化学反应工程课后习题答案 吴元欣..
对吴元欣版反应工程的回答.doc
对吴元欣版反应工程的回答第一章实施例和问题解决实施例1在裂化器中每100千克乙烷(纯度100%)被裂化以生产45.8千克乙烯，乙烷的单向转化率为59%，在裂化气体被分离后，获得的产物气体包含4.1千克乙烷，并且剩余的未反应的乙烷被返回到裂化器。
测定了乙烯的选择性、收率、总收率和乙烷的总转化率。
解决方案:单程转化率和单程收率可根据b点的混合气体计算得出，而全程转化率和全程收率可根据a点的新鲜气体计算得出。
新鲜原料通过反应器一次的转化率和一次的转化率(根据反应器入口)；新鲜原料进入反应系统直至离开系统时达到的转化率，以及整个过程中的转化率(基于新鲜原料)。
现在，计算B点，在B点进入裂解器的乙烷为100千克。
因为乙烷的单程转化率为59%，所以在裂化器中反应的粗乙烷的量是在点E的乙烷的循环量，在点A补充的新鲜乙烷的量是乙烯的选择性、乙烯的单程产率、乙烯的总产率(摩尔产率)、乙烯的总质量产率、乙烷的总转化率。
实施例2使用铜、锌和铝催化剂由一氧化碳和氢气工业合成甲醇具有以下主要副反应: 由于化学平衡的限制，一氧化碳在反应过程中不能完全转化为甲醇。
为了提高原料的利用率，生产中采用循环操作，即反应后的气体冷却，可冷凝组分分离成液体，即粗甲醇，氢气和一氧化碳等不可冷凝组分部分放空，大部分通过循环压缩机压缩后与原料气混合返回合成塔。
以下是生产流程的示意图。
原料气和冷凝分离气中各组分的摩尔分数如下:原料气冷凝分离后粗甲醇中各组分的质量分数分别为CH3OH 89.15%、(CH3)2O 3.55%、C4H9OH 1.1%、H2O 6.2%。
在操作压力和温度下，其余组分是不可冷凝的组分，但在冷却和冷凝过程中，它们可以部分溶解在粗甲醇中。
对于1千克粗甲醇，溶解量为9.82克CO2、9.38克一氧化碳、2.14克H2、2.14克CH4和5.38克N2。
如果循环气与原料气的比率为7.2(摩尔比)，请尝试计算:(1)一氧化碳的单向转化率和全程转化率；(2)甲醇单程收率和全程收率。
(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
(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。
化学反应工程课后习题解答全解
min)
3-5 在等温全混流釜式反应器中进行下列液相反应：
A + B → P（目的）rP = 2cA [kmol/(m3.h)
2A → R
rR= 0.5cA [kmol/(m3.h)
cA0 = cB0 = 2kmol/m3.
试计算反应2h时A的转化率和产品P的收率。
解：A组分的总消耗速率
(-rA )= rP + 2rR = 2cA + cA = 3cA 将其代入CSTR设计方程
pA 1000 800 666.75 446.75 306.8 206.8 -dpA/dt 82.305 66.844 53.581 33.647 22.503 20.149
（4）对
rA
dpA dt
~
pA
分别取自然对数，得到数据如下表
pA 1000 800 666.75 446.75 306.8 206.8 -dpA/dt 82.305 66.844 53.581 33.647 22.503 20.149
nH2O 17.8082 x 2 y
Y x x 0.692,即 nC0H3OH 27.3979
x 18.961
又nCH3OH
27.3979 x
y
n0 CH3OH
(1
xCH3OH
)
7.6714
y (27.397918.961 7.6714) 0.768
rA k1cAcB k2cRcS 7cAcB 3cRcS
7cB0 (1 xB )(cA0 cB0 xB ) 3(cB0 xB )2
只能指定B的转化率为75%，计算空间时间
VR cB0 xBf
《化学反应工程》课后习题答案
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
故反应速率可表示为：
用XA～VR/Q0作图，过VR/Q0=0.20min的点作切线，即得该条件下的dXA/d(VR/Q0)值α。
VR/Q0min
0.12
0.148
（1）可逆反应可逆反应
（2）放热反应吸热反应
(3)M点速率最大，A点速率最小M点速率最大，A点速率最小
(4)O点速率最大，B点速率最小H点速率最大，B点速率最小
(5)R点速率大于C点速率C点速率大于R点速率
