化学反应工程第二阶段作业(答案)
化学反应工程第二版课后答案第七章
7.多相催化反应器的设计与分析7.1 若气体通过固定床的线速度按空床计算为0.2m/s,则真正的线速度为多少?已知所填充的固体颗粒的堆密度为1.2g/cm 3,颗粒密度为1.8 g/cm 3解:1.2110.33331.80.20.6/0.3333=-=-====空床真正b p u u m s ρερε7.2 为了测定形状不规则的合成氨用铁催化剂的形状系数,将其填充在内径为98mm 的容器中,填充高度为1m,然后边续地以流量为1m 3/h 的空气通过床层,相应测得床层的压力降为101.3Pa,实验操作温度为298K,试计算该催化剂颗粒的形状系数.已知催化剂颗粒的等体积相当直径为4mm,堆密度为1.45g/cm 3,颗粒密度为2.6 g/cm 3.解:()23553023101.3101.3/,1, 1.185/1.8710 1.8710/,41010.03685/36000.785(0.098)1.45110.44232.601---==⋅===⨯⋅=⨯⋅=⨯==⨯=-=-=-2r 0L u 由(7.1)式p=fv b p p p Pa kg m s Lr m kg m Pa s kg m s d mu m s d ρμρερρεε∆∆根据(6.4)式可推导出ψa=dp/dv,式中dp 为等比外表面积相当直径,dv 为等体积相当直径.()()330331(1)1150(1)(7.2) 1.75150 1.75(2)Re 101.3(410)(0.4423)/1 1.185(0.03685)-- ∴ = -- =+=⨯+ =⨯⨯2r 02r 0L u p fp=f即L u 由式将有关数值代入(1)和(2)式得:fv a v a a v ad d f d u ρεεψεψρεμεψρψ∆∆233(10.4423)39.07(3)1.8310(10.4423)8.778150 1.75 1.75(4)(410)0.03685 1.185---= ⨯-=⨯+=+ ⨯⨯⨯a af ψψ(3),(4):8.778/ 1.7539.07,1.758.77800.4969+= --= =2a 式联立将此式变为:39.07解此方程得:a a a a ψψψψψ7.3 由直径为3mm 的多孔球形催化剂组成的等温固定床,在其中进行一级不可逆反应,基于催化剂颗粒体积计算的反应速率常数为0.8s -1,有效扩散系数为0.013cm 2/s,当床层高度为2m 时,可达到所要求的转化率.为了减小床层的压力降,改用直径为6mm 的球形催化剂,其余条件均不变,,流体在床层中流动均为层流,试计算:(1) (1) 催化剂床层高度; (2) (2) 床层压力降减小的百分率.解(1)求dp 为6mm 的床层高度L 2,已知数据:dp 1=3mm=0.3cm,dp 2=0.6cm,L 1=2m, kp=0.8s -1,De=0.013cm 2/s00111222100211221110.392230.9210.784530.756===========⎰⎰求得求得AfAf x A Ar A x r A AA F dx L V R L V F dx R ηηηηϕηϕη12120.922 2.430.756∴==⨯=L L m ηη(2)求床层压力降减小的百分率:()()2210201122331211,--= =p p L u L u p f p f d d ρερεεε∆∆假定床层的空隙率不变,则有:11212221= (1)p p f L d p p f L d ∆∆层流流动时:012121501150Re /(2)-==⨯∴= p p p f d u f d d f εμρ(1),(2)式联立:2212221122112120.6/2 3.2252.430.3/2⎛⎫⎛⎫==== ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭p p p p p p L d d d p L p L d d L d ∆∆床层压力降减少的百分率为:121 3.22510.689968.99%3.225--===p p p ∆∆∆7.4 拟设计一多段间接换热式二氧化硫催化氧化反应器,每小时处理原料气35000m 3(标准状况下),组成为SO 2:7.5%;O 2:10.5%;N 2:82%.采用直径5mm 高10mm 的圆柱形催化剂共80m 3,取平均操作压力为0.1216Mpa,平均操作温度为733K,混合气体的粘度等于3.4×10-5Pa.s,密度按空气计算.