数和反应速度常数。
116.8 319.8 490.2 913.8 1188 时间/s-312 丁烷在700℃，总压为0.3mpa的条件下热分解反应：c4h10→2c2h4+h2 (a) (r)(s)起始时丁烷为116kg，当转化率为50%时?dprdnsdya，?。
dtdtdtdpadt?0.24mpa?s?13-1-1-3-33-10.0272265 0.0326 186 0.0381 135 0.0435 104 0.0543 67求此反应的级数。
2.1化学反反应速率_吴元欣_化学反应工程
2
化学反应工程
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第2章
例 2.1 在 350℃等温恒容下纯丁二烯进行二聚反应，测得反应系统总压 p 与反应
时间 t 的关系如下：
t/min 0
6
12 26
38
60
p/kPa 66.7
62.3 58.9 53.5 50.4 46.7
试求时间为 27min 时的反应速率.
解：以 A 和 R 分别代表丁二烯及其二聚物，则该二聚反应可写成
4
（２.４a）
对于恒容过程，反应速率可表示为：
（２.５）
（２.６） 对于如下图所示的流动系统其反应速率表示如下：
第2章
用相界面积表示：
用固体的质量来表示：
a：相界面积 W：固体的质量 有固体催化剂的反应 Vr：催化剂的堆体积， ρb：堆密度， av：比外表面积（m2/m3）， 三者关系如下：
用反应体积表示： （２.７） （２.８） （２.９）
（２.２）
反应物转化量与反应产物生成量之间的比例关系符合化学计量关系如下：
因此
或
（２.３） 这说明无论按哪一个反应组分计算的反应速率，其与相应的化学计量系数之比恒 为定值，于是，反应速率的定义式又可以写成：
根据反应进度的定义其可表示为：
（２.４）
1
化学反应工程
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对于变容过程，反应速率可表示为：
反应体系中各组分的浓度关系如下：
t=0
t=t
原料
CA0
CA
产物
0
(CA0-CA)/2
总浓度
CA0
(CA0+CA)/2
由理想气体定律得：
Po 为 t=0 时物系的总压，
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第一章 绪论
1-1解：（1）反应的选择性为：
%11.969611.0720
.0629
.0====
X Y S （2）进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：（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：
组分 摩尔分率y i0 摩尔数n i0(mol)
CH 3OH 2/（2+4+）= 空气 4/（2+4+）= H 2O （2+4+）=
总计
1
100
设甲醇的转化率为X A ，甲醛的收率为Y P ，反应器出口CH 3OH 、CH 3CHO 和CO 2的摩尔数n A 、n P 和n c 分别为：
n A =n A0(1-X A )= mol n P =n A0Y P = mol n C =n A0(X A -Y P )= mol
结合上述反应的化学计量式，H 2O （n W ）、O 2（n O ）和N 2（n N ）的摩尔数分别为：
n W =n W0+n P +2n C = mol n O =n O0-1/2n P -3/2n C = mol
n N =n N0= mol
所以，反应器出口气体组成为：
组分 摩尔数（mol ）
摩尔分率%
CH 3OH HCHO H 2O CO 2 O 2
N 2
1-3解：以100mol 进料为基准，并设x 和y 分别表示环氧乙烷和二氧化碳的生成量，根
据题目给的进料组成和化学计量关系列式：
O H C O H C 4224221
−→−+ (1)
O H CO O H C 22242223+−→−+ (2)
可列出下表：
组成 反应器进口/%
反应器出口/%
C 2H 4 15 O 2 7 总计
100
由于反应器出口气体中乙烯和氧的摩尔分数已知，所以可列出下面两个方程：
131.02100215=--
-x y x 及 048.02
1002327=-
-
-x y
x 解得：x= y= 乙烯的转化量为：+2=
所以，乙烯的转化率为：15=% 环氧乙烷的收率为：15=% 反应的选择性为：S=.1333=%
1-5解：由丁二烯氧化反应可知，反应过程中，反应混合物的总物质的量发生变化。
如果
进料为100mol ，则由氮平衡可算出反应后混合气的量为：
mol 4.1031
.260
.27100=⨯
其中，正丁烯的量=×=
丁二烯的量=×=
若以反应器进料为基准，则正丁烯的转化率
%1.7505.7758
.105.7=-=
X
丁二烯的收率
%4.6405
