最新化学反应工程第二章

化学反应工程第二章

第二章气－固相催化反应宏观动力学概述

在化工生产中，有许多重要的反应都是气－固相催化反应。

422

2332332

22222

333232

2CH H O CO H CH OH +0.5O HCHO+H O

CO H CH OH

CH CHCH NH O CH CHCN H O

N H NH +++=++=++

从上述反应可以得出气－固相催化反应的特点。 1. 反应特点

2. 1）反应物和产物均为气体；

3. 2）使用固体催化剂，具有惊人的内表面；

4. 3）反应区在催化剂颗粒内表面。

5. 反应步骤

反应区在颗粒内部，整个反应过程是由物理过程和化学反应过程组成的，反应分5步进行。

1）反应物从气相主体扩散到颗粒外表面——外扩散；

2）反应物从颗粒外表面扩散进入颗粒内部的微孔道——内扩散； 3）反应物在孔道的内表面进行化学反应，反应分三步串联而成：反应物在活性位上被吸附；活性吸附态组分进行化学反应；吸附态产物的脱附

4）反应产物从内表面上扩散到颗粒外表面； 5）反应产物从颗粒外表面扩散到气相主体。

第1、5步称为外扩散过程，第2、4步称为内扩散过程，第3步称为本征动力学过程。

在颗粒内表面上发生的内扩散和本征动力学是同时进行的，相互交织在一起，因此称为扩散－反应过程。

6.宏观动力学

气－固相催化反应速率，是反应物和反应产物在气相主体、固体颗粒外表面和内表面上进行物理过程和化学过程速率的“总

和”，称之为总体速率。

气－固相催化反应动力学包含了物理过程和化学反应过程，称之为宏观动力学，其速率称为总体速率。

7.本章主要内容

8.讨论气－固相催化反应宏观动力学的基本理论，主要内容有以

下几方面。

9.1）催化剂颗粒内气体的扩散；

10.2）催化剂颗粒内扩散－反应过程的关联方法——内扩散有效

因子；

11.3）宏观动力学方程，或称之为总体速率方程的建立。

第一节气－固相催化反应的宏观过程

2－1 气－固相催化反应过程中反应组分的浓度分布

设某反应的关键组分为A；

催化剂为球形，关径R p；颗粒内活性组分均匀分布；颗粒外表面有滞流边界层；

A在气相主体、颗粒外表面、内表面的浓度分别为C Ag 、C As、C Ac；平衡浓度为C A*。

1.外扩散过程

2.扩散推动力：

C Ag －C As

3.C A 是直线分布

4.扩散－反应过程

5.C A为内扩散过程和反应过程的表观浓度，是一条曲线。在以后的

学习过程中会得到证明。

2－2 内扩散有效因子与总体速率

1.内扩散有效因子ζ

2.在催化剂颗粒内部，反应物的内扩散过程和化学反应过程同时

进行，扩散－反应过程的表观结果是使A的浓度下降，A的浓度分布见图2－1

3.当为等温过程，即整个颗粒上温度是均匀的，颗粒外表面的浓

度比颗粒内部任一点的都要大，所以按颗粒外表面浓度计算的反应速率最大，越到颗粒内部越小。

4.ζ的定义：单颗粒催化剂上实际反应速率和按颗粒外表面浓度

C As计算的理论反应速率之比值，称之为内扩散有效因子，或内

表面利用率，记作ζ。

()ζ=

()

s A

s As i

k f C ds

k f C S

式中，k s 为按单位内表面积计算的催化反应速率常数；f( )为动力学方程中的浓度函数，C A 随径向距离而变化；S i 为单位体积催化床中催化剂的内表面积。

上式中，分子项是催化剂颗粒内各活性点的反应速率的总和，由于不可能建立f(C A )与S 之间的函数关系，分子项是无法解析计算的。

在稳定状态下，反应物由颗粒外表面扩散进入颗粒内部的速率等于反应物在整个颗粒内部的反应速率，因此，ζ可以改写为

ζ=

　按反应组分外表面浓度梯度计算的反应速率

按反应组分外表面浓度计算的反应速率

6. 总体速率通式

7. 在稳定状态下，反应组分A 从气相主体扩散通过滞流边界层到达颗粒外表面的速率和整个催化剂颗粒的实际反应速率相等，即总体速率的通式如下： 8. g ()= ()ζ=()A s As i G e Ag As r k f C S k S C C