解:由(7.1)式()31-2r 0L u p=fp d ρεε∆根据题给条件有:107330.1013350002730.121321.75/3600-⨯⨯==u A m s A上式中A —床层截面积,m 2.12121/31/32380/80660.785(0.005)0.01 6.0051020.785(0.005) 4.140.0050.01660.785(0.005)0.017.215103.142---==⨯⨯===⨯⨯+⨯⨯⎡⎤⎛⎫⨯⨯===⨯ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦p p pp v L A A m V d m a V d mπ在题(7.1)中已推导出/=ap v d d ψ,因此有:336.005100.83237.21510--⨯==⨯a ψ查”无机化工反应工程”P108图4-1得ε=0.45,混合气的物性数据按空气计算误差不大,733K 下,ρ=0.4832kg/m 3,μ=0.034厘泊=3.4×10-5Pa.s,因此有:5310150(1)150 3.410(10.45)1.75150 1.75 1.75Re 6.00510(21.75)0.48320.04444 1.75----⨯⨯-=+=⨯+=+⨯⨯ =+p f d u A A μερ112333800.4832(21.75)(10.45)(0.04444 1.75) 1.8386.005100.45(0.04444 1.75)----⨯-∴=+=⨯⨯ ⨯+ A A p A A A Pa ∆要求△P<4052Pa 则有4052>1.838×107A -3(0.0444A+1.75)80 3.43123.32==L m7.5 多段冷激式氨合成塔的进塔原料气组如下:组分 NH 3 N 2 H 2 Ar CH 4 % 2.09 21.82 66.00 2.45 7.63 (1) (1) 计算氨分解基(或称无氨基)进塔原料气组成:(2) (2) 若进第一段的原料气温度为407℃,求第一段的绝热操作线方程,方程中的组成分别用氨的转化率及氨含量来表示.反应气体的平均热容按33.08 J/molK 计算.反应热△Hr=-5358J/molNH 3(3) (3) 计算出口氨含量为10%时的床层出口温度,按考虑反应过程总摩尔数变化与忽略反应过程总摩尔数变化两种情况分别计算,并比较计算结果.解:(1)计算氨分解基气体组成:100mol 原料气中含NH 32.09mol,相当于2.09/2molN 2及(1.5×2.09)molH 2,因此，(A) (A) 考虑反应过程中气体总摩尔数的变化.以y 代表氨基气体mol%,Ft 表示混合气体总摩尔流量,由2231322+ N H NH 可以看出,每生成1摩尔NH 3,混合气体总摩尔数减少1,所以生成氨的摩尔数=00-t A t A F y F y ,(下标A 代表NH 3,0代表进口处,y A0和y A 均指有氨基的mol%)因此有:()000001:(1)1--=+= +化简得t t A t A tA t t AF F y F y F y F F y(a) (a) 以N 2的转化率表示组成时的绝热操作线方程:()220,0-=N N r T P T F x H F C T∆∆∆上式中(-△Hr)以反应每kmol 的N 2计.()()22220,000,00001111+∴-=+-+=+A N N r t p T AN r T AN t p A y F x H F C T y F H y T x F C y ∆∆∆∆∆∆以进口处N 2的转化率为0作基准计算,则有:()()22,000211253581/-⎛⎫+=+ ⎪+⎝⎭-=⨯N r A N p A r y H y T T x C y H kJ kmolN ∆∆代入有关数据:20.2182535812168033.0810.0209⨯⨯+=++AN y T x化简得:2680692.4(1)=++A N T y x (2)又,生成的NH 3mol 数为:0000011+-=-+A A t A t A t A t Ay y F y F y F y F y反应消耗N 2的mol 数为:000001121⎛⎫+- ⎪+⎝⎭A A t A t A y y F y F y ∴ N 2的转化率:2000011210.2182⎛⎫+- ⎪+⎝⎭=A t A A A N t y F y y y x F代入数据:2110.02090.0209210.2182⎛⎫+- ⎪+⎝⎭=AA N y y x化简得:220.047882.291+=-N A N x y x (3)(3)代入(2)式得:2220.0478*******.41 2.291⎛⎫+=++ ⎪⎪-⎝⎭N N N x T x x 化简后得到以2N x 表示组成的绝热方程为:221620680 2.291=+-N N x T x(b) (b) 以NH 3含量表示组成的绝热操作线方程: ()()00--=t A t A r t p F y F y H F C T ∆∆式中(-△Hr)以每生成1kmolNH 3计,()()()()0000000031111111153581/0.0209(1)10.0209⎛⎫+--= ⎪+⎝⎭⎛⎫--+⎛⎫++∴=-=- ⎪⎪+++⎝⎭⎝⎭-= +⎡⎤-⎢⎥+⎣⎦53581代入数据:T=680+33.08A t A t A r t p A r r A A A A A A A p A A p A r A Ay F y F y H F C T y H H y y y y T y y y C y y C y H kJ kmolNH y y ∆∆∆∆∆∆化简得到以y A 表示组成的绝热操作线方程如下:6801620[0.02047(1)]=+-+A A T y y(B) (B) 忽略反应过程中气体总摩尔数的变化(a)以N 2转化率表示组成时的绝热操作线方程:22,0()-=N r N t p F H x F C T∆∆∆式中-△Hr 以每反应1kmolN 2计.