师范类《化工基础》PPT课件 第七章化学反应工程基础习题解答
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化学反应工程Chapter 7
Problem
Problem 7.20，21，22
A S T
the parallel decompositions of A, CA0 = 2 (a) in a mixed flow reactor (b) in a plug flow reactor (c) in a reactor of your choice
Find the maximum of CS
CR f CR f all R formed in reactor all A reacted C A0 C Af (C A )
1 P C A0 C Af
1 CA0 dCA CA
C Af
C Af
CA0
dC A
CRf in PFR
dCR a1 rR k1CA dt
rR dCR k1 a1 a2 CA rS dCS k2
dCS a2 rS k 2C A dt
a1 > a2 a1 < a2 a1 = a2
P7.1
Multi-Reactant
A B R T
We need reaction kinetics
Solution of E7.3
dCS 2C A 2C A ( S / A) 2 dCR dCS dCT 1 2C A C A 1 C A 2
Solution of E7.3a
Solution of E7.3
Solution of E7.3
Example 7.4
A B R T
k1
dCR dCT 0.3 k1C1.5CB A dt dt
A B S U
基础化学-第七章-化学平衡cz精品PPT课件
对于气体反应，经验平衡常数一般用平衡时 各气体的分压来表示：
N2 (g) 3H2 (g) 2NH3(g)
Kc
[NH3 ]2 [N2 ][H2 ]3
Kp
( pNH3 )2 ( pN2 )( pH2 )3
aA(g) bB(g) gG(g) hH(g)
Kp
( pG )g ( pH )h ( pA )a ( pB )b
注：用[ ]代表平衡浓度，c 代表起始浓度或 未达到平衡时的浓度。
N2O4 (g) 2NO2 (g)
可用不同的方法建立这个平衡：373K
不论反应的初始浓度如何，不管反应是从 正向开始还是逆向开始，最后均达到平衡。
1. 经验平衡常数 （Kc和Kp）
在给定的温度下，不管浓度如何变化，比值
均为一个常数。
(Pa)n
若把浓度、分压均除以标准状态浓度(c)或 标准压力(p)，则得相对浓度和分压，此时平衡 常数为标准平衡常数 (K)，无单位。
aA(aq) bB(aq) gG(aq) hH(aq)
K θ ([cGθ])g ([cHθ])h ([cAθ])a ([cBθ])b
物质标准态浓度 c = 1 molL-1
Kc
[NO2 ]2 [N2O4 ]
当温度变化时，比值随之改变。
Kc的值首先取决于化学反应的性质，其次是 反应温度，与浓度、压力无关。
对于一般可逆反应：
aA bB gG hH
[G ]g [H]h Kc [A]a[B]b
Kc为给定温度T下的浓度平衡常数。
在一定温度下，可逆反应达到平衡时，生 成物的浓度的计量数为指数的幂的乘积，与反 应物的浓度的计量数为指数的幂的乘积之比为 一个常数。
2NO2 (g) N2O4 (g)
化学反应工程ppt课件
曲线进行。现拟计算下列条件下的最佳温度：
（1）在25.33MPa下，以3：1的氢氮混合物进行反
应，氨含量为17％；
（2）其他条件同（1），但氨含量为12％；
（3）把压力改为32.42MPa，其他条件同（1）。
已知该催化剂的正反应活化能为58.618×103J/mol,
逆（反MP应a的-1）活与化温能度为T1(6K7).及48总×压10p3J(M/mPoal。)的平关衡系常为数Kp
吸热反应
EE
E RT 2
k
f
(XA)
E RT 2
k
g(X
A)
r 0 T X A
可逆吸热反
应与温度及 XA 转化率的关 系图
平衡曲线
15
可逆 放热 反应
r≥0 k f ( X A ) k g( X A )
可逆放热反应
EE