式中：g ()A r 为总体速率；G k 为外扩散传质系数；e S 为单位床层体积颗粒的外表面积。

上式又称为气－固相催化反应宏观动力学方程通式。 9. 一级可逆反应的总体速率方程

10. 颗粒的本征动力学方程若为一级可逆反应，则有下式：

g ()() ()=()= ζ

A A

A s A s A

A G e Ag As s As i f C C r k f C k C r k S C C k C S ===-**

**g () ()()

()=()= ()ζ

A A A A A s A s A A A G e Ag As s As A i f C C C C r k f C k C C r k S C C k C C S =-==---——平衡浓度

于是得到： *

g ()= 11

Ag A

A G e s i C C r k S k S -+

上式的物理含义为：g ()=

"A r +过程的总推动力

外扩散阻的力内扩散-反应"的阻力

如何求出ζ，这是本章学习之重点。

当颗粒的本征动力学方程为一级不可逆反应时，则有下式

g ()() ()=()= ζ

A A

A s A s A

A G e Ag As s As i f C C r k f C k C r k S C C k C S ===-

于是：g ()=

11ζ

A G e s i C r k S k S +

2－3 催化反应控制阶段的判别一、判别条件及其速率简化式

以一级可逆反应为例,讨论控制阶段的判别条件及其总体速率的简化式。

对于一级可逆反应，其总体速率方程为：

g ()= 11ζ

Ag A

A G e s i C C r k S k S -+

对应的各项所代表的物理含义为：

g ()=

"A r +过程的总推动力

外扩散阻的力内扩散＋化学反应"的阻力

总体速率方程包含有外扩散阻力、内扩散和化学反应的阻力，这三部份阻力客观存在，但它们之间的相对大小可能是不相上下，也可能是差别很大。如果它们的相对大小不相上下，则不能忽略各部分阻力。如果它们的相对差别很大，则就可以忽略某一部分阻力，简化速率方程。 1. 本征动力学控制 2. 1）判别条件 3.

111

ζ1ζG e

s i G e

k S k S k S →且，略去项 4. 2）速率方程

5. *

g ()= ()A s Ag A i r k C C S -

6. 3）浓度分布

7. *

Ag As Ac

C C C C ≈≈ 8. 内扩散强烈影响 9. 1）判别条件 10.

ζ1ζ

G e

s i G e

k S k S k S 且，略去

项 11. 2）速率方程 12. g ()= ()ζA s As i r k f C S 13. 3）浓度分布 14. *Ag As Ac A

C C C C ≈≈

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t c r d d A A - =-，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 (2)A+2B →C (3)2A+2B →C A+C →D B+C →D A+C →D C+D →E 解

(1) D 4C A 3D D 4C A 3C 22 B A 1C C 22B A 1B D 4C A 3C 22 B 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) E 6D C 5D 4C B 3D E 6D C 5D 4C B 3C 22 B A 1C D 4C B 3C 22B A 1B C 22 B 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) D 4C A 3D D 4C A 3C 22 B 2A 1C C 22B 2A 1B D 4C A 3C 22 B 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。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）解 ()3 -1-363111 2643c P 2 B A p A 2 B A c 2 B A c A 1264c kPa s m kmol 10655.1K 303K kmol kJ 314.8s kmol m 1065.2)(s kmol m 1065.2K 30330273--------??=???= ==-? ? ? ??==-= ?==+=RT k k p p k r RT p RT p k c c k r RT p c k T

