反应工程第五章习题答案
化学反应工程习题（第五章）
5.1乙炔与氯化氢在HgCl 2-活性炭催化剂上合成氯乙烯的反应
2223C H HCl C H Cl +? ()A ()B ()C
其动力学方程式可有如下种种形式：
(1) 2
(/)/(1)A B C A A B B C C r p p p K K p K p K p κ=-+++ (2) /(1)(1)A B A B B B C C A A r K K p p K p K p K p κ=+++ (3) /(1)A A B A A B B r K p p K p K p κ=++
(4) /(1)B A B B B C C r K p p K p K p κ=++
试说明各式所代表的反应机理和控制步骤。
解：（1） A A σσ+?
B B σσ+?
A B C σσσσ+?+ （控制步骤） C C σσ?+
（2） 11A A σσ+?
22
122111
B B A B
C C C σσσσσσσσ+?+→+?+（控制步骤） （3） A A σσ+?
B B σσ+?
A B C σσ+→+ （控制步骤）
（4） B B σσ+?
A B C σσ+→ （控制步骤） C C σσ?+
5.2 在Pd-Al 2O 3催化剂上用乙烯合成醋酸乙烯的反应为 243222321C H C H C O O H O C H C O O C H H O 2
++
?+
实验测得的初速率数据如下[功刀等，化工志，71，2007（1968）.] 115℃, AcOH 200p mmHg =，2
92O p m m H g =。
24()C H p m m H g
70 100 195 247 315 465
5
010(/)
r m ol hr g ??催化剂
3.9
4.4 6.0 6.6 7.25
5.4
注：1mmHg=133.322Pa
如反应机理设想为
2424242422423223232222O ()O O +A cO H A cO H C H C H A cO H C H H C H O A c O O H C H O A c O C H O A c H C H O A c C H O A c H H σσσσ
σσ
σσ
σσσσσσσσ
+?+?+?++?+→+?+?控制步骤
试写出反应速率并检验上述部分数据能与之符合否。 解： 243222321C H C H C O O H O C H C O O C H H O 2
++
?+
（A ） （B ） （C ） （E ） （F ） A A A V
K P θθ=B B B V K P θθ
=C V
θ=
1D s A B A B V k K K P P θθ= E E E V
K P θθ= F F F V K P θθ=
2D C 102
'
'
2
2323()
()
V s A
A
A A r k K P P r K K P K K P θθθ=
==
==
=
++='
'
23A
K K P +
24()C H p m m H g
70 100 195 247 315 465
5
010(/)r m ol hr g ??催化剂
3.9
4.4 6.0 6.6 7.25
5.4
3
10
-
1.34
1.51 1.80 1.93
2.08 2.93
A P 作图，基本上为一直线。
∴上述数据与反应速度式基本符合。 5.3
某反应A R S ??
→+，其动力学方程式为 (/)/(1)A A A R S A A R R r kK p p p K K p K p -=-++
试导出平推流式的等温积分反应管中转化率X A 与W/F AO 的关系式。 解：设总压不变且0000(0)A R S p p p p p ==== 2111
A δ-=
=
000(1)(1)(1)1(1)
(1)
A A A A A A A A A A
A A p x x x p p p y x x x δ---=
=
=
+++
同理： 1A R s A
x p p p x ==
+
将各p 值代人题中给出的动力学方程式，并简化得：
2
2
2
(1)/()A r a x bx cx d -=-++
式中： 2
1p a k
=+
1(
)/R A A
b K K k K p
=+- 2(
)/R A c K kK p
=+ 1(
)/A A d K kK p
=+ A x x =
并设A r -是以单位床层体积为基准的，反应管中堆积密度为B p （不应存在密度项）。
22
2
2
2
2
2
0111f f f x x x A B
W x
x d b dx c dx d dx F a x
a x
a x
ρ=++---?
??
2
2
2
2
2
11212112
12
11ln
ln(1)212f f f f f x x x x x f f f
f
b
x b
x x d
d
dx dx c dx dx dx
a
ax
a
ax
a x
ax
ax
ax b d
c a x bx a
ax a
=
-
+++
-+--+++=
-
---???
??
