化学反应工程习题课1、2
丁二烯的选择性
1-6.甲醛和乙炔在催化剂的作用下生成丁炔二醇。在滴流床反应器中进 行，原料分离回收循环操作。某工厂生产中测的数据如下：反应器的甲 醇含量为10%（质量分数），出反应器的甲醇含量为1.6%，丁炔二醇的 初浓度为0，出口含量为7.65%。假设分离回收中无损失，试计算此反应 过程中的转化率、选择性、单程收率和总收率
1-1在银催化剂上进行甲醇的氧化反应：
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） 反应的选择性； （2） 反应器出口气体的组成。 1-1.解： （1）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时，则反应器的进料组成为：
成（摩尔分数）如下。
组成
反应 前/%
反应 后/%
组成
反应 反应 前/% 后/%
正丁烷 0.63 0.61 氮 27.00 20.10
正丁烯 7.05 1.70 水蒸气 57.44 62.07
丁二烯 0.06 4.45
一氧化 碳
—
1.20
异丁烷 0.50 0.48
二氧化 碳
—
1.80
异丁烯 0.13 0.00 有机酸 — 0.20
及
解得：x=1.504mol y=0.989mol 乙烯的转化量为：1.504+0.989/2=1.999mol 所以，乙烯的转化率为：1.999/15=13.33% 环氧乙烷的收率为：1.504/15=10.03% 反应的选择性为：S=0.1003/.1333=75.24%
1-5：丁二烯是制造合成橡胶的重要原料。制取丁二烯的工业 方法之一是将正丁烯和空气及水蒸气的混合气体在磷钼铋催 化剂上进行氧化脱氢，其主要反应为： 此外还有很多副反应，如生成酮，醛及有机酸的反应。反应温度 350℃，在压强为0.2026MPa下进行。根据分析，得到反应前后的物料组
反应器出口气体中含（摩尔分数）为： 试计算乙烯的转化率、环氧乙烷收率的反应选择性。 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：
（1） （2） 可列出下表：
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：
当
时
（2）对于恒压过程，是个变容反应过程，由（2.49）式可求得总摩尔 数的变化
反应物A的原始分率：
由（2.52）式可求得转化率为80%时的浓度： 2-8解：在初始浓度相同的条件下，有： 又
则 代入数据，得
2-13解：对二级反应 有
对上式积分
a）
时Байду номын сангаас
当
当
时
当
时
b）
时，
当
时，
当
时，
当
时，
正戊烷 0.02 0.02 酮、醛 — 0.10
氧 7.17 0.64
根据表中的数据计算正丁烯的转化率、丁二烯的收率以及反映的选择 性。 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：
其中，正丁烯的量=103.4×0.017=1.758mol 丁二烯的量=103.4×0.0445=4.60mol 若以反应器进料为基准，则正丁烯的转化率
设甲醇的转化率为XA，甲醛的收率为YP，反应器出口CH3OH、 CH3CHO和CO2的摩尔数nA、nP和nC分别为： 结合上述反应的化学计量式，H2O（nW）、O2（nO）和N2（nN）的 摩尔数分别为：
所以，反应器出口气体组成为：
1-3.在银催化剂上进行乙烯氧化反应以生产环氧乙烷，进入催 化反应器的气体组成（摩尔分数）为：
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1.6Kg/h，C4H6O2为7.65Kg/h： 转化率 单程收率
总收率
选择性
2-3解：反应物A的消耗速率应为两反应速率之和，即 由 得 对上式积分：
2-4解：（1）由题意可将反应速率表示为: 对于恒容过程，则有
反应工程1,2章答案
若将A 的初始浓度均为3mol/h 若将A和B的初始浓度均为3mol/h 的原 料混合后进行反应，求反应4 min时 料混合后进行反应，求反应4 min时A的 转化率。 转化率。
习题2.4解题思路 习题2.4解题思路 2.4
习题2.1解题思路及答案 习题2.1解题思路及答案 2.1
利用反应时间与组分 的浓度变化数据， 先作出 ＣＡ～t的关系曲线，用镜面法求 得反应时间下的切线，即为水解速率， 切线的斜率 α。再由 rA=-dCA/dt求得水 解速率。 答案： 水解速率
习题２ 习题２.２
在一管式反应器中等温下进行甲烷化反应： 在一管式反应器中等温下进行甲烷化反应：
习题2.4答案 习题2.4答案 2.4
A的转化率 XA=82.76%
习题2.5 习题2.5
氨合成塔入口的气体组成为3.5％ 氨合成塔入口的气体组成为3.5％的 3.5 ,20.87％ ,62.6％ ,7.08％ NH3,20.87％的 N2,62.6％的 H2,7.08％ Ar,及5.89％ CH4。该塔是在30 的Ar,及5.89％的CH4。该塔是在30 MPa 压力下操作。 压力下操作。已知催化剂床层中某处的 温度为490℃ 反应气体中氨含量为10 490℃， 温度为490℃，反应气体中氨含量为10 ％（mol）。试计算该处的反应速率 mol）。试计算该处的反应速率。 ％（mol）。试计算该处的反应速率。 Fe催化剂上氨合成反应速率式为 催化剂上氨合成反应速率式为： 在Fe催化剂上氨合成反应速率式为：
习题1.1 习题1.1
在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应：
(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
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。
