化学反应工程纸质作业
化学反应工程作业习题八
2013-7-1
2
• （4）计算在一个体积为500L的CSTR反应器中和 在两个串联的250L的CSTR反应器中可达到的转 化率。 • （5）在1000<E<3000(cal/mol)之间改变活化能， 在2000<|ΔHRX|<25000(cal/mol)之间改变反应热， 研究对PFR反应器转化率分布的影响。 • （6）讨论失控反应判据的应用。如果在Ta=300K 时κ=3，你将用什么样的Tc值以防止失控？
T 200 X 300
k (T ) k ( 300 K ) e V 500 L
E 1 1 ( ) R T 300
0.01 e
E 1 1 ( ) R T 300
X 0.92, T 484 K
2013-7-1
9
两个CSTR串联 : 第一釜： CSTR 1 V FA 0 X 1 , rA1
yB0 A 1, B 1, Ti 0 300K y A0 X EB 30 (T 300) ( 6000) T 200X 300
X 0.85, T 470K
2013-7-1 5
CSTR摩尔衡算方程:ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱVCSTR
2 rA kC AC B kC A0 (1 X ) 2
《化学反应工程》2020年春季学期在线作业(三)答卷
4.关于非理想流动与停留时间分布，论述正确的是（）。
A.一种流动必然对应着一种停留时间分布
B.一种停留时间分布必然对应着一种流动
C.流动与停留时间分布存在一一对应关系
答案:A
5.高径比不大的气液连续鼓泡搅拌釜，对于其中的气相和液相的流动常可近似看成（）。
A.气、液均为平推流
B.气、液均为全混流
3.关于催化剂，下面错误的认识是（）。
A.催化剂在反应过程中本身不发生改变
B.催化剂有寿命本身就意味着催化剂在参与化学反应过程中本身发生了变化
C.催化剂之所以能够加快化学反应的速率，原因在于降低了化学反应的活化能
D.活性、选择性和寿命是催化剂最重要的三方面性质，其中选择性有时尤为重要
答案:A
C.气相平推流、液相全混流
D.气相全混流、液相平推流
答案:B
6.判断：返混跟我们通常所说的混合是一个概念。
A.正确
B.错误
答案:B
7.判断：由于间歇式反应器中存在着强烈的搅拌，所以物料粒子在这类反应器中的返混程度很大。
A.正确
B.错误
答案:B
8.判断：反应动力学方程式都是通过理论假设推导出来的。
B.在返混程度较小时，多级混合流模型的模拟结果更接近实际
C.两者不能共用同一套示踪实验数据
D.两种模型可用同一套示踪实验数据
答案:D
二、判断题 (共 10 道试题,共 50 分)
11.题目如下：
{图}
答案:错误
12.题目如下：
{图}
答案:错误
13.题目如下：
{图}
A.正确
B.错误
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__第四版__第一章作业
N T0
NT0
y0 H2O
NT0
y0 CO2
NT
yCO2
NT0
y0 N2
N y0 0 T CH4
NT
NT0
2NT0
y0 CH 3OH
2NT yCH3OH
yH2O yN2
yCH4
1
NT
NT0
2NT0
y0 CH 3OH
2NT yCH3OH
得
N
0 T
NT
1 1
2 yCH 3OH 2 yC0H 3OH
y CH3OH
N y 0
CH 3OH
00 T CH 3OH
H2O N2 CH4 小计
y0 H2O
y0 N2
y0 CH 4
1
N y0 0 T H2O
NT0
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱy0 N2
N y0 0 T CH4
N
0 T
摩尔流量
N T yCO
NT yCO2
N
0 T
y0 H2
2(
N
0 T
yC0O
NT
yCO )
3(
N
0 T
C4H9OH、N2][H、C、O、N] (2) [CO2、MgO、CaO、MgCO3、CaCO3] [Ca、Mg、C、O]
解(1)：写出原子矩阵
CO CO2 H2 CH3OH H2O CH4 CH3OCH3 C4H9OH N 2
00 2 4 2 4
6 10 0 H
[ ji]
11 1 2
由NT NT0 2NT yCH3OH 2NT yCO2
反应工程作业