化学反应工程原理(华东理工大学版)第二版第八章答案

化学反应工程原理(华东理工大学版)第二版第八章答案篇一：化学反应工程原理(华东理工大学版)第三章华东版3-1 解：cA0kt?xA1?xA ?1把数据代入得cA0k?0.2min 当xA=0.75时解得t=15min 所以，增加的时间为15-5=10min 3-2 解：?1?xA?1?nn?1?1??n?1?cA0kt （式A）把xA=0.75和t=10min代入解得cA0k?0.1 再把t=30min代入（式A）解得xA=1.25 所以，转化率应为 1 3-3 解：设反应动力学方程为：? 则?1?xA?1?nn?1dcAn ?kcAdtn?1?1??n?1?cA0kt，且cA0=1 ?1?0.8??1??n?1?k8因此有 1?n?1?0.9??1??n?1?k18 解得：n=2;k=0.5L/mol·min 3-4 1）计算进料中酸、醇和水的摩尔浓度cA0、cB0、cS0（注意进料中水的浓度cS0不为0）。 2）列出当酸的转化率为xA时，各组分浓度的表示式： -11?n cA?cA0?1?xA? cB?cB0?cA0xA cR?cA0xA cS?cS0?cA0xA 3)将上列各式及各组分初浓度代入反应速率式，整理得 dxA2 ??7.93?10?6?10.2?20.1xA?2.58xA?dt 4）计算转化率达35%所需的时间为 t??0.35 0dxA ?627.93?1010.2?20.1xA?2.58xA上述积分可查积分表用公式计算，也可用MATLAB语言的quad解算子计算，结果为 t?7153s?2h 5）计算所需反应器体积。先计算每天的反应批数，再计算每m3反应体积每天的生产量，然后再计算达到要求产量所需反应器体积。答案为 VR=51.9m3 3-5 1)设酯的平衡转化率为xAe，将平衡时各组分浓度代入化学平衡方程得：21.1512xAe?0.219 1.1511?xAe48.76?1.151xAe化简整理上述方程并求解得xAe?90.8% 2）此题解法与3-4中的步骤2～4相同，答案为t=276min 3）此时各组分的浓度为酯：0.207mol/L；水：47.816 mol/L；醇、酸：0.910 mol/L；反应物系的组成为酯：0.414%；水：95.80%；醇、酸：1.82%； 3-6 对可逆放热反应，当反应温度过低时，因反应速率过低转化率偏低，当反应温度过高时，转化率又会受化学平衡的限制。所以，对一定的平均停留时间都存在一能达到最高转化率的最优反应温度。对本题此最优反应温度可用解析法求解。 1）列出反应器的物料衡算方程 qV?cA0?cA??VR??rA? 将反应动力学方程代入，整理后可得xA?k?T??1???k?T??k??T???? 式（A）2）对上式求导，并令导数为零 ?dkdk??dk???1??k?k?????k??????dTdTdTdxA?? ?2dT?1??k?k?????? dkkE将上式展开，并将代入，化简后可得 ?2dTRT ???E2E1?ln?? RT?k20?E2?E1? 于是Topt??E2 ??E1Rln??k?E?E2021????12405 ?325K

化学反应工程期末考试真题

化学反应工程原理一、选择题 1、气相反应 CO + 3H 2 CH 4 + H 2O 进料时无惰性气体，CO 与2H 以1∶2摩尔比进料，则膨胀因子CO δ=__A_。 A. -2 B. -1 C. 1 D. 2 2、一级连串反应A S K 1 K 2 P 在间歇式反应器中，则目的产物P 的最大浓度=m ax ,P C ___A____。 A. 1 22 )(210K K K A K K C - B. 2 2/1120 ]1)/[(+K K C A C. 122 )(120K K K A K K C - D. 2 2/1210]1)/[(+K K C A 3、串联反应A → P （目的）→R + S ，目的产物P 与副产物S 的选择性 P S =__C_。 A. A A P P n n n n --00 B. 0 A P P n n n - C. 0 0S S P P n n n n -- D. 0 0R R P P n n n n -- 4、全混流反应器的容积效率η=1.0时，该反应的反应级数n___B__。 A. ＜0 B. =0 C. ≥0 D. ＞0 5 、对于单一反应组分的平行反应A P(主) S(副)，其瞬间收率P ?随A C 增大而单调下降，则最适合的反应器为 ____B__。 A. 平推流反应器 B. 全混流反应器 C. 多釜串联全混流反应器 D. 全混流串接平推流反应器 6、对于反应级数n ＞0的不可逆等温反应，为降低反应器容积，应选用____A___。 A. 平推流反应器 B. 全混流反应器 C. 循环操作的平推流反应器 D. 全混流串接平推流反应器 7 、一级不可逆液相反应 A 2R ，3 0/30.2m kmol C A =，出口转化率 7.0=A x ，每批操作时间 h t t 06.20=+，装置的生产能力为50000 kg 产物R/天，R M =60，则反应器的体积V 为_C_3 m 。 A. 19.6 B. 20.2 C. 22.2 D. 23.4 8、在间歇反应器中进行等温一级反应A → B ， s l mol C r A A ?=-/01.0，当l mol C A /10=时，求反应至 l mol C A /01.0=所需时间t=____B___秒。 A. 400 B. 460 C. 500 D. 560 9、一级连串反应A → P → S 在全混流釜式反应器中进行，使目的产物P 浓度最大时的最优空时 = opt τ_____D__。 A. 1 212) /ln(K K K K - B. 1 221)/ln(K K K K - C. 2 112)/ln(K K K K D. 2 11K K 10、分批式操作的完全混合反应器非生产性时间0t 不包括下列哪一项____B___。

