反应工程习题
反应工程课后习题参考答案
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）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2由甲醇的转化率达72%2y x +=72%; 4.27x=69.2% 解得x=18.96; y=0.77 所以，反应器出口气体组成为： CH 3OH:%100221004.27⨯++--y x yx =6.983%空气：%1002210023279.54⨯++--y x y x =40.19% 水： %10022100281.17⨯++++y x y x =34.87%HCHO: %10022100⨯++y x x=17.26%CO 2: %10022100⨯++y x y=0.6983%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，大部分经循环压缩机后与原料气混合返回合成塔中。
下图是生产流程示意图放空气体 Akmol/h原料气和冷凝分离后的气体组成如下：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 21.460.82CH40.55 3.62N22.92 10.29粗甲醇的组成为CH3OH 89.15%,(CH3)2O 3.55%,C3H9OH 1.10%,H2O 6.20%,均为重量百分率。
反应工程习题
一、选择题1. 对于气固相催化反应的反应机理难以确定的主要原因，正确的是A. 中间物种的浓度低；B. 中间物种的寿命短；C. 中间物种虽然具有正常化合物的结构和性质，但由于仪器灵敏度的原因难以进行检测；D. 中间物种往往不具有正常化合物的结构和性质2. 气相变容反应322NH 2H 3N ⇔+，原料中混入了一定量的Ar 气（与N 2和H 2的转化率为零时的初始总摩尔数比为1/2，N 2与H 2的比例为计量比），则膨胀率2N ε为A. -0.5；B. -1/3；C. -1/6；D. -5/63. 关于积分法和微分法，认识正确的是A. 积分法和微分法是两种求取动力学参数的数据处理方法，前者对数据的精度要求比后者低；B. 微分法处理过程比积分法简单得多；C. 积分法不能处理动力学较为复杂的（反应物和产物不止一种、正反应和逆反应的反应级数不同）可逆反应；D. 积分法得到的动力学参数比微分法可靠4. 对于一级恒容和一级变容不可逆反应，下面叙述正确的是A. 在同一平推流反应器内、在同样条件下进行反应，反应的转化率是一样的；B. 在同一全混流反应器内、在同样条件下进行反应，反应的转化率是一样的；C. 在同一间歇式反应器内、在同样条件下进行反应，反应的转化率是一样的；D. 在同一平推流反应器或间歇式反应器内、在同样条件下进行反应，反应的转化率是一样的5. 对于瞬时收率和总收率，下列正确的判断是A. 对于平推流反应器，反应的瞬时收率与总收率相等；B. 对于全混流反应器，反应的瞬时收率与总收率相等；C. 对于平推流反应器，反应的瞬时收率与总收率之间是积分关系；D. 对于全混流反应器，反应的瞬时收率与总收率之间是积分关系；6. 纯气体A (浓度2 mol/L ，摩尔流率100mol/min)在平推流反应器里分解生成一系列产物，其动力学为A A C r products A )min 10(,5.21-=-→在一个22 L 的反应器里进行反应所能达到的转化率为A. 70%；B. 80%；C. 90%；D. 100%7. 关于E 函数和F 函数，下面正确的是A. ⎰∞=0dt )t (E )t (F ；B. ⎰=t0dt )t (E )t (F ；C. dt /)t (dF )t (E =； D. 1dt )t (E )(F 0==∞⎰∞8. 轴向分散系数与扩散系数，下面论述正确的是A. 两者实质上是相同的，都符合Fick 定律；B. 两者实质上是不同的，轴向分散系数的定义实际上是借用了Fick 定律的形式；C. 轴向分散系数是与流动有关系的；D. 扩散系数是物质本身的一种属性9. 宏观流体和微观流体是流体凝集态的两种极端形式，流体的凝集态不同，对反应结果一般有明显的影响，但对于 是例外。
(完整版)化学反应工程习题
化学反应工程习题第一部分：均相反应器基本理论1、试分别写出N 2+3H 2=2NH 3中用N2、H 2、NH 3的浓度对时间的变化率来表示的该反应的速率；并写出这三种反应速率表达式之间的关系。
