化学反应工程课后习题
化学反应工程许志美课后习
2ln 1 2 / 2 1 0.0184 /
2
cP
/
2
0.684
3-26* 有一平行反应——串联液相反应：
A B 1 P r1 k1cAcB
B P 2 R r2 k2cBcp
在间歇反应器中，开始时溶液中含有A的浓度cA0 0.1kmol / m3
及过量的B，得到如下数据：
时间T
cA
cP
t1
1 kt ln
1 x A
E
k k exp( a )
0
RT
等温时，k 一定
t 2
ln 1
1 x A2
ln
1
1 99.9%
10
t 1
ln 1
ln 1
1 x
1 50%
A1
3-3 n=1/2，10 min后xA=0.75, 30 min后转化率xA=?
CAn01kt
1 n 1
(1
x )n1 A
(nA0 nA) / a (10% 1.6) / (2* M HCHO )
xA 0.534 循环操作 0.635
n m w* mtotal MM
第2章 化学反应动力学
2-4 间歇反应器：CA0和xA相同（T1=20℃时，反应时间t1=8d；
T2=120 ℃时，反应时间t2=10min），试估算 Ea
A0
1 x
k 0.5 L / (mol min)
A
3-8 在间歇反应器中进行二级反应 A P ，反应速率为 (-rA )=0.01c2Amol / s
当 c A0 分别为1，5，10 mol/L时，求反应到 cA=0.01 mol/L时，
所需反应时间。并对计算结果进行讨论。
(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 吴元欣
0 A
H A p*A
K
c
H
A
p
* A
该式表示A组分的溶解度为物理溶解量与离解
量之和。
如水吸收二氧化硫即属此类型。
第一节 气-液反应平衡
3.被吸收组分与溶剂中活性组分作用
设溶剂中活性组分起始浓度为，若组分B的转
化率为，此时
cB
c
0 B
1
xB
，cM
c
0 B
xB
平衡关系Kc cM /(cAcB ) xB / c*A 1 xB
第一节 气-液反应平衡
一、气-液相平衡
气-液相达平衡时，i组分在气相与液相中的逸度相等
，即 fig f iL
气相中i组分的逸度
fig 是分压
p
（或
）Py
与逸度因子
i
i
的乘积，即 fig Pyii
液相中i组分为被溶解的气体，xi是i组分在液相中摩
尔分数，如果是符合亨利定律的稀溶液，即 f i (L) Ei xi
体流动状态为层流，溶质A以分子扩散方式通过气膜和液膜
，由气相主体传递到液相主体。 （2）相界面处，气液两相达到相平衡，界面处无扩散阻力。
即：
pAi
cAi H
（3）在气膜和液膜以外的气、液相主体中，由于流体的充分 湍动，溶质A的浓度均匀，即认为主体中没有浓度梯度存在， 不存在传质过程。换句话说，传质仅仅发生在双膜内。
DD的斜率大于 DE 的斜率(以绝对值而言)，这表明液膜 中进行的化学反应将使吸收速率较纯物理吸收大为 增加，若以 表 示吸收速率增强因子，则
DD的斜率 DE的斜率
1
第二节 气-液反应历程
如果化学反应进行得很快，则被吸收组分浓度 在液膜中的变化曲线将变得更向下弯曲一些，此时 增强因子将会提高；反之，化学反应进行得慢，浓 度曲线将更直一些，增强因子将会降低。
化学反应工程课后习题答案
1 绪论1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应：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），当进入反应器的总原料量为100mol设甲醇的转化率为X A，甲醛的收率为Y P，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所以，反应器出口气体组成为：1. 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：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，大部分经循环压缩机后与原料气混合返回合成塔中。
下图是生产流程示意图原料气Bkg/h 粗甲醇Akmol/h100kmol 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 22.9210.29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。
化学反应工程第二版课后习题
《化学反应工程》第二版习题0 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tcrddAA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。
1A2B??C AC?? D2A2B??C BC??D CD→E 32A2B??C AC??D 6 气相基元反应A2B→2P在30℃和常压下的反应速率常数kc2.65×104m6kmol-2s-1。
现以气相分压来表示速率方程即??rAkPpApB2求kP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Ag Bl→Cl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??rAkcAcB。