化学反应工程第二章

第二章均相反应动力学基础均相反应均相反应是指参予反应的各物质均处同一个相内进行化学反应。在一个相中的反应物料是以分子尺度混合的，要求： ①必须是均相体系 (微观条件) ②强烈的混合手段 (宏观条件) ③反应速率远小于分子扩散速度一、计量方程反应物计量系数为负，生成物计量系数为正。计量方程表示物质量之间关系，与实际反应历程无关；计量系数只有一个公因子；用一个计量方程表示物质量之间关系的体系称为单一反应，反之称为复合反应。二、化学反应速率单位时间、单位反应容积内组分的物质的量（摩尔数）的变化称之为该组分的反应速率。反应物：生成物：对于反应三、化学反应速率方程 r 是反应物系的组成、温度和压力的函数。 3 2223NH H N =+032223=--N H NH A A A dn r Vd d t C dt =- =-R R R dn r Vdt dC dt == A B S R A B S R αααα+=+S A B R A B S R r r r r αααα= = = A A A B r [k (T)][f( C ,C ,)] =

有两类；双曲函数型和幂函数型。 k-化学反应速率常数； a(b)-反应级数。 (1)反应级数 (i) 反应级数与反应机理无直接的关系，也不等于各组份的计量系数； (ii) 反应级数表明反应速率对各组分浓度的敏感程度； (iii) 反应级数是由实验获得的经验值，只能在获得其值的实验条件范围内加以应用。 (2)反应速率常数k [k]: s -1 ·(mol/m 3)1-n E ：是活化能，把反应分子“激发”到可进行反应的“活化状态”时所需的能量。 E 愈大，通常所需的反应温度亦愈高，反应速率对温度就愈敏感。 k 0 —指前因子,其单位与反应速率常数相同； E — 化学反应的活化能,J/mol ； R — 气体常数,8.314J/(mol .K)。 a b A A B r kC C =2 2 2 0.5 12H Br HBr HBr Br k c c r c k c = + exp[]E k k RT =-01 ln ln E k k R T =-? lnk 1/T

化学反应工程

27060 化学反应工程南京工业大学编（高纲号0322） Ⅰ课程性质、地位和任务 “化学反应工程”是化学工程学科的一个分支，是化学工程与工艺专业学生必修的一门专业基础技术课程。它以工业反应过程为主要研究对象，研究反应过程速率及其变化规律；研究反应器内的传递特性及其对化学反应的影响。为学生今后从事化工反应技术开发、反应器的设计与放大、反应过程操作优化等诸方面工作奠定基础。本课程在学生学习了“高等数学”、“大学物理”、“化学”、“物理化学”、“化工原理”等课程基础上进行。课程总学时为100，即5学分。通过本课程的学习，学生应比较牢固地掌握化学反应工程的基本原理和计算方法，应能联系化工实际，在反应工程理论的指导下，对反应过程和反应器进行初步的分析和设计计算。 Ⅱ自学考试要求第一章绪论（一）主要内容 1.化学反应工程的研究内容 2.化学反应工程的研究方法 3.化学反应工程的学科系统的编排（二）自学考试要求 1.化学反应工程的研究内容理解化学反应工程学是研究化学反应的工程问题的科学；传递过程（即反应器内的动量、热量和质量传递，简称“三传”）与反应动力学是构成化学反应工程最基本的两个支柱等说法的含义。理解化学反应工程学与相关学科的联系，化学反应工程本身的专门范畴。 2.化学反应工程的研究方法理解化学反应工程的基本研究方法是数学模型法，数学模型的主要内容及其相互关系，了解数学模拟放大法的大体步骤。 3.化学反应工程的学科系统和编排理解按反应操作方式、反应器型式、和化学反应相态进行分类的方法；本课程编排的原则和方法。绪论部分在初次学习时，只能做到大体了解、待全部内容学习完毕后，应重新学习绪论，才能做到理解。第二章均相反应的动力学基础

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 A p m A A A p m A 0A A A0 m A A00 A A A00 A A A0 P A 0A A A A x x x RT E RT E x x k k x V V x k c x F V x k c x x k c r x F V c RT E 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 ---= ---= =