2、已知某化学计量式为S R B A 2121+=+的反应，其反应速率表达式为B AA C C r 5.02=，试求反应速率B r =？；若反应的化学计量式写成S R B A +=+22，则此时反应速率A r =？为什么？3、某气相反应在400 oK 时的反应速率方程式为221061.3AA P d dP -⨯=-τh kPa /，问反应速率常数的单位是什么？若将反应速率方程改写为21AA A kC d dn V r =⨯-=τh l mol ./，该反应速率常数k 的数值、单位如何？4、在973 oK 和294.3×103Pa 恒压下发生下列反应：C 4H 10→2C 2H 4+H 2 。
反应开始时，系统中含丁烷为116kg ，当反应完成50%时，丁烷分压以235.4×103Pa /s 的速率发生变化，试求下列项次的变化速率：（1）乙烯分压；（2）H 2的摩尔数；（3）丁烷的摩尔分率。
5、某溶液反应：A+B →C ，开始时A 与B 摩尔数相等，没有C ，1小时后A 的转化率为75%，当在下列三种情况下，2小时后反应物A 尚有百分之几未反应掉？ （1）对A 为一级、B 为零级反应； （2）对A 、B 皆为一级反应； （3）对A 、B 皆为零级反应。
6、在一间歇反应器中进行下列液相反应： A + B = R A + R = S已知原料组成为C A0 = 2 kmol/m 3，C B0 = 4 kmol/m 3，C R0 = C S0 = 0。
反应混合物体积的变化忽略不计。
反应一段时间后测得C A = 0 .3 kmol/m 3，C R = 1.5 kmol/m 3。
计算这时B 和S 的浓度，并确定A 的转化率、生成R 的选择性和收率。
化学反应工程期末考试复习题省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件
7、停留时间——指流体微元从反应器入口到出口经历旳时间。 8、空间时间——反应器有效容积VR与流体特征体积流率V0之比值。 9、腾涌——在流化床旳内径较小而床高与床径比较大时，气泡在上升过 程中因聚并而增大，气泡有可能占据整个床层截面，气流将床层一节节地 往上做柱塞式推动，在上升到某一位置而崩落，流化床旳正常操作被破坏。 这种情况称腾涌。 10、均匀中毒模型——假设有毒物质旳吸附比扩散慢得多，颗粒内表面各 处均匀缓慢失活。
K
nK 0 。nK
nK 0
5、若流体是分子尺度作为独立运动单元来进行混合，这种流体称为微观流体 。 6、流体旳混合程度常用调匀度S、流体旳混合态来描述 78、、一化级学不反可应逆工反程应中旳旳动“力三学传方一反-r”A=中__旳__三__传__是__指，_其传积质分、式传为热k、C动t=_量_l传n__C递_A_C；_A_0。 9、固定床中旳传热实质上涉及粒内传热、颗粒与流体间旳传热以及床层与器壁旳传 热 几种方面。 10、在建立数学模型时，根据基础资料建立物料、热量和动量衡算式旳一般式为累 积量=输入量-输出量。
3、气—固相催化反应旳宏观动力学环节? 答：1）反应物从气流主体向催化剂旳外表面和内孔扩散；2）反应物在催化剂
表面上吸附；3）吸附旳反应物转化成反应旳生成物； 4）反应生成物从催化剂表 面上脱附下来；5）脱附下来旳生成物向催化剂外表面、气流主体中扩散
4、流化床反应器与固定床反应器相比较，其优缺陷是什么？ 答：优点：流化床旳Cat粒径范围宽，粒径小使流体与Cat传热面积大， 使Cat旳给热系数增大可及时传热反应器近似于等温；传质系数和面积大， 有利于传质；在操作上Cat处于稳定流动状态，可连续装卸操作简朴，适 合于大规模生产。
三、名词解释
化学反应工程习题测试
一、填空1. 某反应的计量方程为A R S →+，则其反应速率表达式为 。
2. 某反应速率常数的单位为m 3/(mol.hr)，该反应为 级反应。
3. 对于反应23A B R +→，各物质反应速率之间的关系为：(-r A ):(-r B ):r R＝ 。
4. 物质A 按一级不可逆反应在一间歇反应器中分解，在67℃时转化50％需要30min, 而在80℃时达到同样的转化率仅需20秒，该反应的活化能为 。
5. 在间歇反应器中进行一恒压气相反应32A B R +→，原料为A 和B 的混合物，其中A 含量为20%(mol)，若物料初始体积为1升，则A 转化50％时，物料的总体积为 。
6. 某液相反应A R →于50℃下在间歇反应器中进行，反应物A 转化80％需要10min ，如果于相同条件下在平推流反应器中进行，则达到同样的转化率需要的空时为 ；如果同样条件下在全混流反应器中进行，达到同样的转化率需要的空时是 。
7. 有一液相反应12A R →，A 的初始浓度为0.5mmol/L 和2mmol/L 的条件下均在30min 内转化了15％，该反应的反应级数为n = 。