()()()2222,02222,0,0000.218225358168033.08-- ∴==-⨯⨯=+=+即化简之T=680+707.1NN r N r N N t p t pr N N pN F H F H T x x F C F C y H T T x x C x ∆∆∆∆∆∆∆(b)以NH 3含量表示组成的绝热操作线方程: ()()0--=t A A r t p F y y H F C T ∆∆式中-△Hr 以每反应1kmolN 2计:()0-=-rA A pH T y y C ∆∆353581/-= r H kJ mol NH ∆()()05358168068016200.020933.08=+- =+- A A A T y y T y(3)计算出口氨含量为10%的床层出口温度,考虑反应总摩尔数变化时:6801620[0.02047(1)]6801620[0.10.02047(10.1)]805.5=+-+=+-+ =A A T y y K忽略反应总摩尔变化时:6801620(0.0209)6801620(0.10.0209)808.1=+-=+-=A T y K808.1-805.5=2.6K,温度相差并不大,这是由于合成氨反应体系总转化率不高的缘故,若转化率高则两种方法计算出来的床层出口温度将会有较大的差别.7.6 在绝热催化反应器中进行二氧化硫氧化反应,入口温度为420℃,入口气体中SO 2浓度为7%(mol);出口温度为590℃,出口气体中SO 2含量为2.1%(mol) ,在催化剂床层内A,B,C 三点进行测定.(1) (1) 测得A 点的温度为620℃,你认为正确吗?为什么? (2) (2) 测得B 点的转化率为80%,你认为正确吗?为什么?(3) (3) 测得C 点的转化率为50%,经再三检验结果正确无误,估计一下C 点的温度.解(1)绝热床内的温度是呈线性上升的,出口处温度最高,床内任一点温度不可能高于出口温度,故620℃是不可能的.(2)出口处SO 2的转化率为(0.07-0.021)×100%/0.07=70%.床层内部任一点处转化率不可能高于70%,故转化率为80%是不可能的.(3)△t=λ△X A , 590-420=λ×0.7 λ=(590-420)/0.7=242.86 故C 点温度为:t=t0+λ△X A =420+242.86×0.5=541.4℃7.7 乙炔水合生产丙酮的反应式为:2223322232+→++C H H O CH COCH CO H在ZnO-Fe 2O 3催化剂上乙炔水合反应的速率方程为:737.0610exp(7413/)/=⨯- ⋅床层A A r T C kmol m h式中C A 为乙炔的浓度,拟在绝热固定床反应器中处理含量为3%C 2H 2(mol)的气体1000m 3(STP)/h,要求乙炔转化68%,若入口气体温度为380℃,假定扩散影响可忽略,试计算所需催化剂量.反应热效应为-178kJ/mol,气体的平均恒压热容按36.4J/molK 计算.解:原料气中乙炔浓度很低,可忽略反应过程总摩尔数的变化.()000(1)(1)273273--==+A A A A A F x x C F Q Q t式中Q 0为以标准状态计的体积流量,Q 为温度t 时垢体积流量.()()()()77000.6800070000.64070273(1)7.0610exp(7413/)7.0610exp(7413/)(273)273112737.0610exp(7413/)2737.06101273exp(7413/)-=⨯-=⨯-++==-⨯⨯-+ =⨯--⎰⎰⎰Af A A A A x A r A A A A A A A A x r T C T F Q t Q t dx V F dx F r F x T t dx Q x T550:178/ 1.7810/36.4/()0.03 1.7810146.536.4-==⨯ =⋅-⨯⨯===已知p A r p H kJ mol J mol C J mol K y H KC λ∆∆绝热操作线方程为:()()007()380146.52737.06101273exp(7413/)=+-=++=⨯--令:f A A A A A t t x x x tx x T λ()0.683331.5101000 1.510 1.5--=⨯ =⨯⨯=⎰所以A A r f x dx V m7.8 题7.7所述乙炔水合反应,在绝热条件下进行,并利用反应后的气体预热原料,其流程如图7A 所示.