5.4
在200℃下，苯在Ni 催化剂上加氢。已知催化剂微孔的平均孔径4.0mm ，求总压分别为0.1Mpa 及3.5MPa 下氢的扩散系数。
解：由陈甘棠（81版）表5.3-4查得：
266:/59.7:/412.3
H k C H k ξξ==
10
2.827105.349
m
σσ-=?=
设本系统可由苯与氢的二组分系统代表，则由（5.3-62）及（5.3-63）式，得：
1/2
1/2
11()(2.827 5.349) 4.088
2
2
()
(59.7412.3)157.0A B A
B A B A B k k
σσ
σξξξ=
+=
+===?=
故： /473/157.030.1AB kT ξ==
由表5.3-3查得： 0.9483AB Ω=
代入（5.3-61）式：2
66
3/2
22
1
1
(
)
0.8602.01678.11
0.001858(473)
/(4.088)(0.9483)
H
C H
D cm s p p -+
== 当p=0.1MPa=1atm 时 2
66
22
0.860/0.860/1
H
C H
D cm s cm s -==
当p=3.5MPa=35atm 时 26
6
22
0.860/0.02457/35
H
C H
D cm s cm s -==
至于努森扩散则由（5.3-65）式计算，它与总压是无关的。 1/2
2
4739700(0.4)(
)
59431.5/2.016
K D cm s ==
由此可知，由于孔径较大，努森扩散的影响可以忽略。
解法2：由于孔径4mm 很大，因此直接用分子扩散的公式（参考朱炳晨的书）
5.5 异丙苯在催化剂上裂解而生成苯，如催化剂为微球状，d p =0.4cm ，ρp =1.06g/cm 3， εp =0.52, S g =350m 2/g ，求在500℃，0.1Mpa 时，异丙苯的微孔中的有效扩散系数。设已知微
孔的曲折因子τ=3，异丙苯-苯的分子扩散系数为0.155cm 2
/s 。
解： 7
4
2220.52 2.810
1.0635010
g g
g
p g
V a cm S S ξρ-?==
==???
孔径很小属努森扩散区：
7
3
2
3
2
33
3
2
50027397009700 2.810
6.8910
/1201
1 6.6010
/11
1/1/0.155
6.8910
0.52 6.6010
1.1410/3
k k k A B
D e D cm s
D cm s D D D D D cm s
ξτ
------+==??=?=
==?≈++
???=
=
=?
迷宫因子是催化剂中的一种加速或者减弱催化的酶的催化系数，这个系数决定了催化的速度。
5.6兹有直径为0.2cm 高0.2cm 及直径为0.8cm 高0.8cm 的两种催化剂粒子分别在等温的管中进行测试，填充体积为150cm 3，床层空隙率0.40，所用气体流量均为3cm 3/s ，粒子孔隙率均为0.35，迷宫因子0.20，反应为一级不可逆，对直径为0.2cm 催化剂，达到的转化率为66%，而对直径为0.8cm 的催化剂则为30%，如气体密度不变，问： （1）这两种床层催化剂有效系数是多少？ （2）气体真实的扩散系数为多少？ 解：（1）设等比表面当量球半径R p1, R p2： 表面积/体积
2
2
2
2
4222423
p P
R R R R
R R
R πππππ?+?=
? ，故P R R =
∴ 110.2/20.1P R R cm ===，220.8/20.4P R R cm ===， 12
0.1
0.250.4
P P R R =
= 一级反应催化剂有效系数与浓度无关，分别设为η1，η2 '
00'
01
1ln
(1)
1A f A f x x p A A v A A f v
A f
A
dx dx
c c k c x k x r τηη===
---?
?
式中'
A r -，'
p τ均以催化剂粒子体积为基准：
'
211ln
1.07910.66
p k τη==-， '
221ln
0.35710.3
p k τη==-
121212/ 3.02
//0.25
P P R R ηη??=??
==? 根据式（5.3-91）计算，3
1
1
(
)tan s s
s
η???=
-
，用试差法求得：
1 3.29?= 213.16
?= 10.637η= 20.211η= 此算法均是将圆柱子化作当量球形求解。 （2）'
1
1.079
v p
k τη=
（或
'2
0.357
p
τη） '
(1)
1500.6
30()3
R p V s V ετ-?=
=
=
2
1.079
5.6510(1/)300.637
v k s -=
=??