由于反应物B在水中的浓度远大《化学反应工程》第二版习题1 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5m3时C的生成量。
已知k1m3kmol-1hr-1cB03kmol·m-3cA饱和0.02 kmol·m-3水溶液流量为10m3hr-1。
9 反应O2HN2NO2H222在恒容下用等摩尔H2NO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/s 265 186 135 104 67 求此反应的级数。
10 考虑反应3PA其动力学方程为VnktnVrAAAdd1试推导在恒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。
化学反应工程_习题集(含答案)
《化学反应工程》课程习题集一、单选题1.某反应的速率常数k=0.0462－1，又知初始浓度为0.1mol.dm－3，则该反应的半衰期为:(A) 1/(6.93×10-2×0.12) (B) 15分(C) 30分 (D) 1/(4.62×102×0.1)分2.某一级反应, 当反应物的浓度降为起始浓度的1％时,需要t1秒, 若将反应物的浓度提高一倍, 加快反应速率, 当反应物浓度降低为起始浓度的1％时, 需时为t2, 则:(A ) t1﹥t2 (B) t1=t2(C) t1﹤t2 (D) 不能确定二者关系3.某反应物反应掉7/8所需的时间恰好是它反应掉1/2所需时间的3倍, 则该反应的级数是:(A) 零级 (B) 一级反应 (C) 三级反应 (D) 二级反应4.若两个相同类型的气相双分子反应的△H⊙值相等, 又在400k时,它们的活化熵之差△S1⊙-△S2⊙=10 J.mol-1,则两反应的速率常数之比为:(A) K1/K2=0.300 (B) K1/K2=0.997(C) K1/K2=1.00 (D) K1/K2=3.335.对反应A+B→C, 由下列数据C A0/mol.dm-3 C B0/mol.dm-3 r0/ mol.dm-31.0 1.0 0.152.0 1.0 0.301.02.0 0.15则该反应的速率方程为:(A) r=K C B (B) r=K C A C B(C) r=K C A (D) r=K C A C B26.一个反应的活化能是33kJ·mol-1, 当 T = 300K 时，温度每增加1K，反应速率常数增加的百分数约是___。
A. 4.5%B. 90%C. 11%D. 50%7.下列叙述正确的是_ 。
A. 吸热反应的活化能比放热反应的活化能高B. 一个反应的反应速率与化学方程式中出现的所有作用物浓度都有关C. 催化反应的速率与催化剂的浓度无关D. 反应速率常数与作用物浓度无关8.关于催化剂的使用，下列叙述中不正确的是_ 。
化学反应工程第二版课后答案
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?答：化学反应式中计量系数恒为正值，化学计量方程中反应物的计量系数与化学反应式中数值相同，符号相反，对于产物二者相同。
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?答：如果反应物严格按照化学反应式一步直接转化生成产物，该反应是基元反应。
基元反应符合质量作用定律。
基元反应的活化能指1摩尔活化分子的平均能量比普通分子的平均能量的高出值。
基元反应的反应级数是该反应的反应分子数。
一切不符合质量作用定律的反应都是非基元反应。
非基元反应的活化能没有明确的物理意义，仅决定了反应速率对温度的敏感程度。
非基元反应的反应级数是经验数值，决定了反应速率对反应物浓度的敏感程度。
3若将反应速率写成tc rd d AA -=-，有什么条件? 答：化学反应的进行不引起物系体积的变化，即恒容。
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?答：在间歇反应器中可以直接得到反应时间和反应程度的关系，而这种关系仅是动力学方程的直接积分，与反应器大小和投料量无关。
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 ↔CA+C ↔D 解(1)D4C A 3D D 4C A 3C 22BA 1C C22B A 1B D 4C A 3C 22B A 1A 22c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-=(2)E6D C 5D 4C B 3D E 6D C 5D 4C B 3C 22BA 1C D4C B 3C 22B A 1B C22B A 1A 22c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r +--=+-+--=+-+-=+-=(3)D4C A 3D D 4C A 3C 22B2A 1C C22B 2A 1B D 4C A 3C 22B 2A 1A 2222c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-=6 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。