化学反应工程测试2答案

1. 各种操作因素对于复杂反应的影响虽然各不相同，但通常温度升高有利于活化能高的反应的选择性，反应物浓度升高有利于反应级数大的反应的选择性。 2. 测定非理想流动的停留时间分布函数时，两种最常见的示踪物输入方法为脉冲示踪法和阶跃示踪法。 3. 在均相反应动力学中，利用实验数据求取化学反应速度方程式的两种最主要的方法为积分法和微分法。 4. 平推流反应器的E 函数表达式为,()0,t t E t t t ?∞=?=?≠??，其无因次方差2 θσ= 0 ，而全混流反应器的无因次方差2 θσ＝ 1 。 5. 平推流管式反应器t ＜t 时，F （t ）=_______。（0）全混流反应器其E （θ）曲线的方差=2 θσ_______。（1） 6. 工业催化剂所必备的三个主要条件是：_______、_______、_______。（活性好、选择性高、寿命长） 7. 气体在固体表面上的吸附中物理吸附是靠_______结合的，而化学吸附是靠_______结合的。（范德华力、化学键力） 8. 气体在固体表面上的吸附中物理吸附是_______分子层的，而化学吸附是_______分子层的。（多、单） 9. 对于气—固相催化反应，要测定真实的反应速率，必须首先排除_______和_______的影响。（内扩散、外扩散） 10. 测定气固相催化速率检验外扩散影响时，可以同时改变_______和_______，但保持 0A F W 不变。（催化剂装量、进料流量） 11. 测定气固相催化速率检验内扩散影响时，可改变催化剂的_______，在恒定的0A F W 下测_______，看二者的变化关系。[粒度（直径p d ）、转化率] 12. 下列不属于Langmuir 型等温吸附的假定的是_______。（B ） A. 均匀表面 B. 多分子层吸附 C. 分子间无作用 D. 吸附机理相同 13. 下列属于理想吸附等温方程的是_______。（A ） A. Langmuir 型 B. Freundlich 型 C. Temkin 型 D. BET 型

化学反应工程复习题

《化学反应工程原理》复习思考题第一章绪论 1、了解化学反应工程的研究内容和研究方法。 2、几个常用指标的定义及计算：转化率、选择性、收率。第二章化学反应动力学 1、化学反应速率的工程表示，气固相催化反应及气液相非均相反应反应区的取法。 2、反应速率常数的单位及其换算。 3、复杂反应的反应速率表达式（可逆、平行、连串、自催化）。 4、气固相催化反应的步骤及基本特征。 5、物理吸附与化学吸附的特点。 6、理想吸附等温方程的导出及应用（单组分吸附、解离吸附、混合吸附）。 7、气固相催化反应动力学方程的推导步骤。 8、不同控制步骤的理想吸附模型的动力学方程的推导。 9、由已知的动力学方程推测反应机理。第三章理想间歇反应器与典型化学反应的基本特征 1、反应器设计的基本方程式。 2、理想间歇反应器的特点。 3、理想间歇反应器等温、等容一级、二级反应反应时间的计算及反应器体积的计算。 4、自催化反应的特点及最佳工艺条件的确定及最佳反应器形式的选择。 5、理想间歇反应器最优反应时间的计算. 7、可逆反应的反应速率，分析其浓度效应及温度效应。 8、平行反应选择率的浓度效应及温度效应分析。 9、平行反应反应器形式和操作方式的选择。 10、串连反应反应物及产物的浓度分布，t opt C p.max的计算。 11、串连反应的温度效应及浓度效应分析。第四章理想管式反应器

1、理想管式反应器的特点。 2、理想管式反应器内进行一级、二级等容、变容反应的计算。 3、空时、空速、停留时间的概念及计算。 4、膨胀率、膨胀因子的定义，变分子数反应过程反应器的计算。第五章理想连续流动釜式反应器 1、全混流反应器的特点。 2、全混流反应器的基础方程及应用。 3、全混釜中进行零级、一级、二级等温、等容反应时的解析法计算。 4、全混釜的图解计算原理及图解示意。 5、全混流反应器中的浓度分布与返混，返混对反应的影响。 6、返混产生的原因及限制返混的措施。 7、多釜串联反应器进行一级、二级不可逆反应的解析法计算。 8、多釜串联反应器的图解法计算原理。第七章化学反应过程的优化 1、简单反应过程平推流反应器与全混流反应器的比较及反应器形式的选择。 2、多釜串连反应器串连段数的选择分析。 3、自催化反应反应器的选型分析。 4、可逆放热反应速率随温度的变化规律，平衡温度和最优温度的概念。 5、平行反应选择率的温度效应及浓度效应分析，反应器的选型，操作方式的确定。 6、串连反应影响选择率和收率的因素分析，反应器的选型及操作方式的确定。 7、平推流与全混釜的组合方式及其计算。第八章气固相催化反应过程的传递现象 1、气固相催化反应的全过程及特点。 2、等温条件下催化剂颗粒的外部效率因子的定义。 3、外扩散、内扩散对平行反应、连串反应选择性的影响分析。 4、气体流速对外扩散的影响分析。 5、等温条件下催化剂颗粒的内部效率因子的定义。