(6)M点速率最大根据等速线的走向来判断H,M点的速率大小。
2.7在进行一氧化碳变换反应动力学研究中，采用B106催化剂进行试验，测得正反应活化能为 ,如果不考虑逆反应，试问反应温度是550℃时的速率比反应温度是400℃时的速率大多少倍？
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）（2）由题给条件可知，三甲基苯的出口浓度为：
2.11在210℃等温下进行亚硝酸乙脂的气相分解反应：
1001042b9554a联立ab两个方程解之得a2691kmolhb7852kgh反应后产物中co摩尔流量为fco01549a938b281000将求得的ab值代入得fco4431kmolhco的全程转化率为co0cococo0268244352682由已知循环气与新鲜气之摩尔比可得反应器出口处的co摩尔流量为co01000268272100015491384kmolh所以co的单程转化率为co0cococo0268244351384产物粗甲醇所溶解的co2coh2ch4和n2总量982938176214538b002848bkmolh1000粗甲醇中甲醇的量为bdx甲mm7852002848b08915322125kmolh所以甲醇的全程收率为y总212526827924甲醇的单程收率为y单212513841536反应动力学基础21在一体积为4l的恒容反应器中进行a的水解反应反应前的含量为1223重量混合物的密度为1gml反应物a的分子量为88
化学反应工程第三版课后答案
化学反应工程第三版课后答案【篇一：化学反应工程第二版课后习题】> 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? 345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?ca+c?d10mkmols。
现以气相分压来表示速率方程，即(?ra)=kppapb，求kp=?（假定气体为理想气体）46-2-12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?若将反应速率写成?ra??dcadt，有什么条件?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? 78反应a(g) +b(l)→c(l)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：?ra=kcacb。
由于反应物b在水中的浓度远大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。
反应2h2?2no?n2?2h2o，在恒容下用等摩尔h2，no进行实验，测得以下数据总压/mpa 半衰期/s10 考虑反应a?3p，其动力学方程为?ra??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。
116.8 319.8 490.2 913.8 1188 时间/s-312 丁烷在700℃，总压为0.3mpa的条件下热分解反应：c4h10→2c2h4+h2 (a) (r)(s)起始时丁烷为116kg，当转化率为50%时?dprdnsdya，?。
dtdtdtdpadt?0.24mpa?s?13-1-1-3-33-10.0272265 0.0326 186 0.0381 135 0.0435 104 0.0543 67求此反应的级数。
《化学反应工程》课后习题答案
5.16 9.7xA2 4.35 xA22 0
xA2 0.88
（4）两个0.25m3的PFR 串联
VR V0
CA0
dx xA1
A
0 k CA21
CA0
dx xA2
A
k C xA1
2 A2
0.25 7.14 10 3
35 min
xA1 dxA xA2 dxA 4.35
35kCA0
3517.4106 7.14103 4.35
4.35 9.7xA1 4.35 xA21 0; xA1 0.62
xA2 0.62 (1 xA2 )2
4.35
4.97 9.7xA2 4.35 xA22 0
xA2 0.80
（2）一个0.25m3的CSTR，后接一个0.25m3的PFR
(1 xAfp )
（2）CSTR k xAfc
(1 xAfc )
（1） （2）
操作条件不变，等体积反应器，则
k xAfc ln 1 ln 1 2.303