由式（5.3-78）
2
22
5
2
121
5
5
2
0.1 5.6510
5.2210
/3.292
0.2 5.2210
2.9810
/0.35
P v
e e p
R k D cm s
D D cm s
?
τ
ε----??=
=
=???=
=
=?
5.7 某组分A 在540℃下的催化剂上反应，其速率式为 13
2
()8.3610
A A r p --=? /
m o l s g ?催化剂
φA 的单位为Pa 。如催化剂颗粒的密度为0.8g/cm 3，当量直径为0.3cm ，颗粒外表面上A 的
分压为p A,s =1.2×104Pa ，A 的组分在粒内的扩散系数为0.020cm 2
/s,求催化剂的有效系数。 解：用浓度表示时 13
2
22
()8.36
10(
)A p
A v A
r R T c k c ρ
--=?= PV=nRT 故：-r A 13
2
2
5
2
8.3610
(0.80)(8.314813) 3.055610v A A k c c --=??=?
又R=0.3cm 代入（5.3-77）
0.01562s φ====
于是从图5.3-11中查得：η=0.91
5.8 某一加氢化反应，在0.2Mpa 及80℃下进行，如粒子的ρp =1.16g/cm 3，λe =1.065×10
-1
w/m ﹒K ，H 2在粒内的扩散系数D e =3.0×10-2cm 2
/s,反应热△H=-180Kj/mol ，反应的活化能为62.8Kj/mol ，如反应组分在进料气中占20%，而用无内扩散影响的细粒子测得的反应速率为
10×10-7
mol/s ﹒g 催化剂，试估算粒度为d p =1.30cm 时的反应速率。 解： 2
2
11()
()A A s
e
As
e
As
R
R
r r A D c D c ηηΦ=
-=
-=
式中()A s r -为以粒子体积为基准的粒子表面反应速度。
3
2
2
723
3
3
12
120%0.0069/0.082(27380)
1.3
()
112()1010 1.16 2.373100.006910()180100.0069100.072
1.46510
10
(27380)
62.8100021.4
8.314(27380)
A A s A s
e
A s
e A s
e s
p c m ol m
R T
R
A r D c H D c T E r R T
βλ------?=
=
=+=
-=
????=??-????=
=
=??+?=
=
=+。 由0.072β=， 2.37ηΦ=在图5.3-16上试查得2Φ=， 1.3η=。
5.9 有一气-固相非催化反应
()A g + 2()B s ??
→ ()R s 已知固体颗粒直径为2cm ，颗粒表面的分压为0.09Mpa ，反应速率由灰层内A 的扩散所控制，
该扩散系数为0.020cm 2/s 。如用缩核模型，求当B 转化到40%及80%时所需的时间和当时的反应速率。
解：由题意可得，反应速率由灰层内扩散所控制，且为缩核模型：
简化 2
2
2
2
6
4
()(210
/2)8.3142
6662210910
B B B e Ag
e Ag
d
R T
R
T
bD c bD p ρρτρ--??=
=
=
?????
又
2/3
13(1)2(1)
A
A t
x x τ
=--+
-
∴
2/3
4
4
12/3
4
4
213(10.4)2(10.4)0.80573.85103.10
10
13(10.8)
2(10.8)1.13
3.8510
4.3610
B B B B
t T T t T T τρρτρρ--
-
-
??=--+-=??=?
????=--
+-=
??=???
又 3
1()c A r
x R
=-，当0.4A x =时，3
0.41(
)c r R
=- ? 10.1687c r =应为r B
当0.8A x =时，3
0.81(
)c r R
=- ? 10.1170c r =
5.10 一含有15%反应组分A 和85%惰性组分的混合气体在总压0.2Mpa 下通过含反应组分
B2.6×10-6mol/cm 3
的60℃恒温液体，已知在该条件下，反应器中的持液率为0.85，比表面
积为2.8cm 2/cm 3,传质系数k LA =0.066cm/s ，扩散系数D LA =2.0×10-5cm 2
/s ，亨利常数H A =1.18
×107
Pa/mol/l,化学反应速率式
3
18.4/A A B r c c m ol cm s -=?