所用预热器换热面积50m 2,乙炔浓度为3%的原料气以1000m 3(STP)/h 的流量首先进入预热器预热,使其温度从100℃升到某一定值后进入体积为1m 3的催化剂床层中绝热反应,反应速率方程见题7.7,预热器总传质系数为17.5w/m 2K,反应气体热容按36.4J/molK 计算,试求:(1) (1) 绝热温升(可不考虑反应过程中反应气体总摩尔数的变化).(2) (2) 计算反应器出口可能达到的乙炔转化率(列出方程式,并用文字说明求解过程).解:(1)绝热温升.按题意,在计算绝热温升时可忽略反应过程总摩尔数的变化.50500.03, 1.7810/,36.4/()0.03 1.7810146.536.4=-=⨯=⋅-⨯⨯===A r p A r p y H J mol C J mol K y H KC λ∆∆(2)列方程求解转化率:(A)由绝热床热量衡算得:T f =T 0+146.5X Af (1) (B)由预热器热量衡算得: T 0-373= T f -T 2 (2) (C) (C) 预热器中,传热的对数平均温度差为:()()2020373373ln ---=--fm f T T T T T T T ∆传热速率方程:()253335232222/, 1.01310,273,1000/,8.31410/1.01310100044.63/ 1.2410/8.3141027317.5/17.5/17.5501.2--= ==⨯== =⨯⋅⋅⨯⨯===⨯⨯⨯=⋅=⋅⋅ A =50⨯-=而又t p f mt t mf F C T T UA T F PQ RT P Pa T K Q m h R Pa m kmol KF kmol h kmol s U w m K J s m K m T T T ∆∆()()2023203731.938 1.938(3)411036.410ln 373----== -⨯⨯⨯-f m f T T T T T T T ∆(D)绝热床反应体积:()00000011211230.50.0321=-++--==- = =+⎰Afx r A AAA A A A A A A A V F dx kC C x T y C y x T δδ式中C A0为床层进口处浓度,而C A0=P A0/RT 0=0.03×1.013×105/(8.314×103T 0) =0.36655/T 0 kmol/m 3()()030010.3655/10.0150.0344.67 1.34/-= -=⨯=A A A A x T C kmol m T x T F kmol h故有:()7001.341(4)(1)0.36557.0610exp 7413/10.015== -⨯--⎰Afx Ar A A dx V T x T x T T联立解方程(1)-(4)便可解出T 0,T f ,T 2,X Af7.9 某合氨厂采用二段间接换热式绝热反应器在常压下进行如下反应:222+→+CO H O CO H热效应△Hr=-41030J/mol,进入预热器的半水煤气与水蒸汽之摩尔比1:1.4,而半水煤气组成(干基)为:组成 CO H 2 CO 2 N 2 CH 4 其他 ∑ mol% 30.4 37.8 9.46 21.3 0.79 0.25 100图7b 为流程示意图,图上给定了部分操作条件,假定各股气体的热容均可按33.51J/molK 计算,试求Ⅱ段绝热床层的进出口温度和一氧化碳转化率,设系统对环境的热损失为零.解:(1)预热器热量衡算:0222300105250300445'+=+⨯''+=+ = p p p f p FC t FC t FC T FC t t C (2)第一段绝热床热量衡算:()()1110010110.304141030155.21 1.433.490.8155.20.8124.1'-==--⨯===+'-= -=⨯= A A r pt t x x x y H C x x t t C λλλ∆∆ (3)由Ⅰ,Ⅱ段绝热床的中间换热器热量衡算得:1121121122300300124.1,300124.1,:124.1300424.1'+=+'-=-'-= -==+= 上面已算出所以,故有p p p p FC FC t FC t FC t t t t t t C t t C(4)列第二段绝热床热量衡算:()()2221222122122,,:445424.1155.2(0.8):0.9347''=+- -=-'-=-=把的值代入上式解得t t x x t t x x t t x x x λλ7.10在氧化铝催化剂上进行乙腈的合成反应:2233292.2/+→+ =-r C H NH CH CN H H kJ mol ∆设原料气的摩尔比为C 2H 2:NH 3:H 2=1:2.2:1,采用三段绝热式反应器,段间间接冷却,使每段出口温度均为550℃,而每段入口温度亦相同,已知反应速率式可近似地表示为:()4221/ 3.0810exp(7960/)=- ⋅ =⨯-A A r k x kmolC H kg h k T式中A x 为乙炔的转化率,液体的平均热容为128/=⋅pC J mol K ,如要求乙炔转化率达到92%,并且日产乙腈20吨,问需催化剂量多少?