速率常数k = .8. 某液相基元反应A R →，在一恒温循环反应器中进行，循环比R=1时，A的转化率为2/3，如果关闭循环物流，转化率应为 。
9. 某反应的1Ar -～X A 曲线示于图2，反应在一循环反应器中进行，出口转化率为60％，则最优循环比R ＝ 。
0.00.10.20.30.40.50.60.71/(-r A )x AEqual areas二、某气相一级不可逆反应：→+A R S2在等温，等压条件下在一间歇反应器中进行，原料中含A 75％（mol），8分钟后体积增加了一倍，求A的转化率以及此温度下的速率常数。
（15分）三、两个反应器串联，一个为全混流反应器，另一个为平推流反应器，对于基元反应A R，请问这两个反应器如何排列能使A的转化率最大，为什么?（15分）在一只全混流反应器中进行，转化率为95％，如四、某一级液相反应A R果再串连一只同样的全混流反应器，使转化率仍维持在95％，试问处理量增加多少？（15分）+→+，速率常数k=1 L/(mmol.min)，在循环反五、基元自催化反应A R R R应器中进行反应，进料中只含A(C A0＝10mmol/L, C R0=0，10mmol/min)，要想使A的转化率达到90％，求使反应器体积达到最小的循环比以及最小反应器体积。
化学反应工程习题库(计算题举例及详细解答))
a
Kp
p H 2 pO 2
0.5
p H 2O
令k1 k1 K p b0,O2 K p
a
, k2 k2
b
0.5
0,O2
K p ;由实验测得 a 0.5, 最后可得
0.5
a
p H 2O r k1 pCO p H2
pH2 k 2 pCO p H 2O
x Af ,c x Af , f c A0 e 2k e2 0.135kmol/ m3 , x A,e x A, f 0.865
（g）平推流反应器与全混流反应器并联,
c Af , g
c A0 1 1 1 (c A0 e 2 k ) e 2 0.234 , x A, g 0.776 2 1 2k 2 3
60 0.62m 3 960 368 0.496 m 3 740
该反应为液相反应，反应过程中体积比不变，且每次投料体积为:
3 V 0.0625 0.496 0.559m
计算结果表明，转化率从0.9提高到0.99，反应时间从 4.81h延长到52.9h，说明大量反应时间花在高转化率。
9.纯苯氯化为串联反应，生成物为一氯苯，副产物为二氯苯反应方程式为
1 bN 2 p N 2 bNH 3 p NH 3
3
0.5 1.5 1 bN 2 PN 2 bNH 3 k p PN PH 2 2
2．Temknh等提出铁催化剂上氨合成反应为下列步骤所组成 3 式中X代表活性位。若过程 NX H 2 NH 3 X N 2 2 X 2 NX
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。
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dxA rA
cA0
xA 0
dxA 0.8cA20 1 xA
2
xA
0.8cA0 1 xA
t=4min时，解得XA=82.76%
3. 在催化剂上进行三甲基苯的氢解反应：
C6
H
3
(CH
）
33
H2
C6H4 (CH3 )2
CH 4
C6
H
4
(CH
）
32
H2
C6 H 5CH 3
CH 4
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
解：⑴ 反应的选择性为：
S Y 0.692 100% 96.11% X 0.720
⑵ 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 CH3OH 空气
水 总计
摩尔分率yi0 2/（2+4+1.3）=0.2740 4/（2+1.3）=0.5479 1.3/（2+4+1.3）=0.1781
摩尔数（mol） 7.672 18.96 38.3 0.7672 0.8788 43.28
摩尔分率% 6.983 17.26 34.87 0.6983 0.7999 39.39
2. 在等温下进行液相反应A+B→C+D，在该条件下的反应速 率方程为：
rA 0.8C1A.5CB0.5mol / l min
结合上述反应的化学计量式，水（nW）、氧气（nO）和 氮气（nN）的摩尔数分别为：
nW=nW0+nP+2nC=38.30 mol
nO=nO0-1/2nP-3/2nC=0.8788 mol
nN=nN0=43.28 mol 所以，反应器出口气体组成为：
组分
CH3OH HCHO
H2O CO2 O2 N2