r 0, 0, 0 T X A
dk kE dT RT 2
r
E
E
(T )xA RT 2 k f ( X A ) RT 2 k g( X A ) 14
吸热反应
r
E
E
(T )xA RT 2 k f ( X A ) RT 2 k g( X A )
r≥0
k f (X A) k g(X A)
r
可逆放热 反应反应 速率与温 度的关系
Top
T
16
●最佳反应温度Top
r
E
E
(T )xA RT 2 k f ( X A ) RT 2 k g( X A )
工程化学基础课后习题答案ppt课件
5f
6s
是否存在
×
√
×
√
√
√
主量子数
×
2
×
3
5
6
角量子数
×
0
×
1
3
0
轨道(个数)
×
1
×
3
7
1
最多可容纳电子数 ×
2
×
6
14
2
7
1. 22Ti: 3d24s2 (2)
22Ti4+ : 3s23p6 (0)
24Cr: 3d54s1 (6)
24Cr3+ : 3s23p63d3 (3)
28Ni: 3d84s2 (2)
28Ni2+ : 3s23p63d8 (2)
29Cu: 3d104s1 (1)
29Cu2+ : 3s23p63d9 (1)
2. (1) 24Cr: 1s22s22p63s23p23d54s1
(2) 3d54s1
(3) 3s23p63d3
3. 11Na: Z’=2.2 14Si: Z’=4.15 17Cl: Z’=6.1 4. Ca ＞Ti ＞Mn ＞ Ga ＞Fe ＞Co ＞Br
c(CO)=0.067mol/L
14
1. (1) × (2) √ (3) × (4) √ 2. (1) c (2) a 3. Fe3+>Cu2+ >Fe2+ 4. Cl2>KMnO4>K2Cr2O7 5. (1) K θ=3.05 (2) c=0.075 6. (-) Pt / Fe3+, Fe2+ ∥ Ag+/ Ag (+)
17
化工基础知识点(带答案)
化学工程基础—李德华编著（第三版）知识点汇总第一章 化学工业与化学工程掌握：1. 化工基础的主要研究内容是（三传一反）。
可以为一个空或四个空。
2. 化工生产过程可认为是由（化学反应过程）和（单元操作）所组成。
第7页。
3. 化工数据：我国法定计量单位是以（国际单位制）为基础的。
所有物理量都可以由（7）个基本单位导出。
会简单的换算。
了解：1. 化学与化工的区别和联系； 联系：化工以化学学科研究的成果为基础，化学通过化工来实现其研究价值。
区别：规模：“三传”（传动、传热、传质）对反应的影响；实现原料预处理和产物的后处理涉及了“单元操作”；经济性；安全性；环保；等等工程问题。
2. 化工过程开发的主要研究方法有哪些？ 逐级经验放大法；数学模型放大法第二章 流体流动过程第一节 概述 知识点： 1. 流体是什么？流体是气体与液体的总称。
2. 流体具有哪些性质？ 具有压缩性；无固定形状，随容器形状而变化； 受外力作用时内部产生相对运动第二节 流体静力学基本方程式 知识点： 1. 概念：密度，比体积，重点是压力垂直作用在单位面积上的力称为压强，习惯上称之为压力，用符号p 表示。
2. 压力中需掌握单位换算，以及绝对压力、真空度、表压、当地大气压之间的关系。
atm 1（标准大气压）O mH mmHg Pa 2533.1076010013.1==⨯=3.流体静力学方程式及适用条件，19页2-9。
（1）适用于重力场中静止、连续的同种不可压缩性流体；4.静力学方程在U形管上的压力测量。
重点是会选取等压面，等压面选取的条件是（静止的，连通的，同一种流体的同一水平面）。
第三节流体流动的基本方程式1.体积流量，质量流量，体积平均流速及它们之前的关系，并会简单的单位换算。
掌握公式22页的2-15,2-16。
2.定态流动时的连续性方程，即为质量流量为常数。
23页的2-20。
3.背过实际流体的伯努利方程，并理解每一项的物理意义。
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12
反应器类型 取样和分析
微分
P-F
固定床
G
搅拌间歇
F
SCSR
G
CSTR
F
提升管
F-G
循环
F-G
脉冲
G
G：优 F：中等 P 差
