反应工程 习题1讲解
化学反应工程练习题解答
第一章习题1有一反响在间歇反响器中进行，经过8min 后，反响物转化掉80％，经过18min 后，转化掉90％，求表达此反响的动力学方程式。
解2A A min 18A0min 8A0AA A0d d 219.019.0181)(218.018.081)(11kc tc kc kc x x c kt =-=-⋅==-⋅=-⋅=为假设正确，动力学方程 2在间歇搅拌槽式反响器中，用醋酸与丁醇生产醋酸丁酯，反响式为：()()()()S R B A O H H COOC CH OH H C COOH CH 2943SO H 94342+−−→−+反响物配比为：A(mol):B(mol)=1:4.97，反响在100℃下进行。
A 转化率达50％需要时间为24.6min ，辅助生产时间为30min ，每天生产2400kg 醋酸丁酯〔忽略别离损失〕，计算反响器体积。
混合物密度为750kg·m -3，反响器装填系数为0.75。
解3313111111i 1.2m 0.750.8949总体积反应0.8949m 0.910.9834有效体积反应0.91hr6054.6折合54.6min 3024.6总生产时间hr 0.9834m 750737.5换算成体积流量hr 737.5kg 634.1103.4总投料量hr 634.1kg 744.97724.1B 4.97:1B :A hr 103.4kg 601.724折算成质hr 1.724kmol 0.50.862的投料量A ，则50%转化率hr 0.862kmol 116100hr 100kg 2400/24R 116 74 60 M S R B A ==⨯==+=⋅=+⋅=⨯⨯=⋅=⨯⋅=⋅=⋅=+→+-------器器投料量则量流量产量3反响(CH 3CO)2O+H 2O →2CH 3COOH 在间歇反响器中15℃下进行。
一次参加反响物料50kg ，其中(CH 3CO)2O 的浓度为216mol·m -3，物料密度为1050kg·m -3。
化学反应工程第二版习题解答
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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。
反应工程习题讲解(第一章)
EB ==== DMB 1+2x1-x2 x2
(3)
反应后的摩尔总量为：(6-x1)-x1+(1+2x1-x2)+x2 = 7与反 应前相同。
13
• 平衡常数表达式为：
1 2 x 1 x 2 16 .69 6x x 1 1
2
x2 3 .304 12x 1 x 2
• 可确定反应转化率
9
１-４反应进度法
• 烃类蒸汽裂解制乙烯装置中裂解气含有摩尔分数 为0．5％～2．5％的乙炔，乙炔在烯烃后加工特 别是烯烃聚合过程中是有害物质，需要除去，因 此乙炔分离是乙烯装置流程中重要的过程之一。 目前乙烯装置中脱除裂解气中的乙炔主要采用两 类工艺流程：萃取精馏和催化选择加氢转化。 • 假定进料中 C2H2(A) 为 1 mol, H2(B) 为 1.25 mol, C2H4(C)为176.3 mol.令C2H6为D，C12H18为E • 注意：这是分子数减少的反应
• 计算独立反应数 ＝ 3 • 由于液相产品分析未包含二甲苯，因此前三个方程设为独立反应 • 列出物料衡算式： 乙烯以1mol计，则苯为4.07mol – 反应（１）中乙烯的反应进度为 X1 mol – 反应（2）中乙烯的反应进度为 X2 mol – 反应（3）中苯的反应进度为 X3 mol
6
三个独立反应的物料衡算方程: B 4.07 - X1-X3 EB X1 - X2+2X3 DEB X2 –X3 + + + Et 1-X1-X2 Et 1-X1-X2 B 4.07-X1-X3 = = = EB X1 - X2 +2X3 DEB X2-X3 2EB X1-X2+ 2X3
-2 -1 0 0 2 -1 -3 2 2 0 0 -5 4 4 -2
化学反应工程课后习题解答全解PPT教案
pA 0.0586t3 3.3119t2 82.305t 996.12
（3）对回归方程求导，得到微分方程
dpA 0.1758t2 6.6238t 82.305 dt
（4）由微分方程求各点的斜率，如下表
第78页/共94页
时间 0.0 2.5 5.0 10.0 15.0 20.0
/min
总压 1000 1400 1666 2106 2386 2586
/Pa
.5 .5 .4 .4
pA 1000 800 666. 446. 306. 206.
-（dp4A/）dt 对r8A 2.3ddptA66~.8pA
75 53.5
分7别5取自然8 对数，8 得到数据如下 33.6 22.5 20.1
pA 10500 84040 68616. 44476. 30036. 24096.