化学反应工程第二版课后答案

(1) D 4C A 3D D 4C A 3C 22 B A 1C C 22B A 1B D 4C A 3C 22 B 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) E 6D C 5D 4C B 3D E 6D C 5D 4C B 3C 22 B A 1C D 4C B 3C 22B A 1B C 22 B 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) D 4C A 3D D 4C A 3C 22 B 2A 1C C 22B 2A 1B D 4C A 3C 22 B 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。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）解 () 3 -1-363 111 2643c P 2 B A p A 2 B A c 2 B A c A 1264c kPa s m kmol 10655.1K 303K kmol kJ 314.8s kmol m 1065.2)(s kmol m 1065.2K 30330273--------??=???= ==-? ? ? ??==-= ?==+=RT k k p p k r RT p RT p k c c k r RT p c k T

化学反应工程王承学课后答案第三章

3-1 在反应体积为3 1m 的间歇操作釜式反应器中，环氧丙烷的甲醇溶液与水反应生成丙二醇 32232COHCHOHCH H →+O H COCHCH H 该反应对环氧丙烷为一级，反应温度下的速率常数为0.981 -h ，原料液中环氧丙烷的浓度为 2.1kmol/3 m ，环氧丙烷的最终转化率为90%。若辅助时间为0.65h ，一天24h 连续生产，试求丙二醇的日产量为多少？解 3223 2COHCHOHCH H →+O H COCHCH H ( A ) ( B ) 一级反应 h x k C C k t Af Af A 35.29 .011ln 98.0111ln 1ln 10=-=-== h m h m t t V v /3 1)65.035.2(13 300=+=+= 丙二醇日产量=Af A x C v 0024 = 天/12.159.01.23 124kmol =??? kmol k /g 76M B = 丙二醇日产量天/kg 2.111492.11576Q =?= 3-2一个含有A 和B 液体)/0.04mol c /10.0c (B00 L L mol A ==、以体积流量2L/min 流入容积V R =10L 的全混流反应器，物料在最佳的条件下进行反应A →2B+C 。已知由反应器流出的物料中含有A 、B 和C ， L mol c Af /04.0=。试求：在反应器内条件下，A 、B 和C 的反应速率？解空时 min 5min /2100===L L v V R τ

min 5/)04.01.0(00L mol C C r r C C Af A Af Af Af A -= -= =-τ τ min /012.0?=L mol min)/(024.02?==L mol r r Af Bf min)/(012.0?==L mol r r Af Cf 3-3 一个液相反应： A+B →R+S 其中，min)/(71 ?=mol L k ，min)/(32?=mol L k 。反应是在一个容积为120L 的稳态全混流反应器中进行的，两条加料线，一个保持2.8mol/L 反应物A 的加料浓度，另一个保持1.6mol/L 反应物B 的加料浓度，两条线分别以等体积速率进入反应器，要求指定组分转化率为75%。求每条线的加料流量？假设反应器内密度为常数。解 S R 1k 2 k +??←+? →?B A 因B 的浓度低，所以为指定组分，两条线混合后两组份的浓度各降一半，因此，有： %751x 0 0=- =-= B Bf B Bf B Bf c c c c c L mol c Bf /2.0= L mol X C C c Bf B A Af /8.075.08.04.100=?-=-= 因此， S R 1k 2 k +??←+? →?B A 出口初始 1.4 0.8 0 0 L mol c Af /8.0= 反应掉 0.6 0.6 生成 0.6 0.6 L mol c Bf /2.0=