表 5-4 各种类型反应器的比较
等温性能
液固接触
催化剂失活
F-G
F
P
P-F
F
P
G
G
P
G
F-G
P
G
F-G
F-G
P-F
F-G
G
G
G
F-G
F-G
P
F-G
加工难度 G G G F-G P-F F-G P-F G
13
ratedatabatchreactordatadifferentialmethodintegralmethodinitialrateshalflifedifferentialreactorsleastsquareanalysisexperimentalplanninglabreactors积分法零级反应一级反应二级反应积分反应器固定床反应器积分反应器的一个优点是易于构造另一方面当反应物穿过催化剂层时对数据分析产生的不良影响虽然较微分反应器少但仍然是一个需要解决的问题
Chapter 5 Collection and analysis of rate data
Batch reactor data (Differential method and integral method) Method of initial rates Method of half life Differential reactors Least square analysis Experimental planning Evaluation of lab reactors
反应器类型 取样和分析
微分
P-F
固定床
G
搅拌间歇
F
SCSR
G
CSTR
F
提升管
F-G
循环
F-G
脉冲
G
G：优 F：中等 P 差
表 5-4 各种类型反应器的比较
等温性能
液固接触
催化剂失活
F-G
F
P
P-F
F
P
G
G
P
G
F-G
P
G
F-G
F-G
P-F
F-G
G
G
G
F-G
F-G
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F-G
加工难度 G G G F-G P-F F-G P-F G
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ratedatabatchreactordatadifferentialmethodintegralmethodinitialrateshalflifedifferentialreactorsleastsquareanalysisexperimentalplanninglabreactors积分法零级反应一级反应二级反应积分反应器固定床反应器积分反应器的一个优点是易于构造另一方面当反应物穿过催化剂层时对数据分析产生的不良影响虽然较微分反应器少但仍然是一个需要解决的问题
Chapter 5 Collection and analysis of rate data
Batch reactor data (Differential method and integral method) Method of initial rates Method of half life Differential reactors Least square analysis Experimental planning Evaluation of lab reactors
化工原理习题答案第七章
c Ai -1 c Ai k1 c Ai c Bi k 2 c Ci c Di
(A)
A、B、C、D 分别代表乙酸、乙醇、乙酸乙酯和水。由计量关系得：
c B c B0 (c A0 c A ) c C c D c A0 c A
从已知条件计算出：
c A0 c B0 1.8 864 6.48mol/L 4.0 60 2.2 864 10.33mol/L 4.0 46
分解： C 6 H 5 C(CH 3 ) 2 COH CH 3 COCH 3 C 6 H 5 OH 生产苯酚和丙酮。该反应为一级反应，反应温度下反应速率常数等于 0.08s-1,最终转化率达 98.9%，试计算苯酚的产量。 (1) 如果这个反应器是间歇操作反应器，并设辅助操作时间为 15min；
0.3266 80.5 91.11kg/h 0.95 30%
0.3266 84 190.2 kg/h 0.95 15%