1.在铂催化剂上，乙烯深度氧化的动力学方程可表示为：2(1)=+A BB B kp p r K p式中p AB 解：首先将题目所给的动力学方程线性化，即B B P +=设P B 为X Y ，那么线性方程aX+b=Y 的斜率a =B bB该直线的斜率为0.1717，截距等于0.102，即a=B=0.1717 解得 k=96.12b==0.102 K B =1.683×103为了进行比较，下面用线性最小二乘法估计a 与b 的值，根据残差平方和最小可导出二元回归系数的计算公式为：^2^2BBB B M M MM Mp y M p ya p M p -=⎛⎫- ⎪⎝⎭∑∑∑∑∑1B M Mb y a p M ⎡⎤=-⎢⎥⎣⎦∑∑ 式中M 为实验点数，M=11，将实验数据带入上述方程，求得[]22.87 5.055-1112.090.19622.87^21156.87515.050.19622.870.05211a b ⨯⨯==-⨯=-⨯=1. 乙烯的深度氧化动力学方程由Langmuir-Hinshelwood 型动力学方程得到，张淑华等人用平衡参数法研究了类似方程的参数回归，由于用经验公式计算各族分的逸度和平衡常数，结果收到影响。
张建红等人研究了类似方程的一元线性回归问题，本题由于该方程的多元性特征，用最小二乘法回归方程中的参数。
2. 乙烯的深度氧化在铂催化剂上进行，考虑到反应面积和反应结束后气体的流通，采用管式反应器。
由于乙烯的价格较贵，应考虑让乙烯尽量全部反应，所以采用间歇反应。
为使反应保证持续进行，故采用恒温条件。
综上，本题反应可采用恒温间歇管式反应器。
2.在甲醇的合成反应中，来自煤炭气化工段的合成气与固体原料在合成塔中合成甲醇的反应方程式为：2222222423223222223C O CO C H O CO H CO H O CO H C H CH CO H CH OHCO H CH OH H O+→+→++→++→+→+→+请采用化学计量系数矩阵法和原子矩阵法，计算独立反应数，并写出一组独立反应。
反应工程作业题答案
1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应：3222C H O H O 2H C H O 2H O +→+32222C H O H 3O 2C O 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） 反应的选择性；（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），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+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 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 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 7.672 6.983 HCHO 18.96 17.26 H 2O 38.3 34.87 CO 2 0.7672 0.6983 O 2 0.8788 0.7999 N 2 43.28 39.392.3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 C OC O r k y y k m o lk g 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 。
化学反应工程第一阶段作业答案作
作业第1题对于反应级数n＞0的不可逆气相等温反应，为降低反应器体积，应选用_______。
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》P24第2题分批式操作的完全混合反应器非生产性时间不包括下列哪一项_______。
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3题下列单位不属于反应速率的是_______。
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》P12第4题下面反应器中不属于理想反应器的是_______。
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》P12第5题下面哪种反应器组合形式可以最大程度降低反应器体积_______。
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》P31第6题“三传一反”是化学反应工程的基础，其中所谓一反是指_______。