/min
总压 1000 1400 1666 2106 2386 2586
/Pa
【解】
（1）参照例2-.57将系.统5 总压.力4 转化.4为A
组分分压数
pA
pA0
P0 A
P
其中
A
31 2 1
pA
pA0
pA0 2
P
1.5 pA0
P 2
1500
0.5P
由此式可得到 A 组分分压随时间的变化数据见下表
因产物P的选择率为
S rP 2cA 2 0.6667 66.67% rP 2rR 3cA 3
所以产物P的收率为
YA S xA 0.66670.8571 0.5714 57.14%
第167页/共94页
3-9 A P T 555K, P 0.3MPa,
yA0 0.30, y惰0 0.65, FA0 6.3mol/ s,
化学反应工程陈晓01习题
2021/8/11
8
★ ★ ★变容反应过程
适用于气相反应 如果产物反应物的计量系数不匹配，恒压
，则变容。 变容，则浓度变化，影响反应速率 膨胀因子和膨胀率
2021/8/11
9
膨胀因子
反应式： aA bB rR sS
计量方程： II AA BB RR SS 0
定义膨胀因子：
A
I
A
即关键组份A的膨胀因子等于反应计量系数 的代数和除以A组分计量系数的相反数。
4.038mol 22400mL / mol 62.81mL / min
24h / d 60 min/ h
2021/8/11
3
习题1.2：210ºC等温条件下，进行亚硝酸乙酯的气相分解反应
C2H5ONO NO+0.5CH3CHO+0.5C2H5OH
该反应为一级不可逆反应，反应速率常数与温度的关系为
求该反应的活化能和指前因子。
解：由阿累尼乌斯公式得
k
k0
exp(
E RT
)
ln
k
ln
k0
E RT
ln
0.117
ln
k0
E R(273.13
58.1)
E 45.316kJ / mol
ln
0.296
ln
k0
E R(273
77.9)
k0 1.64106
2021/8/11
18
习题1.8：用纯组分A在一恒容间歇反应器中进行可逆反应 A=5/2P，实验测得反应体系的压力数据为：
B2 4 A2
C A
B 2A
B2 4 A2
C A
令 D B2 C
《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。
化学反应工程课后习题问题详解
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） （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：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），A P 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 mol1. 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Bkg/h 粗甲醇100kmol 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 2 2.92 10.29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。
化学反应工程习题与解答
第一章 绪论1. 化学反应工程是一门研究______________的科学。
（化学反应的工程问题）2. 化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的科学，既以_______作为研究对象，又以_______为研究对象的学科体系。
（化学反应、工程问题）3. _______是化学反应工程的基础。
（ 三传一反）4. 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、半分批式）5. 化学反应工程中的“三传一反”中的三传是指_______、_______、_______。
（传质、传热、动量传递）6. 不论是设计、放大或控制，都需要对研究对象作出定量的描述，也就要用数学式来表达个参数间的关系，简称_______。
（数学模型）7. 在建立数学模型时，根据基础资料建立物料、热量和动量衡算式的一般式为_______。
（累积量=输入量-输出量）8.“三传一反”是化学反应工程的基础，其中所谓的一反是指_______。
（D ） A ．化学反应 B. 反应工程 C. 反应热力学 D. 反应动力学9.“三传一反”是化学反应工程的基础，下列不属于三传的是_______。
（A ） A. 能量传递 B. 质量传递 C. 热量传递 D. 动量传递第二章 均相反应动力学1. 均相反应是指_。
（参及反应的物质均处于同一相）2. aA + bBpP + sS 对于反应，则=P r _______)(A r -。
（ap）3.着眼反应组分K 的转化率的定义式为_______。
（00K KK K n n n -=χ）4.当计量方程中计量系数的代数和等于零时，这种反应称为_______，否则称为_______。
（等分子反应、非等分子反应）5. 化学反应速率式为βαB A C A C C K r =-，用浓度表示的速率常数为C K ，假定符合理想气体状态方程，如用压力表示的速率常数P K ，则C K =_______P K 。
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在恒容条件下： ΔCA1= CB0-CB；ΔCA2= CS ； CR= (CB0-CB)-CS；CA0-CA=ΔCA1+ΔCA2 得到：CS=( CA0-CA- CR)/2=(2.0-0.3-1.5)/2=0.1 mol/L
? 解：（1） nA0 dxA ? k nA0 (1 ? x A )
V dt
V
dx A dt
?
k(1 ?
xA)
? （2）δA=(2-1)/1=1 yA0=0.5
? n=n0(1+ yA0δA xA) = n0(1+0.5 xA)
? xA=2n/n0-2=2P/P0-2
dP dt
?
k (1.5P0
?
P)
CB = CB0- CR-CS=4.0-1.5-0.1=2.4 mol/L
在等温恒容条件下进行下列气相反应：A→2R其反应速率方程
为，
?
试推导：
rA
?
1 ?
V
dn A dt
?
k
nA V
(1)以A组分转化率xA表示的反应速率方程； (2)以总压P表示的速率方程。
假定原料组分为50%A和50%惰性气体，气体为理想气体。
某气相恒容反应在400K时的速率式为：?
dp A dt
?
0.37
p
2 A
M速的P率 速a/式率h，写常（成数1为）? 多r试A 少问? ?？反Vd应ndAt 速? 率kC常A2 数k的m单ol/位(m是3·h什)，么试？问（此2）反若应
? 解：（1）反应速率常数的单位：(h·MPa)-1
? （2）
口浓度为
，转化率为
。
1?