反应工程课后习题
第二章1．在一管式反应器中等温下进行甲烷化反应：催化剂体积为10ml,原料气中CO含量为3％，其余为N2、H2,气体，改变进口原料气流量Q0 进行实验，测得出口CO 的转化率为：83.367.650.038.529.422.2X/%203040506070试求当进口原料气体流量为50ml/min 时的转化速率。
解：是一个流动反应器，由（2.7）式可知其反应速率为rA=－dFA/dVrFA= FA,0(1－XA)=Q0CA0(1－XA)dFA=－Q0CA0dXA故反应速率可表示为：rA= Q0CA0dXA/dVr=CA0dXA/d（Vr/ Q0）用XA－Vr/ Q0作图，过Vr/ Q0=0.20min的点作切线，即得该条件下的dXA/d（Vr/ Q0）值aVr/ Q0 min 0.12 0.148 0.2 0.26 0.34 0.45XA % 20 30 40 50 60 70由（2.6）式可知rA=－dCA/dt=－d{CA0（1－xa）/ dt= CA0 dXA/ dt代入速率方程式CA0 dXA/ dt=0.8 C2A0(1－XA)2化简整理得dXA/(1－XA)2=0.8CA0dt积分得0.8 CA0t= XA/(1－XA)=9.6解得XA=90.59%2．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9.629×104J/mol，如果不考虑逆反应，在反应物料组成相同的情况下，试问反应温度为550℃时的速率比反应温度为400℃时的反应速率大多少倍？解：从题中可知，反应条件除了温度不同外，其他条件都相同，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。
r550/r400=k550/k400=Aexp(－E/RT550)/ Aexp(－E/RT400)=eE/R(1/T400－1/T550)=23(倍)3．在一恒容反应器中进行下列液相反应式中分别表示产物R及D的生成速率。
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t xA 0.5 5.31h, t xA 0.9 47.7h，t xA 0.99 524.4h 当 1时t cA0
xA 0
当 5时t xA 0.5 0.78h, t xA 0.9 2.78h , t xA 0.99 5.81h
xA 0.534
循环操作 0.635
m w * mtotal n M M
第2章 化学反应动力学
2-4 间歇反应器：CA0和xA相同（T1=20℃时，反应时间t1=8d；
T2=120 ℃时，反应时间t2=10min），试估算 Ea
反应转化量 rA =kCAn 反应时间 反应区
k1 =6.37 104 s 1 k2 =1.25 104 s 1
3-23* 在等温间歇釜式反应器中进行下列液相反应：
A B P 2 A R rp 2c A kmol / (m3 h) rR 0.5c 2 A kmol / (m3 h)
A和B的初浓度均为2kmol/m^3,P为目的产物，试计算反应 为2h的A的转化率和产物P的收率。
1 2 C kt 2 1 (1 xA ) 1 2 A0
t2 30 1 (1 xA 2 ) 1 t1 10 1 (1 0.75) 2
假设xA=1时，时间为t3
1 2 1 2
1 2
xA2无解
t3 1 (1 xA3 ) 1 (1 1) 1 1 t1 1 (1 xA1 ) 2 1 (1 0.75) 2
cA0 在间歇反应器中，开始时溶液中含有A的浓度 及过量的B，得到如下数据：
时间T t1 cA 0.055 cP
0.1kmol / m3
0.038
t2
0.01
0.042
试问:k2 / k1
的比值为多少？间歇反应器中P的最大浓度为多少？并求此时A
的转化率
r1 k1c A
c p ; (其中k1 k1cB );同理r2 k2
1
c p MAX c A0MAX 0.0492kmol / m3 ;
1 k1 k2 x A 1 ( ) k1 0.744 k2
k
第4章 理想管式反应器
C2 H4 CH4 ，反应在 4-4 丙烷热裂化为乙烯的反应 C3 H8 772oC等温条件下进行，其反应动力学方程式为 (rA ) kcA
C2H6二聚反应：(2) T=200℃，Ea=104.6 kJ/mol。为使反应 速率加倍，要提高多少温度？
k 2 Ea 1 1 ln ( ) k1 R T 1 T 2
（1）T T 2 T 1 8.4o C （2）T T 2 T 1 12.7o C
1 T2 1 R k2 ln T 1 Ea k 1
Ea 0.5763T (T 10)
T（K）
Ea（kJ/mol）
300
53.59
400
94.51
600
210.92
800
373.43
1000
582.05
第3章 理想间歇反应器
3-1 间歇反应器，n=2，t1=5min时，转化率xA=50%;
若要xA=75%，需增加多长时间？
xA cA 0 kt 1 xA
( rA )1 rp 2c A ( rA ) 2 2rR c 2 A
xA
dc A dt
2c A c 2 A
t 0.5ln
cA0 (2+cA ) cA (2+cA0 )