(整理)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 ↔C A+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。
《化学反应工程》(第四版)课后习题答案详解
（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 1 8.314 0.7 1 ln[ / ln ] 423 T2 83.681000 1 0.7 1 0.6 1 1 8.314 0.9347 ; 423 T2 83.681000
T2 441K
习题3-5解答
C A0
1 C B 0 2.0 1.0mol / L 2 CP 0 CR 0 0; xAf CB 0 xBf 1.0 0.8 0.533 xBf 0.8; ; C A0 1.5 CA 1.5 (1 0.533) 0.7; CP CR CB0 xBf 1.0 0.8 0.8;
1 5 0.99 t2 ln 5.81(h) 4 0.615 0.307 5 (1 0.99)
分析：等当量配料，随转化率提高，反应时间迅速增长； 若采用过量组分配料，随转化率提高，反应时间增长放慢。
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
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）2. 反应器的型式主要为（釜）式、（管）式、（塔）式、（固定）床和（流化）床。
3. 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_______。
化学反应工程习题
【习题1-1】在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应2CH3OH＋O2—→2HCHO＋2H2O2CH3OH＋2O2→2CO＋4H2O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)反应器出口气体组成。
分析：按国内的定义式计算选择性、收率。
自己设定进料流量。
计算反应器出口处各组分的摩尔流量。
解：（1）反应的选择性(2) 以进料中甲醇的摩尔流量为2mol/ h为基准，则进料中空气4mol/h，水蒸汽1.3mol/h出口处甲醇：2(1-0.72)＝0.56 mol/h甲醛2×0.692＝1.384 mol/hN2 4×0.79 ＝3.16 mol/hO2 4×0.21－0.5×2×0.692－(0.72－0.692)×2＝0.092 mol/hH2O 1.3＋2×0.692＋4×(0.72－0.692)＝2.796 mol/hCO 2×(0.72－0.692)＝0.056 mol/h∑ni＝8.048 mol/h∴出口处气体组成为:y甲醇＝6.96% y甲醛＝17.20% yH2O＝34.74%yO2 ＝1.14% yN2 ＝39.26% yCO ＝0.70%【习题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CO＋2H2 CH3OH2CO＋4H2 (CH3)2O+H2OCO＋3H2 CH4＋H2O4CO＋8H2 C4H9OH＋3H2OCO＋H2O CO2＋H2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，可凝组分分离为液体即为粗甲醇，不凝组分如氢及一氧化碳等部分放空，大部分经循环压缩机压缩后与原料气混合返回合成塔中。
大连理工大学反应工程2-5章习题课-1
������
2.2 在管式反应器中进行下述气相反应： 2 A + B ─→ C + D 假定A和B按化学计量比混合，惰性气体的体积流量为原料总流量的50%。已知：反 应器入口压力为2 atm，温度为400K，出口压力为2 atm ，温度500 K。求转化率为 80%时各组分的浓度。 【解】 a = 2, b =1, c =1, d =1 选取A为关键组分，B = 0.5, C = 0, D = 0 因原料气中惰性气体占50%， I = 3/2 = 1.5，yA0 = 2/(2+1+3) = 1/3 A = (-2-1+1+1)/2 = -0.5 A = yA0A = 1/3(-0.5) = -0.167 ������������0 1/3 = = 0.385 1 + ������������ ������������ 1 − 0.167 × 0.8 ������������ = ������������ = ������������ =
������������0 (1−������������ ) 1+������������ ������������ ������������0 [������������ − ������������0 [������������ +
������ ������
=
0.25(1−������������ ) 0.25−0.25������������ = 1−0.125������������ 1−0.125������������
������
113.04−113.04������������ 3 mol/m 1−0.125������������ ������������ ������������ 72.34−56.52������ ������������ = ������������ = 4423.05 = 1−0.125������ ������ mol/m3 ������ ������������ ������������ 113.04������������ ������������ = ������������ = 4423.05 = 1−0.125������ mol/m3 ������ ������������ ������������ 266.78 ������������ = ������������ = 4423.05=1−0.125������ mol/m3 ������