解:以A 表示乙炔,3020********.09/240.9224410.92⨯⨯===⨯⨯⨯⨯乙腈A F kmol hM在热衡算中忽略反应过程总摩尔数的变化,并把各段的p C 视为相等,对每一段均有:()()()()0000044:92.2/9.2210/19.2210171.51 2.21128=----===-==⨯⨯==++则有t p r A A r A r r A A AAAt ppt pr A AF C T H F x H F H H y F T xxxF C C F C H kJ mol J molT x x ∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆依题意,各段进出口温度相等即各段△T 相等,所以各段转化率差△X A 亦相等,因此有:△X A =1/3×0.92=0.3067各段△T 为: △T=171.5△X A =171.5×0.3067=52.59K 因而各段进口温度=823-52.59=770.4KA()0.30670.306710001122.091==-⎰⎰A A Aw F dx dx r k x0.30670.2576(1)=-⎰AA dx k x因此,w 1=22.09×0.2576=5.690 Kg0.61340.306710.4212(1)=-⎰A A dx k x故有:w 2=22.09×0.4212=9.304 Kg0.920.613411.04(1)=-⎰A A dx k xw 3=22.09×1.04=22.96 Kg催化剂总重量=5.69+9.304+22.96=37.95 Kg7.11 例7.3所述的两段绝热式水煤气变换反应器,若第一段出口一氧化碳的转化率为84%,为使该段的催化剂用量最少,则第一段进口气体的温度应为多少?试利用题7.3所给的数据计算并与该题给定的第一段入口温度值相比较.解:用T 0表示第一段入口温度,第一段绝热操作线方程为: T=T 0+155.2X A (1) 例7.3中(G)式:()()()()2*20165421.674111⎡⎤⎛⎫∂⎢⎥ ⎪ ⎪--⎢⎥⎝⎭=⎢⎥∂--⎢⎥⎢⎥⎣⎦AA A A x R T k p x T ββ例7.3中(B)式:()*42.17210exp 6542//min -=⨯- ⋅⋅k T mol g Pa将(B)式代入(G)式得:()()()()()2420165421.6741(2)2.17210exp 6542/11-⎡⎤⎛⎫∂⎢⎥ ⎪ ⎪--⎢⎥⎝⎭= ⎢⎥∂⨯---⎢⎥⎢⎥⎣⎦AA A A x R T T P x T ββ将(1)式代入(2)式得:()()()()()()224000165421.6741(3)2.17210exp 6542/155.211155.2-⎡⎤⎛⎫∂⎢⎥⎪ ⎪-⎢⎥⎝⎭⎢⎥∂⎢⎥⎢⎥⎣⎦-=⎡⎤⨯-+--+⎣⎦A A x A A A A R T T x P x T x ββ而P A0=03.1267P t =0.1267×101325=1.284×104Pa 代入(3)式得:()()()()()()()()22440032200165421.674165422.17210 1.2841011155.2exp 155.21.67412.34610(4)654211155.2exp 155.2-⎡⎤⎛⎫∂⎢⎥⎪ ⎪-⎢⎥⎝⎭⎢⎥∂⎢⎥⎢⎥⎣⎦-=⎛⎫-⨯⨯⨯--+ ⎪+⎝⎭-=⨯ ⎛⎫---+ ⎪+⎝⎭A A x A A A A A A R T x T x T x x T x T x ββββ为使第一段催化剂用量最小,需符合(7.30)所表示的最佳化条件:()11,[]0;1,2,(7.30)+⎛⎫∂ ⎪ ⎪⎝⎭==⋅⋅⋅ ∂⎰A i AAx A A A x x R x T dx i N T(4)式代入(7.30)式得:()()()()30.840220065422.34610 1.6741exp 155.2011155.2⎛⎫-⨯- ⎪+⎝⎭=--+⎰A A A A T x dx x T x ββ()()()()()02065421.6741exp 155.2(5)11155.2⎛⎫-- ⎪+⎝⎭ = --+令A A A A T x f x x T x ββ上式变为:()()0.8430.8402.3461000(6)⨯= = ⎰⎰即A A A A f x dx f x dx符合(6)式的T 0即为所求的最佳第一段入口温度.上面有关式子中的β,可用例7.3中(C)式求得:()()()()34444443.99110 1.28310 1.59410 1.283101.283101 5.90910 1.283100.0165exp(4408/)7.3⨯+⨯⨯+⨯=⨯-⨯-⨯= 例中(A)式A AA A x x x x KpKp T β将(1)式代入例7.3(A)式得:Kp=0.0165exp[4408/(T 0+155.2X A )] (7) 将(7)式代入例7.3中(C)式得:()()()()()()()()34444443。
化学反应工程习题及答案二