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》P12第7题“三传一反”是化学反应工程的基础，不属于三传的是_______。
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》P2第8题比较下面四个活化能，当反应活化能为_______，反应温度降低10℃时，其速率常数变化最大？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》P14第9题下列不属于间歇反应器特点的是_______。
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》P23第10题下列不属于全混流反应器特点的是_______。
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》P25第11题下列反应其中，_______的返混程度最大。
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》P25第12题下列反应其中，_______的返混程度最小。
化学反应工程习题
谢谢大家！
化学反应工程第一章习题
化工zy1201第二组成员:
林洋、曹景顺、朱颜柳、李诗娇
1.乙烯氧化生成环氧乙烷，进料：乙烯15mol，氧气7mol,出料中乙烯为 13 mol,氧气为4.76mol,试计算乙烯的转化率，环氧乙烷的收率及选择率。
解：
C2H4＋0.5O2→C2H4O C2H4＋3O2→2CO2＋2H2O xA=(15mol－13mol)/15mol=0.133 第一个反应所消耗的乙烯＝转化的乙烯×S＝ 2mol ×S 第二个反应所消耗的乙烯＝转化的乙烯×（1－S）＝ 2mol ×(1 －S) 故有：2mol ×S ×0.5+2mol ×(1－S) ×3=7mol－4.76mol （以氧气为物料衡算的基准） S=0.752 Y=第一个反应所消耗的乙烯÷加入的乙烯总量 （15mol） 故Y＝2 × 0.752÷15=0.100 或Y＝ xA S=0.100
2.在间歇反应器中进行下列液相反应 A+B=R A+R=S 原料混合液浓度为 cA0=2mol/L cB0=4mol/L cR0=cS0=0 在反应时间为t，得到cR=0.3mol/L,求此组分B和S的浓度为多少？ 解： 设t时B和S的浓度分别为cB和cS 列出物料衡算表如下： 组分 t=0 t=t A 2.0 2-(4-cB)-cS=0.3 B 4.0 cB R 0 (4- cB )- cS=1.5 S 0 cS
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化学反应工程纸质作业
第一章（摩尔衡算）作业：
P1-11A 在一个连续流动的反应器中反应：
A
B
等温进行，计算当进料的摩尔流率为5mol/h, 假设反应速率-r A 为： （a ） -r A =k ， k=0.05mol/h.L 时 （b ） -r A =kC A ， k=0.0001s -1 时 （c ） -r A =kC A 2， k=3 L/mol.h 时
消耗99%的组分A （即C A =0.01C A0）时，对CSTR 和PFR 反应器需要的反应器体积。
进料的体积流量为10L/h 。
[注意：F A =C A v 。
当体积流量恒定时，v=v 0, 因此，F A =C A v 0。
故C A0=F A0/v 0=（5 mol/h ）/(10L/h)=0.5mol/L 。
]
第二章（转化率和反应器尺寸）作业：
在体积为2.5 m 3的理想BR 中进行液相反应：A B P +→，反应温度维持在75℃，实验测定反应速率方程为：A A B r k C C -=，32.7810/.-=⨯k l mol s ，004/==A B C C mol l ，
0684/min =A F mol
求：（1）反应器中A 的转化率达80%时所需的时间。
（2）上述反应在PFR 中进行，A 的转化率达80%时所需反应器体积。
（3）上述反应在CSTR 中进行，A 的转化率达80%时所需反应器体积。
（4）上述反应在两个串联的PFR 中进行，A 的转化率分别为50％和80%时所需反应器体积。
（5）上述反应在两个串联的CSTR 中进行，A 的转化率分别为50％和80%时所需反应器体积。
第三章（速度定律和化学计量方程）作业：
P3-12A （1）将2H 作为计算的基准，建立等压等温流动系统中等摩尔2N 和2H 进料时下