4.6 103 kmol
/
m3
CC
0.06654 0.06666
1.534 103
1.532 103 kmol
/ m3
CD
0.4667 0.06666
1.534
103
1.074
103
kmol
/
m3
CE
0.2001 0.06666
1.534 103
4.603 103 kmol
/
m3
则二甲苯的生成速率为：
RC
rA
rE
6300C
AC
0.5 B
3400CC
C
0.5 B
6300 1.534 103 (4.6 103 )0.5 3400 1.532 103 (4.6 103 )0.5
0.6555 0.3533 0.3022kmol / m3.h
4. 拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应： CH2ClCH2OH NaHCO3 CH2OHCH2OH NaCl CO2 以生产乙二醇，产量为20㎏/h，使用15%（重量）的 NaHCO3水溶液及30%（重量）的氯乙醇水溶液作原料，反 应器装料中氯乙醇和碳酸氢钠的摩尔比为1：1，混合液的 比重为1.02。该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为一级，在反 应温度下反应速率常数等于5.2l/mol.h，要求转化率达到 95%。
率为80%时，其混合气体的氢含量为20%，试求：
（1） 此时反应器出口的气体组成。
（2） 若这两个反应的动力学方程分别为：
rA 6300CACB0.5kmol / m3 h
rE 3400CCCB0.5kmol / m3 h
则出口处二甲基苯的生成速率是多少？
解：以100kmol为计算基准，设X为三甲基苯的转化率， Y为生成的甲苯摩尔数。 用物料衡算求出口气体组成：
1.000
摩尔数ni0(mol) 27.40 54.79 17.81 100.0
设甲醇的转化率为XA，甲醛的收率为YP，则反应器出口
甲醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数nA、nP和nc分别为：
nA=nA0(1-XA)=7.672 mol；
nP=nA0YP=18.9608 mol；
nC=nA0XA-nP=0.7672 mol
若将A和B的初始浓度均为3mol/l的原料混合进行反应， 求反应4min时A的转化率。
解：由题中条件知是个等容反应过程，且A和B的初始 浓度均相等，即为1.5mol/l，故可把反应速率式简化，得
rA
0.8C1A.5CB0.5
0.8C
2 A
0.8C A2 0 (1
X A)2
t cA0
xA 0
1. 在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应：
2CH3OH O2 2HCHO 2H2O 2CH3OH 3O2 2CO2 4H2O
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
⑴ 反应的选择性； ⑵ 反应器出口气体的组成。
（1） 若辅助时间为0.5h，试计算反应器的有效体积； （2） 若装填系数取0.75，试计算反应器的实际体积。
解：氯乙醇，碳酸氢钠，和乙二醇的分子量分别为80.5, 84 和 62kg/kmol,每小时产乙二醇：20/62=0.3226 kmol/h
组分名称 三甲基苯(A)
氢（B） 二甲基苯(C)
甲烷(D) 甲基苯（E）
∑
X=0时 33.33 66.67
0 0 0 100.0
X=0.8时 33.33（1-X） 66.67-33.33X-Y
33.33X-Y 33.33X+Y
Y 100.0
由题给条件可知，混合气中氢的含量为20%，所以有： 66.67-33.33X-Y=20 解得Y=66.67-33.33×0.8-20=20.01kmol（甲苯量） 生成的二甲基苯量：33.33×0.8-20.01=6.654kmol 生成的甲烷量：33.33×0.8+20.01=46.67kmol 剩余的三甲基苯量：33.33×（1-0.8）=6.666kmol 氢气含量为：20kmol 故出口尾气组成为：三甲基苯6.666%，氢气20%，二甲 基苯6.654%，甲烷46.67%，甲基苯20.01%。
（2） 由题给条件可知，各组分的出口浓度为：
C A0
pA0 RT
0.1 0.3333 8.314 103 523
7.669 103 kmol / m3
CA CA0(1 0.8) 7.669 103(1 0.8) 1.534 103 kmol / m3
CB
0.20 0.06666
1.534 103