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）5. 反应器的型式主要为（釜）式、（管）式、（塔）式、（固定）床和（流化）床。
6. 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。
化学反应工程二,三章答案
化学反应⼯程⼆,三章答案第⼆章习题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 kE 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 6109.0637.115.42315.423314.884000 exp 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 cAf 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。
(0751)《化学反应工程》网上作业题及答案
[0751]《化学反应工程》第一次作业[论述题]计算题反应A → B为n级不可逆反应。
已知在300K时要使A的转化率达到20% 需12.6分钟，而在340K时达到同样的转化率仅需3.20分钟，求该反应的活化能E。
参考答案：E=29.06kJ/mol，详细计算过程见附件1253762549155.doc[论述题]简述全混流模型的基本特征。
参考答案：全混流模型，亦称理想混合模型或连续搅拌糟式反应器模型，是一种返混程度为无穷大的理想化流动模型。
它假定反应物料以稳定流量流人反应器，在反应器中，刚进人反应器的新鲜物料与存留在反应器中的物料瞬间达到完全混合。
反应器中所有空间位置的物料参数都是均匀的，而且等于反应器出口处的物料性质，即反应器内物料浓度和温度均匀，与出口处物料浓度和温度相等。
物料质点在反应器中的停留时间参差不齐，有的很短，有的很长，形成一个停留时间分布。
搅拌十分强烈的连续搅拌槽式反应器中的流体流动可视为全混流。
[填空题]1. 化学反应工程中的"三传一反”中的三传是指。
2．气―固相催化反应的内扩散模数（Thiele模数）Φ=(V p/S p)(k v/D eff)1/2，它是表征内扩散影响的重要参数，数值平方的大小反映了与之比。
3.对于反应aA+bB-->pP+sS，则rP =__ ___(-rA)。
4. 平行反应A-->P（主），A-->S（副）均为一级不可逆反应，若E主>E副，选择性Sp与_______无关，仅是_______的函数。
5. 平推流反应器内返混为_______。
6. 全混流反应器t=0时,E（t）=_______。
7. 阶跃示踪法测定停留时间分布对应曲线为_______。
参考答案：1.传质、传热、动量传递2．表面反应速率、内扩散速率3．p/a4．浓度温度5．零6．1/t m7． F(t)曲线第二次作业[论述题]计算题乙烯直接水合制乙醇可视为对乙烯的一级不可逆反应，在300℃，7.09Mpa下，k=0.09s-1，D eff=7.04�10-4cm2/s,采用直径与高均为5mm的圆柱形催化剂，求内扩散有效因子。
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》(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
李绍芬版反应工程(第二版)完整答案
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 mol n 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。
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第1题
下列参数中，_______能够判断出转化率的大小。
您的答案：A
题目分数：0.5
此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》P44
第2题
对于在多个CSTR进行的一级反应，Damk？hler准数为_______，则串联所需的反应器个数越多。
您的答案：A
题目分数：0.5
此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》P46
第3题
下列属于均相反应的是_______。
您的答案：B
题目分数：0.5
此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》P3
第4题
下列属于非均相反应的是_______。
您的答案：D
题目分数：0.5
此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》P3
第5题
对于间歇反应器中进行的液相等温反应，初始反应物浓度分别为0.1 mol/L和0.5 mol/L时，反应1小时以后转化率均达到50%，则该反应的级数为___ __。
您的答案：B