1? xA (n ? 1)xA
C A0
nx A 1 ? (n ? 1)xA
在间歇反应器中进行等温二级反应A==B，反应速率：
?
rA
?
0.01C
2 A
mol
/(L ?s)
当CA0分别为1、5、10mol/L时，分别计算反应至CA=0.01mol/L所 需的时间。
? 解：在间歇反应器中可视为恒容反应可视 为：
nA V
? 103
?
CA ? 103
?
1 RT
PA ? 106
dPA ? 10?3 RT dnA
dt
Vdt
PA ? 10?3 RTC A
?
dn A Vdt
?
0.37
?
10
?
3
RTC
2 A
k ? 0.37 ? 10?3 RT ? 0.37 ? 10?3 ? 8.314 ? 400 ? 1.2 m3/( kmol·h)
? ?
解：一级反应：
t
?
C
A0
xAБайду номын сангаас0
kC
dxA A0 (1?
xA )
?
11 ln
k 1? xA
?
?
1 ln(1 ? k
xA )
t 0.75
?
t 0.5
ln(1 ? 0.75) ln(1 ? 0.5)
?
10 min
? ? 二级反应：
t
?
C A0
xA 0
kC
2
A0
dxA (1 ?
xA
)2
?
1 kC A0
，
? ?
1级反应：t ?
xA 2
CA0
x A1
dx A kCA0 (1 ?
xA)
?
1 ln 1? k 1?
x A1 xA2
t 0 ~ 0.9
?
ln 1? 0 1? 0.9
?1
t 0.9~ 0.99
ln 1? 0.9 1? 0.99
? t ?
C A0
xA2 xA1
kC 2 A0
dx A (1 ?
xA)2
在间歇反应器中进行等温2级、1级、0级均相反应，分别求 出转化率由0至0.9所需的时间与转化率由0.9至0.99所需时间之 比。
? ?
? 解：在间歇反应器`中：t
?
xA2
C A0
xA1
dx A ? rA
? 0级反应：t ?
xA2
dxA CA0
k xA1
?
1 k
C
A0
(
xA2
?
x A1 )
t0~0.9 ? 0.9 ? 0 ? 10 t0.9~0.99 0.99 ? 0.9
)C A0 C A0 )
? ? ?
?
在平推流反应器中进行等温一级不可逆
反应，反应物初浓度为CA0，转化率为xA， 当反应器体积增大到n倍时，反应物A的出
口浓度为
，转化率为
。
CA0(1-xA)n
1-(1-xA)n
? 在全混流反应器中进行等温一级不可逆
反应，反应物初浓度为CA0，转化率为xA， 当反应器体积增大到n倍时，反应物A的出
? xA 1? xA
t0.75
?
t0.5
0.75 1 ? 0.75
? 1 ? 0.5 0.5
?
15 min
对于气相反应：A→3P 其反应速率方程为-rA=kCA，在一平推 流反应器中进行等温恒压反应。已知反应器体积为V，原料体积 流量为v0，初始浓度为CA0。试推导：其反应器设计方程，并以 A组分转化率xA表示成易积分的形式。假定原料为纯A，气体符 合理想气体。
?
1 kC A0
? ???1
?
1 x
A2
?
1
?
1 xA2
? ?? ?
? 2级反应：
t0~ 0.9
?
? 1
1
1? 0.9 1?0
? 0.1
t0.9 ~ 0.99
? 1
1
1? 0.99 1? 0.9
液相自催化反应A==B的速率方程为
?
rA
?
?
dC A dt
?
kCACB
mol/(L·h)，在等温间歇釜中测定反应速率，CA0=0.95mol/L， CB0=0.05mol/L，经过1小时后可测得反应速率最大值，求该温度 下的反应速率常数k。
? ?
?
解：CB=CA0+CB0-CA=1-CA
反应速率最大时： d (? rA )
得到CA=0.5 mol/L
dt
?
?
rA ?
k (1 ?
? dCA ?
dt
2C
A
)
dC A dt
kCA (1? CA )
?0
? ?
对反应速率式积分得到， kt ?
代入数据得到k=2.944 L/(mol·h)
ln
?(1 ? CA ??CA (1 ?
? 当CA0=1mol/L时，t=9900s ? 当CA0=5mol/L时，t=9950s ? 当CA0=10mol/L时，t=9990s
等温下在间歇反应器中进行一级不可逆液相分解反应 A==B+C，在5min内有50%的A分解，要达到分解率为75%， 问需多少反应时间？若反应为2级，则需多少反应时间？
? 解：δA=(3-1)/1=2 yA0=1 ? 等温恒压：v=v0(1+ yA0δA xA) = v0(1+2xA)
CA
?
FA v
?
FA0 (1 ? xA ) v0 (1 ? 2xA )
?
CA0