每小时需碳酸氢钠：
91.11 190.2 275.8L/h 1.02 0.3266 1000 1.23mol/L 氯乙醇初始浓度： c A 0 0.95 275.8 x Af dx 1 xAf dxA 1 0.95 A 反应时间： t 2.968h 2 0 kcA cB kcA0 0 (1 xA ) 5.2 1.231 1 0.95
苯酚产量 q v0 c 苯酚 16.02 3.2 0.989 50.69mol / min 285.9kg / h （3）说明全混釜的产量小于间歇釜的产量，这是由于全混釜中反应物浓度低，反应速度慢 的原因。 （4）由于该反应为一级反应，由上述计算可知，无论是间歇反应器或全混流反应器，其原 料处理量不变，但由于 cA 增加一倍，故 c 均增加一倍。
化学反应工讲义程习题答案
• 恒容反应: P=P0(1+0.0375x) • 恒压反应: P=P0 VV 0(10.0375x) • 膨胀率:当反应物A全部反应后,系统体积的变化率:
A
VxA1 VxA0 VxA0
A
nt 0 nA0
A
• 以膨胀率表征变容程度时,不但要考虑反应的计量关系,还
要考虑系统内是否含有惰性气体,而以膨胀因子表达时,与
习题2.4
• nt=n0+δAnA0x
p A P y A n A 0 ( n 1 t x )p n n 0 A 0 ( 1 A n A x 0 ) x P 1 0 .1 0 5 .( 0 1 3 7 5 x ) x P
C A R p T A R P T y A n A 0 ( n 1 t x ) R p T n n 0 A 0 ( 1 A n A x 0 ) x R P T 1 0 .1 0 5 . ( 0 1 3 7 5 x ) x C
• 重要知识点:
关键组分的转化率
xA
nA,0 nA nA,0
习题2.2
C 2 H 5 O N O N O 0 . 5 C H 3 C H O 0 . 5 C 2 H 5 O H
• t (1-x)
x 0.5x
0.5x
• 反应总压力: P=1+x=1.8 (at)
PA(11xx)P0.2(at)CAR PT A 4.98(mol/m3)
k 1 . 3 9 1 0 1 4 e x p ( 3 7 7 0 0 ) 1 . 3 9 1 0 1 4 e x p ( 3 7 7 0 0 4 . 1 8 ) 0 . 0 0 1 2 6
计量系数a，方程式可写为 A+(b/a)B——(c/a)C+(d/a)D 则其动力学方程按此方程式可写为
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解得： x'A 0.75
设换成相同体积的平推流反应器时，转化率为
VRqv0qv0kcA0(x1'A 'x'A ' )
x
'' A
，则有：
与全混流反应器的计算相比为：
VR VR
q
v0
kcA
0
x
'' A
(1
x
'' A
)
q
v0
kc A 0
xA (1
xA
)2
x
'' A
(1
x
A
)2
x
A
(1
x
'' A
)
x
7
第四章习题
7. 在某全混流反应器中进行均相液相反应：A→P，其动力学方程为rA=kcA2，转 化率为50%。（1）如果反应器体积为原来的6倍，其他保持不变，则转化率为 多少？（2）如果体积相同，换成平推流反应器，其他保持不变，则转化率为 多少？
解： 在全混流反应器中进行的二级反应，其反应体积为：
解： 醋酸、丁醇、醋酸丁酯的摩尔质量分别为60、74、 116。含1mol醋酸的初始 溶液的体积为：
2020/6/8
604.97740.57(m3)
750
则醋酸的初始浓度为：
cA00.7 1501.753(km ol/m 3)
4
第四章习题
处理物料的流量为：
1160.522440 0601.7530.01639(m 3/m in)
VRqv0qv0kcA0(x 1A xA)2
反应器体积变为原来的6倍时，其转化率为xA’，则有
6VR qv0kcA0(x1'A x'A)2
2020/6/8
两式相比：
6
x'A (1 xA )2 xA (1 x'A )2
x
' A
(1
0.5)2
0.5(1
x
' A
)2
0
.