题目分数：0.5
此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》P24
第6题
您的答案：C
题目分数：0.5
此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》P55
第7题
您的答案：D
题目分数：0.5
此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》P55
第8题
您的答案：A
题目分数：0.5
此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》P49
第9题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。
您的答案：错误
题目分数：0.5
此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》P25
第10题理想连续流动模型是指平推流模型和全混流模型。
您的答案：正确
题目分数：0.5
此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》P24
第11题均相反应器的型式主要为釜式、管式、塔式、固定床和流化床。
您的答案：错误
题目分数：0.5
此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》P4
第12题膨胀率为每转化1 mol A造成反应体系内物料的改变量。
您的答案：错误
题目分数：0.5
此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》P12
第13题基元反应的分子数只能是整数，不可能是小数。
您的答案：正确
题目分数：0.5
此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》P15
第14题根据阿伦尼乌斯定律，活化能越大，反应对温度越不敏感。
您的答案：错误
题目分数：0.5
此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》P14
第15题反应级数仅仅是一个经验值，可以取任何数值。
您的答案：错误
题目分数：0.5
此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》P14
第16题指前因子理论上与温度有关，但与指数项相比其随温度的变化可以忽略，活化能的取值永远都是正的。
您的答案：正确
题目分数：0.5
此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》P14
第17题某反应速率常数的单位为mol /( m3.hr)，该反应为二级级反应。
您的答案：错误
题目分数：0.5
此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》P14
第18题平推流反应器串联，串联的级数越多，越接近与全混流。
您的答案：错误
题目分数：0.5
此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》P31
第19题全混流反应器并联，串联的级数越多，越接近于平推流。
您的答案：正确
题目分数：0.5
此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》P31
第20题对于一级不可逆反应，在给定的处理量，在某平推流反应器和全混流反应器组成的串联式反应器中进行反应，其反应转化率会受到两个反应器排列顺序的影响。
您的答案：正确
题目分数：0.5
此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》P31
第21题相同条件下，平推流反应器中反应物浓度CA低于全混流反应器浓度
您的答案：错误
题目分数：0.5
此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》第四章
第22题相同条件下，全混釜反应器串联操作反应速度加快，可以提高原料处理量。
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题目分数：0.5
此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》第四章
第23题对于零级反应，使用相同体积的CSTR和PFR得到的最终转化率均相同。
您的答案：正确
题目分数：0.5
此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》第四章
第24题对于一个串联反应，目的产物是中间产物，适宜的反应器是全混流反应器。
您的答案：错误
题目分数：0.5
此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》第四章