列反应的完整的化学计量表。
22313
22
+→N H NH （2）如果入口总压为16.4atm ，入口温度为1727℃，计算2H 的转化率为60%时氨和氢气的浓度。
（3）如果将2N 作为计算的基准，2N 的转化率能达到60%吗？
第四章（等温反应器设计计算）作业：
P4-12B 在一个等温管式（活塞流）反应器中，发生不可逆气相基元反应B A →2。
反应
物A 和稀释剂C 以等摩尔比加入，并且A 的转化率为80 %。
如果A 的摩尔进料流率减少一半，假设C 的进料流率保持不变，那么A 的转化率为多少？假设气体的理想性和反应器的温度保持不变。
第五章（化学反应速率的数据收集与分析）作业：
P5-3A 发生在间歇反应器中的不可逆异构化反应：B A →，下表是浓度-时间数据，请确定反应级数和反应速率常数。
t （min ） 0 3 5 8 10 12 15 17.5 浓度C A （mol/L ）
4.0
2.89
2.25
1.45
1.0
0.65
0.25
0.07
第六章（复合反应）作业：
1. 在一定的反应温度下A 发生下述平行反应：
R A K −→−1 3
1 2.0(/.)A r C k m o l m h = S A K −→−2
2 2320.2(/.)A
r C kmol m h =
其中R 是主产物，S 是副产物。
反应原料为纯的反应物A ，其初始浓度为10 kmol/m 3。
（1）计算A 的转化率为80%时的瞬时选择性。
（2）对该平行反应，采用怎样的操作方式可以提高反应过程的选择性？
2. 在一个间歇反应器中进行连串一级不可逆等温反应：
66H C −→−k 1Cl H C 56−
→−k 3246Cl H C 反应过程体积不变化，Cl H C 56为主产物，246Cl H C 为副产物。
已知k 1＝1.0 h -1，k 2＝0.5 h -1，入口为纯66H C 进料，计算该连串反应所能达到的最优转化率和最优转化时间。
第七章（稳态非等温反应器计算）作业：
P8-5A 不可逆有机液相基元反应：C B A −→−
+，在一个流动反应器中绝热进行。
A 和B 在27℃时等摩尔进料，且体积流率为2 L/s 。
（1）计算达到85%转化率时必需的PFR 和CSTR 反应器体积。
（2）完全转化时最高的入口温度为是多少时才不致于超过液体的沸点(550K)？
附加信息：
mol kcal H A /20)273(-= m o l
k c a l H B /15)273(-=
mol kcal H C /41)273(-= 30/1.0m k m o l C A =
K mol cal C C pB pA ⋅==/15 K m o l c a l C pC ⋅=/30
0.01
300K L
k mol s
=⋅在 10000/E cal mol =
第八章（停留时间分布）作业：
P13-11B 对液相反应器进行RTD 分析，得到下列数据：
（a）根据这些数据，作出E(t)曲线。
（b）反应器中200到300秒之间，流出物料所占的分率。
（c）作出F(t)曲线。
（d）反应器内250秒之前，流出物料所占的分率。
（e）平均停留时间是多少？
（f）作出E(t)()2m t
t-作为时间的函数曲线。
（g）方差是多少？
第九章（非理想流动模型）作业：
对液相反应器进行RTD分析，得到下列数据：
假设反应速率为0.0115s-1，分别采用离散模型、多釜串联模型和轴向扩散模型（封闭条件）计算反应器的转化率。
第十章（多孔催化剂的扩散和反应）作业：
−−→，P12-4B 在不同温度、流速和颗粒尺寸时，在微分填充床反应器中发生反应：A B
结果见图P12-4。
（1）在什么条件下（d p、T、F TO）外扩散成为控制步骤？
（2）哪些区域为反应速率控制？
（3）哪些区域为内扩散控制？
（4）在T=400，d p=0.8cm时内扩散有效因子为多少？
2、下表为转框反应器中测得的气固催化反应动力学数据：
（1）请分析该实验装置的外扩散阻力情况？
（2）请分析该实验装置的内扩散阻力情况？
（3）请分别求出第1组和第3组实验中的内扩散有效因子？
3、在球形催化剂上进行一级不可逆反应P
A ，催化剂的粒径为2.4mm，气流主体中A的浓度为1mol/m3，测得单位床层表观反应速率(－r A)obs＝2.77×10-5mol/(cm3.s)，组分A在颗粒内有效扩散系数为0.15cm2/s，外部传质系数为K G＝30cm/s。
请问：
（1）外扩散对反应过程是否有影响？
（2）内扩散对反应过程是否有影响？可通过什么途径来消除该影响？。