5
x
' A
(1
x
' A
)2
8
第四章习题
解：二级反应的浓度与反应时间的关系为： t 1 ( 1 1 ) k cA cA0
速率常数为0.85时：
1 11 cA0=1kmol.m-3时 t10.85(0.011)116.5(s)
1 11 cA0=5kmol.m-3时 t20.85(0.015)117.4(s)
速率常数为0.05时： t1 ' 0.105(0.1011 1)1980(s) t'20.105(0.1011 5)1996(s)
exp
( R T1
T2
)
exp785.301040(71739123)
6.7
即923K时的分解速率比773K时快5.7倍。
2020/6/8
2
第四章习题
6. 设某反应的速率方程式为rA=0.85cA2，其单位为kmol.m-3.s-1。当A的 初始浓度分别为(1)1kmol.m-3；(2)5kmol.m-3，若要求A的残余浓度为 0.01kmol.m-3，问各需要多少时间？当rA=0.05cA2 时，又如何？
计算表明：当最终浓度很小时，反应时间与初始浓度的关系不大。
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3
第四章习题
3. 在间歇搅拌釜式反应器中，用醋酸和丁醇生产醋酸丁酯，反应方程式为：
C H 3 C O O H C 4 H 9 O H H 2 S O 4 C H 3 C O O C 4 H 9 H 2 O
其反应物的配比为：n(醋酸)：n(丁醇)=1：4.97。假设反应物的密度在反应前 后不变，均为750kg.m-3， 反应在373K时进行，转化率达50%时需34.5min， 而加料、卸料、清洗等辅助时间为30min，现要求每天生产2400kg醋酸丁酯 （分离损失不计），试计算反应釜的容积（φ=0.85）。
解： 按二级反应在平推流反应器内的空间时间计算式有：
VR
qv0
qv0
xA kcA0(1 xA )
其中 k 0 .9 7 1 0 3 m 3 k m o l 1 m i n 1
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0 .0 5 8 2 m 3 k m o l 1 h 1
6
第四章习题
cA0=cB0=4，xA=0.8时：
反应体积为：
VR (tt') 0.01639 (34.530)1.057(m3)
实际的反应器容积为：
VTV R10.0.85571.244(m3)
2020/6/8
5
第四章习题
4. 在平推流反应器中进行等温液相反应：A+B→P，反应系二级反应，速率方程式 为rA=kcAcB。在反应进行温度下反应速率常数k=0.97×10-3m3.kmol-1.min-1。 cA=cB=4kmol.m-3。当反应物的体积流量qv=0.171m3.h-1时，试问：（1）要使反 应物A的转化率xA=80%时，平推流反应器的有效容积为多少？（2）当其他条 件不变时，xA为90%时，它的有效容积为多少？（3）当反应物A和B的初始浓 度cA0=cB0=8kmol.m-3。而xA仍为80%时，它的有效容积为多少？
V R0.1710.0582 0.4 8 (10.8)2.94(m 3)
cA0=cB0=4，xA=0.9时：
V R0.1710.0582 0.4 9 (10.9)6.61(m 3)
cA0=cB0=8，xA=0.8时：
V R0.1710.0582 0.8 8 (10.8)1.47(m 3)
2020/6/8
பைடு நூலகம்'' A
(1
0.5)2
0.5(1
x
'' A
)
1
解得： x"A 0.667
2020/6/8
9
第四章习题
9. 醋酐按下式水解为醋酸：(CH3CO)2O+H2O→2CH3COOH。根据实验测定，反 应为一级反应：rA=kcA。在288K时，反应速度常数k=0.0806min-1；在313K时， k=0.380min-1。现设计一全混流反应器，每天处理的溶液量为14.4m3，进料的 醋酐初始浓度cA0=0.095kmol.m-3，试问： (1) 当醋酐转化率xA=80%时，反应温度为288K，反应器的容积为多少？ (2) 当温度提高到313K，反应器的容积取(1)所得容积时，醋酐转化率为多少？ (3) 当反应温度为288K，而醋酐转化率为90%时，反应器的容积应为多少？ (4) 改用平推流反应器，在288K时， xA为80%、90%时反应器容积各为多少？ (5) 288K时，选用等容积的两釜串联，xA为90%时，求每釜容积及总容积。
第七章习题
下册P19：4，6 下册P44：3，4，7，9，11
4. 乙烷进行热裂解，其活化能为75kJ/mol，问923K时的分解速率比773K时 的快多少倍？(设指前因子A为常数)。
解： 根据 kk0eE/RT 不同温度下的速率常数之比为：
k2 k1
k eE/ RT2 0
k eE/ RT1 0
E 1 1