第25题对于吸热反应体系，不论如何改变实验操作条件（如进料温度或进料摩尔流率等），都不可能观察到多态现象。
您的答案：正确
题目分数：0.5
此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》第八章
第26题复合反应中，反应物的转化率愈高，目的产物获得愈多。
您的答案：错误
题目分数：0.5
此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》第七章
第27题对于目的产物瞬时收率随着反应物浓度增大单调上升的平行反应，全混流反应器更利于目的产物的生成。
您的答案：错误
题目分数：0.5
此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》P83
第28题对于目的产物瞬时收率随着反应物浓度增大单调下降的平行反应全混流反应器更利于目的产物的生成。
您的答案：正确
题目分数：0.5
此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》P83
第29题对于平行反应，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。
您的答案：正确
题目分数：0.5
此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》P84
第30题一个PFR反应器等同于∞个小的CSTR反应器串联。
您的答案：正确
题目分数：0.5
此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》P26
第31题PFR反应器的特点是有返混。
您的答案：错误
题目分数：0.5
此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》P26
第32题在生产颗粒半径为R的球形催化剂时，如果Thiele模数比较大，可仅将活性组分负载于颗粒内部靠近中心处（类似鸡蛋的蛋黄部分），以减少生产成本，而对催化剂的性能影响不大。
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题目分数：0.5
此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》P148
第33题改善孔结构可以径降低非均相催化反应中内扩散的影响。
您的答案：正确
题目分数：0.5
此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》第十章
第34题在消除催化剂外扩散影响的实验中，在500℃时已经消除了外扩散影响，如果反应改在400℃下进行，且其它条件不变，则400℃时外扩散影响也不存在。
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题目分数：0.5
此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》P140
第35题气固非均相催化反应过程可分解为七个步骤，速率控制步骤是指速率最快的一步。
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题目分数：0.5
此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》P140
第36题减小催化剂粒径可以降低非均相催化反应中内扩散的影响。
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题目分数：0.5
此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》第十章
第37题提高反应温度可以降低非均相催化反应中内扩散的影响。
您的答案：错误
题目分数：0.5
此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》第十章
第38题增大催化剂孔可以径降低非均相催化反应中内扩散的影响。
您的答案：正确
题目分数：0.5
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此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》第十章
第39题
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题目分数：0.5
此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》第三章
第40题
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题目分数：0.5
此题得分：0.5
批注：《化学反应工程简明教程》P12
作业总得分：20.0
作业总批注：。