2 0.0184 0.9908 2 cP cA dcP dcA dcA 又 2cA ， 1 0.5cA dcP 0 c A 0 1 0.5c dt dcP A cP 2 In
33%，而此时平衡转化率为66.7 %。此反应的动力学方程 。
C A0 C Ae x Ae (k1 k2 )t ln ln C A C Ae x Ae x A
K x k1 0.667 Ae 2.003 k2 1 xAe 1 0.667
(rA ) 0.0577cA 0.0288(cA0 cA )
若使反应速率提高一倍，活化能愈大，所需提高的温度愈小
2-6 反应温度上升10℃，反应速率加倍，Ea与T之间的关系？ 当T1(K)=300、400、600、800和1000K时，求Ea
k2 E 1 1 ln ( ) k1 R T 1 T 2
ln 2
Ea 1 1 ( ) R T T 10
第1章 绪论
1-5 2HCHO C2 H 2 C4 H6O2 ，原料分离回收循环操作，
甲醛初始浓度10%（质量比），出反应器1.6%，丁炔二醇 初浓度0，出口浓度7.65%，求
xA , ,,
nA0 nA 10% 1.6% xA 0.84 nA 0 10%
(nP nP 0 ) / p (7.65% 0) / (1* M C4 H6O2 ) 0.635 (nA0 nA ) / a (10% 1.6) / (2* M HCHO )
当C B0 /C A0 =β 越大，达到相同转化率所需的时间越短； 当C B0 /C A0 不变时，随x A 的增大，所需t 增大，且 x A 越高，t 增加越快
3-13 在3-12题中，若 cB 0 / c A0 5 时，用拟一级反应方程式处理，
其计算结果与按二级反应处理相比较。
k kcB 1 k t ln 1 xA
cB0 / cA0 1和5时，转化率分别为0.5，0.9，0.99时所需的反
应时间，并对计算结果进行讨论。
2 rA kcAcB kcA0 (1 xA )(cB 0 cA0 xA ) kcA 0 (1 x A )(
cB 0 cB 0 2 xA ) kcA (1 x )( x ) ( 令 ) 0 A A c A0 c A0
ktc
n 1 A0
1 1 n (1 x A) 1 n 1
k 2 t1 k1 t 2
k 2 Ea 1 1 ln ( ) k1 R T 1 T 2
Ea C2H4二聚反应：(1) T=200℃，Ea=156.9 kJ/mol；
*例3-8（p27）《化学反应工程原理——例题与习题》
P ，已知 (H ) 130959 J / mol 。已知210oC 3-21 可逆反应 A
时， k1 0.2 , k2 0.5 。求在该温度下所能达到的最大转化率为多
少？若要使 xA 0.9，则需采取何种措施？
时间
A转化量
0
0
180
0.20
300
0.33
420
0.43
1440
1.05
1.58
试求平衡转化率和反应速率常数
cA0 cAe 1.58 xAe 0.836 cA0 1.89 xAe k1 K k2 1 xAe x Ae (k1 k2 )t ln xAe xA
代入数据，求平均值
达到最大值
CA0 (CT 0 CA ) CT 0 kt (CA0 CP 0 )kt In CA (CT 0 CA0 )
(C A )opt CT 0 C A0 CP 0 0.65+0.05 = = 0.35kmol/m3 2 2 2 0.65(0.7 0.35) k1 ,同理 K 求k2 0.35(0.7 0.65)
k2 0.52 k1
t t1时，c A c A0e k1t k1 cp c A0 (e k1t e k2 t ) k1 k2
MAX
k1 ( ) k2
k2 k1 k2
1 11/0.52 ( ) 0.492 0.52
cA 0 kt1 xA1 cA 0 kt2 1 xA1
t1 1 t2 3
xA 2 1 xA 2
t 2 15 min
t t 2 t 1 10 min
3-2 n=1，等温，证明xA=99.9%时所需反应时间是xA=50%
时所需反应时间的10倍
1 kt ln 1 xA
Ea k k0 exp( ) RT
等温时，k 一定
1 1 ln ln t2 1 xA 2 1 99.9% 10 1 1 t1 ln ln 1 x A1 1 50%
3-3 n=1/2，10 min后xA=0.75, 30 min后转化率xA=?
1 n 1 n 1 CA kt (1 x ) 1 A 0 n 1
xAe k1 0.2 K xAe 0.286 k2 1 xAe 0.5
若要使xA=0.9，可以降温或者移除产物。
K1 H 1 1 ln ( ) K2 R T1 T2
T2 441K
3-22 有一简单反应，原料A，产物P，实验测得下列数据，已知 cA0 1.89mol / L , cP0 0 。
t3 20 min
30 min后反应物A完全转化，xA=100%
3-4 间歇反应器，cA0=1mol/L，t=8min后，xA=0.8；
t=18min后，xA=0.9，求该反应的动力学关系？
1 1 n c kt (1 x ) 1 A n 1
n 1 A0
t2 (1 xA 2 )1n 1 t1 (1 xA1 )1n 1
293K :0.7k1 2.4=In
k2 E 1 1 In ( ) E 65.94kJ / mol k1 R T1 T2
3-12 在间歇釜式反应器中进行液相反应 A B P ，测得二级