化学反应工程基本概念

第一章 1. 化学反应工程是一门研究 (化学反应个工程问题)的科学。 2. 所谓数学模型是指 (用数学方法表达各变量间的关系)。 3. 化学反应器的数学模型包括（动力学方程式、物料横算式子、热量衡算式、动量衡算式和参数计算式） 4. 所谓控制体积是指（能把反应速率视作定值的最大空间范围）。 5. 模型参数随空间而变化的数学模型称为（分布参数模型）。 6. 模型参数随时间而变化的数学模型称为（非定态模型）。 7. 建立物料、热量和动量衡算方程的一般式为 (累积量=输入量-输出量)。第二章 1. 均相反应是指 (在均一的液相或气相中进行的反应)。 2. 对于反应aA + bB → pP + sS ，则r P =( p/a )r A 。 3.着眼反应物A 的转化率的定义式为(转化率Xa=转化了的物料A 的量/反应开始的物料A 的量)。 4. 产物P 的收率ΦP 与得率ХP 和转化率x A 间的关系为( Xp/Xa )。 5. 化学反应速率式为r A =k C C A αC B β，用浓度表示的速率常数为k C ，假定符合理想气体状态方程，如用压力表示的速率常数k P ，则k C =[ (RT)的a+B 次方]k P 。 6.对反应aA + bB → pP + sS 的膨胀因子的定义式为（P+S ）-(A+B))/A 。 7.膨胀率的物理意义为 (反应物A 全部转化后系统的体积变化率)。 8. 活化能的大小直接反映了 (反应速率) 对温度变化的敏感程度。 9. 反应级数的大小直接反映了(反应速率) 对浓度变化的敏感程度。 10.对复合反应，生成主产物的反应称为 (主反应)，其它的均为(副反应)。 11. 平行反应A → P 、A → S 均为一级不可逆反应，若E 1＞E 2，选择性S p 与 (A 的浓度) 无关，仅是 (A 的浓度) 的函数。 12. 如果平行反应A → P 、A → S 均为一级不可逆反应，若E 1＞E 2，提高选择性S P 应(提到温度)。 13. 一级连串反应A → P → S 在平推流反应器中，为提高目的产物P 的收率，应(降低)k 2/k 1。 14. 产物P 的收率的定义式为 (生成的全部P 的物质的量/反应掉的全部A 的物质的量) 15. 产物P 的瞬时收率φP 的定义式为(生成的物质的量/反应的A 的物质的量) 16. 产物P 的选择性S P 的定义式为(单位时间内产物P 的物质的量/单位时间内生成产物S 的物质的量) 17. 由A 和B 进行均相二级不可逆反应αA A+αB B = αS S ，速率方程为： r A =－dC A /dt=kC A C b 。求：（1）当C A0/C B0=αA /αB 时的积分式（2）当C A0/C B0=λ≠αA /αB 时的积分式 18. 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，而在340K 时达到同样的转化率仅需，求该反应的活化能E 。第三章 1. 理想反应器是指(理想混合反应器平推流反应器)。 2. 全混流反应器的空时τ是 (反应器容积) 与(进料的体积流量)之比。 3. 全混流反应器的放热速率Q G ={ 00()A A Hr Ft y x ? }。 4. 全混流反应器的移热速率Q r ={ 012()pm Ft C T T - } 5. 全混流反应器的定常态操作点的判据为{ G r Q Q = }。 6. 全混流反应器处于热稳定的定常态操作点的判据为{ G r Q Q = G r dQ dQ dT dT > }。

化学反应工程2试题答案

一、单项选择题：一、答案为： 1 2 3 4 5 6 7 8 B A B C B C B C 1．反应器的类型不同，则( )也将有不同。 A ．反应动力学 B ．传递特性 C ．反应的相态 D ．反应的可逆性 2．等温恒容下进行各步均为一级不可逆串联反应 )R()(k21副产物主产物?→??→?P A k 若保持相同的转化率x A ，调节反应温度使k 2/k 1降低，则P 的收率将( ) A.增大 B ．减小 C ．不变 D ．先增后减 3．乙苯在催化剂上脱氢生成苯乙烯，经一段时间反应后，苯乙烯生成量不再增加，但乙苯仍大量存在，表明这是一个( )反应。 A ．慢速 B ．可逆 C ．自催化 D ．不可逆 4．全混流反应器进行放热反应时，要使反应器操作在稳定的定常态，则必须满足以下条件( ) A ．移热速率>放热速率 B ．移热速率<放热速率 C ．移热速率随温度变化率>放热速率随温度的变化率 D ．移热速率随温度变化率<放热速率随温度的变化率 5．等温一级不可逆液相反应，采用下列三种方案进行： (1)一个间歇反应釜，容积V1(仅考虑反应时间所需)， (2)一个平推流反应器，容积V2， (3)二个等体积全混流反应器串联，总容积为V3。上述三种情况反应温度、物料处理量及转化率均相同，则容积比较为( ) A ．V1