如气相传质阻力可以忽略，而液相中A 的传质阻力需加考虑，问这时以单位容积计的反应速
率为多少？
解：（陈甘棠81版P314）
由已知可得，按拟一级反应处理，由（8-2-12）式
5
//0.066 4.68710
lA
k
γ-
===?
故0.02
γ≤，虽属慢反应，但传质仍有影响。
'()()
/(1/)
A L A L A
B L A A i A
A A i L
B L A
r r k c c k a c c
c c k c k a
εε
ε
-=-==-
=+
又：
5733
3633 /2.0100.15/(1.1810)2.54210/
2.54210/10.8518.4(2.610)/(0.066
3.0)2.541
10/
A i A A
A
c p H m o l c m
c m o l c m
-
---==???=?
??
=?+????=?
??
因此反应速度为：
37
()0.066 3.0(2.542 2.541)10 3.9610
A LA Ai A
r k a c c--
-=-=??-?=?
气体的溶解度有两种表示方法。（1）在一定温度下，气体的压强（或是该气体的分压，不包
括水蒸气的压强）在101kPa下，溶解在1体积水里达到饱和状态时溶解的气体的体积（将
非标准状况时气体的体积换算成标准状况时的体积数），就是这种气体在水里的溶解度。例
如在0℃，氮气的溶解度是0.024，就是指在0℃，1体积水里最多能溶解0.024体积的氮气。（2）在一定温度下，气体的总压强是101kPa（气体的分压加上当时水蒸气的压强）时该气
体在100g水里溶解的克数。
5.12 含有0.1%H2S的气流在2Mpa，20℃下以含有0.25mol/l甲醇胺的溶液吸收，其反应式
为
222
H S RN H H S RN H
-+
+??→+
此反应属不可逆瞬间反应，已知数据为：
0.030
LA
k a=1/s，10352
6.010/, 1.510/
G A LA
k a m ol cm s Pa D cm s
--
=???=?
52
10/
LB
D cm s
-
=4
1.1510/
A
H P a l m o l
=??（对
22
H S H O
-）
确定适用于操作条件下的速率方程式的型式，并指明比直接在纯水内进行物理吸收快多少？
解：63
2100.1%210
A
p Pa
=??=?0.25/
B
c m ol L
=
首先判别该吸收过程是否在界面上发生：
∵LA LA
LB LB
k D
k D
=∴
5
5
10
0.030.02
1.510
LA
lA LB
LB
D
k a k a
D
-
-
==?=
?
10
333
6.010
10210 1.210/gA A k ap mol L s --=????=??
3
0.02(
)0.25 5.010
/1
L B B k c m ol L s b
-=?=??
故 L B gA A B k k ap c b
<
，说明 反应仅在界面上发生，属于气膜控制，吸收速率式
可简化为 A g A A
r k a p -= 在纯水中的物理吸收速率为A GA A N a k ap = 而 4
1
7
11
1.1510/(
)
(
)0.0301/610
/G A gA LA H Pa l m ol
k a k a
k a
s
m ol l s Pa
--??=+
=+
???
7
4.4810/m ol l s atm -=??? 故 7
7
610
1.234.4810
A A
A A
r p N a
p β---?=
=
=?