.706
.06.4=-=
Y
丁二烯的选择性
%75.85751
.0644.0===
X Y S
1-6解：
设原料的进料量为100Kg/h ，则有质量守恒，出反应器的量也为100Kg/h ，则出反应器的HCHO 为h ，C 4H 6O 2为h ：
转化率 %84%100106
.110=⨯-=
X 单程收率 %37.53%10030
102
8665
.7=⨯⨯=y
总收率 %54.63%10030
6.11028665
.7=⨯-⨯=
Y 选择性 %54.63%100%
84%
37.53=⨯==X y S
第二章 均相反应动力学
2-3解：反应物A 的消耗速率应为两反应速率之和，即
)25.101(6.14.166.122
A A A A D R A C C C C r r R +=+=+=
由dt dC R A A -=得： )25.101(6.1A A A
C C dt
dC +=-
对上式积分：
⎥⎥⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎢
⎢⎣
⎡
+
+-+--=+--=⎰0025.101125.101)1(ln )1ln()125.1025
.101(6.10A A A A A C C A A C C X X dC C C t A A h t 3958.06
.16332.0==
2-4解：（1）由题意可将反应速率表示为:
D C B A 42+−→−+ B A C C kC r =
对于恒容过程，则有
L
mol C C L mol RT P C X C C C X C C A B A A A A B B A A A /10528.910382.244/10382.21023
10314.82.01013.02)1(3300
3
300000----⨯=⨯⨯==⨯=⨯⨯⨯==-=-=
当8.00=A X 时
L mol X C C A A A /10767.42.010382.2)1(430--⨯=⨯⨯=-=
L mol X C C C A A B B /10717.58.010382.2210528.9233300---⨯=⨯⨯⨯-⨯=-=
L mol C kC r R B A c C /10447.510717.510764.42634---⨯=⨯⨯⨯⨯=== L mol r R C D /10179.210447.54456--⨯=⨯⨯==
（2）对于恒压过程，是个变容反应过程，由（）式可求得总摩尔数的变化
21
2141=--+=∑
=A t A υυδ 反应物A 的原始分率：
2.04
11
0=+=
A y 由
（
）
式
可
求
得
转
化
率
为
80%
时
的
浓
度
：
L mol X y X C C A A A A A A /10609.38
.02.021)8.01(10382.21)1(4300--⨯=⨯⨯+-⨯⨯=+-=δ
L mol X y X C C C A A A A A B B /10331.48
.02.0218.010382.2210528.912533000---⨯=⨯⨯+⨯⨯⨯-⨯=+-=δ
L mol C kC r B A A /10126.310331.410069.32654---⨯=⨯⨯⨯⨯== L mol r R C C /10126.36-⨯==
2-8解：在初始浓度相同的条件下，有：2211t k t k =
又 RT
E
Ae k -=
∴ )11(ln
1
221T T RT E k k --= 则 1
221ln )1
1(
t t T T R E --= 代入数据，得 mol kJ E /074.98=
2-13解：对二级反应 P B A −→−
+ 有 )(00A A B A B A A
A C C C kC C kC dt
dC r -+==-= 对上式积分 )11ln()(1
00A
B A B X X
C C k t ---=
a ）. 10
0=-=
A A
B
C C C M 时，002A B C C =
当5.0=A X 时，25.01=B X ,h t 3
1104.5-⨯=； 当9.0=A X 时，45.02=B X ,h t 2
210
27.2-⨯=；
当99.0=A X 时，495.03=B X ,h t 2
31023.5-⨯=。
b ）. 50
0=-=
A A
B
C C C M 时，006A B C C =
当5.0=A X 时，083.01='B
X ,h t 3
110616.1-⨯='； 当9.0=A X 时，15.02='B
X ,h t 3
21072.5-⨯='； 当99.0=A X 时，165.03='B
X ,h t 231018.1-⨯=' 讨论：在初始物料相同的条件下，要求的转化率越高则所需要的反应时间越长，而且在高转化率时增大一定的转化率所需的时间较低转化率时要长得多；在转化率一定的条件下，过量比越大，所需要的反应时间越短。