(1 xAfc ) (1 xAfp ) (1 0.9)
xAfc
2.303 3.303
0.697
习题3-4解答
3-7 已知： A P rA kCACP ; CP0 0 k 10 2 m3 /(kmol s); V0 0.002 m3 / s
CA0 2kmol / m3; 问xA 0.98时，
下列各种情况下的反应体积。
解： （1）单个PFR
根据
VR V0
CA0
xA dxA 0 rA
VR2 331 .63(s); V0
吴元欣版反应工程答案解析
第一章 例题与习题解答例1每100 kg 乙烷（纯度100%）在裂解器中裂解，产生45.8 kg 乙烯，乙烷的单程转化率为59%，裂解气经分离后，所得到的产物气体中含有4.1kg 乙烷，其余未反应的乙烷返回裂解器。
求乙烯的选择性、收率、总收率和乙烷的总转化率。
解：以B 点的混合气体为计算基准进行计算即得到单程转化率和单程收率，而以对A 点的新鲜气体为计算基准进行计算得到全程转化率和全程收率。
新鲜原料通过反应器一次所达到的转化率，单程转化率（反应器进口为基准）；新鲜原料进入反应系统起到离开系统止所达到的转化率，全程转化率（新鲜原料为基准）。
现对B 点进行计算，设B 点进入裂解器的乙烷为100 kg 。
新鲜乙烷产品由于乙烷的单程转化率为59%，则在裂解器中反应掉的原料乙烷量为1000.5959H kg =⨯=E 点乙烷的循环量100 4.110059 4.136.9Q H kg =--=--=A 点补充的新鲜乙烷量为10010036.963.1F Q kg =-=-=乙烯的选择性为45.8/2845.8/28100%100%83.172%/3059/30S H =⨯=⨯=乙烯的单程收率45.8/28100%49.07%100/30y =⨯=乙烯的总收率（摩尔收率）45.8/2845.8/28100%100%77.77%/3063.1/30Y F =⨯=⨯= 乙烯的总质量收率'45.845.8100%100%72.58%63.1Y F =⨯=⨯= 乙烷的总转化率 %.%.%59310016359100＝＝＝⨯⨯F H X 例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：OH CH H CO 322⇔+ ））（O H O CH H CO 223242+⇔+ O H CH H CO 2423+⇔+ O H OH H C H CO 2942384+⇔+222H CO O H CO +⇔+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。
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第一节 气-液反应平衡
一、气-液相平衡
气-液相达平衡时，i组分在气相与液相中的逸度相等
，即 fig f iL
气相中i组分的逸度
fig 是分压
p
（或
）Py
与逸度因子
i
i
的乘积，即 fig Pyii
液相中i组分为被溶解的气体，xi是i组分在液相中摩
尔分数，如果是符合亨利定律的稀溶液，即 f i (L) Ei xi
气-液反应广泛地应用于加氢、磺化、卤化、氧化等 化学加工过程；合成气净化，废气及污水处理，以及好气 性微生物发酵等过程均常应用气-液反应。
工业应用气－液反应实例
有机物氧化
链状烷烃氧化成酸；对-二甲苯氧化成对苯二甲酸；环己烷氧化成环 己酮；乙醛氧化成醋酸。
有机物氯化 苯氯化为氯化苯；十二烷烃的氯化；甲苯氯化为氯化甲苯。
溶解度系数和亨利系数的近似关系为 H i 为溶液的密度；M0为溶剂摩尔质量。
ρ
M0
Ei
亨利系数Ei与溶解度系数Hi与温度和压力的关
系为
dln Ei
d 1 T
dlnH i
d 1 T
Hi R
dln Ei dln Hi Vi
dp
d p RT
Vi 为气体在溶液中的偏摩尔容积，m3 kmol 。
第一节 气-液反应平衡
高分压的情况下，而化学吸收宜应用于低分压的情
况下。
第一节 气-液反应平衡
➢ 对各种气体的溶解度的高低，物理吸收主要体现在H的数值
上，而化学吸收则不同，取决于 (H AKc 的乘积)的数值，即
除了HA值外，化学平衡常数Kc更具有特殊的选择性。 ➢ 物理吸收溶解热较小，仅数千焦耳每摩尔之内，而化学吸收
如果物理溶解量相对于化学转化量可以忽略时，
则
cA0
xBcB0
cB0
α p*A 1 α p*A
该式为化学吸收典型的气液平衡关系。
第一节 气-液反应平衡
与物理吸收
cA
H
A
p
A