化学反应工程第二章解析

第二章均相反应动力学基础均相反应均相反应是指参予反应的各物质均处同一个相内进行化学反应。在一个相中的反应物料是以分子尺度混合的，要求： ①必须是均相体系 (微观条件) ②强烈的混合手段 (宏观条件) ③反应速率远小于分子扩散速度一、计量方程反应物计量系数为负，生成物计量系数为正。计量方程表示物质量之间关系，与实际反应历程无关；计量系数只有一个公因子；用一个计量方程表示物质量之间关系的体系称为单一反应，反之称为复合反应。二、化学反应速率单位时间、单位反应容积内组分的物质的量（摩尔数）的变化称之为该组分的反应速率。反应物：生成物：对于反应三、化学反应速率方程 r 是反应物系的组成、温度和压力的函数。 3 2223NH H N =+0 32223=--N H NH A A A dn r Vd d t C dt =- =-R R R dn r Vdt dC dt == A B S R A B S R αααα+=+S A B R A B S R r r r r αααα= = = A A A B r [k (T)][f( C ,C ,)] =

有两类；双曲函数型和幂函数型。 k -化学反应速率常数； a(b)-反应级数。 (1)反应级数 (i) 反应级数与反应机理无直接的关系，也不等于各组份的计量系数； (ii) 反应级数表明反应速率对各组分浓度的敏感程度； (iii) 反应级数是由实验获得的经验值，只能在获得其值的实验条件范围内加以应用。 (2)反应速率常数k [k]: s -1·(mol/m 3)1-n E ：是活化能，把反应分子“激发”到可进行反应的“活化状态”时所需的能量。 E 愈大，通常所需的反应温度亦愈高，反应速率对温度就愈敏感。 k 0 —指前因子,其单位与反应速率常数相同； E— 化学反应的活化能,J/mol ； R — 气体常数,8.314J/(mol .K)。 a b A A B r kC C =222 0.512H Br HBr HBr Br k c c r c k c = + 0exp[]E k k RT =-01 ln ln E k k R T =-?ln k lnk 0 slop=-E/R 1/T

《化学反应工程》(朱炳辰第四版)课后习题第二章答案详解

《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) 00B C B C A A B C B C (1) 1(2) 11(3) (4) 1A A A A aA dA aA A dA A A A A B B A B B p p aA A dA A p A A B B p r r r k p k b p b p b p b p b p p p p p K p p K p p k p k b K r p p b b p K θθθθ*** * * --=＝＝＝,＝＋＋＋＋，＝－＝＋＋（c ） 00* * A C B C A B C A C (1) 1 (2) 11(3) (4) 1B B B dB aB dB B aB B B B A A B B A A B p B p A p dB B aB A p A A B r r r k k p b p b p b p b p b p K p p p K p p p K p k b k p p r K p b p b p θθθθ* * * --=＝＝＝ ,＝＋＋＋＋，＝－＝＋＋（2）写出b 为为控制步骤的均匀吸附动力学方程；（b ） ''1A A B B c A A B c A A B B kb p k b p p r k k p b p b p θθ-=-= ++ 2-7

解：由A A A c K c k dt dc ++=- 可得，dt dc k c k K A A -=+)1 1.( 即，t c k k K A -=+1 lnc A 代入表格中数据有，31045.7)0.100.1(1 0.101ln -?-=-+k k K 31056.9)0.1025.0(10.1025.0ln -?-=-+k k K 解之得，K=2.45 mol/3m k=1965 mol/(3m .h) 2-10 解：(1)计入Knudsen 扩散时， 64 10252.110 1.13082 .022-?=??= = g g a S V r T=673.15 K ；173 =NH M ∴s cm M T r D NH a NH k /0764.01715.73.610252.19700970026,3 3 =??==- 5 .02 75 .1] )())[(101325.0()11(001.0j A j A Aj V V p M M T D ∑∑++= 0106.02 ,=∴H A D 0032.02 ,=N A D 0032.04 ,=CH A D 0030.0,=Ar A D 又 ;173=NH M ; 7.20)(3=∑NH V ;09.03=NH y ]/[1 Aj A j A j n A j Am D N N y y D -∑=≠( ) ()[ ] 2 3/15 .01746.20588.02965.0j M Aj V D j ∑++?=

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