的关系比较如下：
➢ 物理吸收时，气体的溶解度随分压呈直线关系；而
化学吸收则呈渐近线关系，在分压很高时，气体的
溶解度趋近于化学计量的极限；物理吸收宜应用于
第六章 气-液反应工程
在“化工原理”课程中，“气体吸收”一章主
要讨论以液体吸收气体混合物中的有用物质，以制 取产品和除去其中有害的物质，其基本原理是利用 目的组分在溶剂中不同的物理溶解度，而与气体混 合物分离，称为物理吸收，所采用的设备主要是填 料吸收塔。
以溶剂中活性组分与目的组分产生化学反应而
增大溶解度和吸收速率的过程，称为化学吸收，“ 化工原理”课程只做了简要阐述。
，由化学
第一节 气-液反应平衡
将气液平衡关系
cA
H
A
p
* A
引入，则
p
* A
xB
[K c H A (1 xB )]
液相总的A组分浓度
c
0 A
cA
x B c B0
HA
p
* A
cB0
α
p
* A
1 α p*A
式中 α Kc HA 为平衡常数Kc与溶解度系数HA的乘积，表
征带化学反应的气-液平衡特征。
有机物加氢 烯烃加氢；脂肪酸酯加氢
其他有机反应 甲醇羟基化为醋酸；异丁烯被硫酸所吸收；烯烃在有机溶剂中聚合。
气体的吸收 合成产物
SO3被硫酸所吸收；NO2被稀硝酸所吸收；CO2和H2S被碱性溶液所吸收 。
CO2与液氨合成尿素；CO2与氨水生成碳铵；CO2与含NH3的盐水生成 NaHCO3和NH4Cl
增大(1+Kc cB)倍。
如水吸收氨即属此例。
第一节 气-液反应平衡
2. 被吸收组分在溶液中离解
由反应平衡，Kc cM cN cA ，当溶液中无其他
离子存在时c，M
c
N
，则cM
c
N
K
c
c
A
第一节 气-液反应平衡
A的总浓度 ，由 ， c
0 A
cA
cM
cA
K
c
c
A
cA
H
A
p
* A
则得 c
f* A(g )
cA* HA
1 HA
c c M N MN
K
c
c B B
1 A
当气相是理想气体混合物时，上式为
p
* A
1 HA
c M M
Kc
c N N
c B B
1 A
第一节 气-液反应平衡
为了较深入地阐明带化学反应的气液平衡关系，下面分 几种类型来分析。
1. 被吸收组分与溶剂相互作用
在过程工业中，采用化学吸收进行气体净化和 气-液反应，气-液反应是气相中某组分与液相溶剂 产生化学反应而生成另一种液相产物，广泛用于有 机物的氧化、氯化、加氢等反应，主要采用填料反 应器和鼓泡反应器。
本章内容
❖ 气-液反应平衡 ❖ 气-液反应历程 ❖ 气-液反应动力学特征 ❖ 气-液反应器概述 ❖ 鼓泡反应器 ❖ 填料反应器
Ei 是亨利系数。
第一节 气-液反应平衡
若气相为理想气体的混合物，即 i 1 ，则低
压下的气－液平衡关系为 pi p yi Ei xi
如果不是稀溶液，则还应引入活度和活度因 子，可参见其它专著。
亨利定律也可用容积摩尔浓度ci来表示，则
ci Hi fig
第一节 气-液反应平衡
在低压下则为 ci Hi pi
0 A
H A p*A
K
c
H
A
p
* A
该式表示A组分的溶解度为物理溶解量与离解
量之和。
如水吸收二氧化硫即属此类型。
第一节 气-液反应平衡
3.被吸收组分与溶剂中活性组分作用
设溶剂中活性组分起始浓度为，若组分B的转
化率为，此时
cB
c
0 B
1xBຫໍສະໝຸດ ，cMc0 B
xB
平衡关系Kc cM /(cAcB ) xB / c*A 1 xB
二、带化学反应的气—液相平衡 气体A与液相组分B发生化学反应，则A组分既遵从
相平衡关系又遵从化学平衡关系。设溶解气体A与液相 中B发生反应，则可表示为
Kc
c c M N MN
c c B A BA
第一节 气-液反应平衡
由化学平衡常数可写出
c
* A
cM
M
c
N
K
c
c
B
B
N
1/ A
由相平衡关系式可得
第一节 气-液反应平衡
可设得被Kc吸 c收Ac*McB组 c分cA0 A*AccBA在* 溶液中。总联浓合度理为想c A0，气即体亨cA0 c利AcA定*HAc律pM*A,
,整理得 p
* A
cA HA
HA
c
0 A
1 KccB
当A为稀溶液时，溶剂B是大量的，p*A与
c
0表观上
A
仍遵从亨利定律，但溶解度系数较无溶剂化作用时
溶解热高达数万焦耳每摩尔，因此，温度改变对化学吸收平 衡的影响较物理吸收时更为强烈。
第二节 气-液反应历程
一、气—液相间物质传递
描述气-液相间物质传递有各种不同的传质模型 ，例如双膜论、Higbie渗透论、Danckwerts表面更 新论和湍流传质论等，其中以双膜论最为简便。