反应工程第五章习题答案
化学反应工程习题（第五章） 5.1乙炔与氯化氢在HgCl 2-活性炭催化剂上合成氯乙烯的反应 2223C H HCl C H Cl +? ()A ()B ()C 其动力学方程式可有如下种种形式： (1) 2 (/)/(1)A B C A A B B C C r p p p K K p K p K p κ=-+++ (2) /(1)(1)A B A B B B C C A A r K K p p K p K p K p κ=+++ (3) /(1)A A B A A B B r K p p K p K p κ=++ (4) /(1)B A B B B C C r K p p K p K p κ=++ 试说明各式所代表的反应机理和控制步骤。 解：（1） A A σσ+? B B σσ+? A B C σσσσ+?+ （控制步骤） C C σσ?+ （2） 11A A σσ+? 22 122111 B B A B C C C σσσσσσσσ+?+→+?+（控制步骤） （3） A A σσ+? B B σσ+? A B C σσ+→+ （控制步骤） （4） B B σσ+? A B C σσ+→ （控制步骤） C C σσ?+ 5.2 在Pd-Al 2O 3催化剂上用乙烯合成醋酸乙烯的反应为 243222321C H C H C O O H O C H C O O C H H O 2 ++ ?+ 实验测得的初速率数据如下[功刀等，化工志，71，2007（1968）.] 115℃, AcOH 200p mmHg =，2 92O p m m H g =。 24()C H p m m H g 70 100 195 247 315 465 5 010(/) r m ol hr g ??催化剂 3.9 4.4 6.0 6.6 7.25 5.4 注：1mmHg=133.322Pa
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: %1002 21004.27?+ +--y x y x =6.983%
空气： %1002 210023279.54?+ +-- y x y x =40.19% 水： %10022100281.17?+ +++y x y x =34.87% HCHO: %10022100?+ +y x x =17.26% CO 2: %1002 2100?+ +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 2 1.46 0.82
反应工程题库
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.（）和（）一起，构成了化学反应工程的核心。〔三传；反应动力学〕 3.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） 4.化学反应和反应器的分类方法很多，按反应系统涉及的相态分类，分为：（）和（）。 5.化学反应和反应器的分类方法很多，按操作方法分为（）操作、（）操作和（）操作。 6.化学反应和反应器的分类方法很多，按传热条件分为（）、（）和（）。 选择1. ( ) “三传一反”是化学反应工程的基础，其中所谓的一反是指。 A 化学反应 B 反应工程 C 反应热力学 D 反应动力学, 2. ( ) “三传一反”是化学反应工程的基础，下列不属于三传的是。A能量传递B质量传连C 热量传递D 动量传递 3. （）按反应器的型式来分类，高径比大于30的为 A.管式反应器B槽式反应器C塔式反应器D釜式反应器 三、判断 1.物理过程不会改变化学反应过程的动力学规律，即化学反应速率与温度浓度之间的关系并不因为物理过程的存在而发生变化。（） 2.流体流动、传质、传热过程不会影响实际反应的温度和参与反应的各组分浓度在时间、空间上的分布，最终影响反应结果。（） 四、简答 1.利用数学模型解决化学反应工程问题的步骤？ 第一章均相单一反应动力学和理想反应器 1.均相反应是指（）。
2.如果反应体系中多于一个反应物，在定义转化率时，关键组分A 的选取原则是（ ）。 3. 当计量方程中计算系数的代数和等于零时，这种反应称为( ) ，否则称为( ) . 4. 化学反应速率式为β αB A C A C C K r =-，如用浓度表示的速率常数为C K ，用压力表示的速率常数P K 则 C K ＝( )P K . 5. 活化能的大小直接反映了( )对温度的敏感程度. 6.化学反应动力学方程有多种形式。对于均相反应，方程多数可以写成（ ）或（ ）。 7.对于反应器的开发根据（ ）来选择合适的反应器，结合（ ）和（ ）两方面特性来确定操作方式和优化操作条件。 8.物料在反应器的混合，依据停留时间分为（ ）（ ）。 9.按返混情况的不同，理想流动反应器可分为（ ）、（ ）、（ ）。 10.在设计和分析反应器时，经常涉及（ ）、（ ）、（ ）、（ ）四个量。其中定义为反应器有效容积V R 与流体特征体积流率V 0之比值为（ ）。 二、选择 1.其定义为反应器有效容积V R 与流体特征体积流率V 0之比值的量为（ ） A 反应时间t r B 停留时间t C 空间时间τ D 空间速度S V 2. 下列那一项不属于间歇反应器中的非反应时间（ ） A 投料时间 B 放料时间 C 清洗时间 D 搅拌时间 3.化学反应222222NO H N H O +?+，其中化学反应计量系数为+2的是哪种物质( ) A.NO B.H2 C.N2 D.H2O 4对于一非恒容均相化学反应B A B A αα?，反应组分A 的化学反应速率 A r -= （ ） A ．Vdt dn r A A -=- B. Vdt dn r A A =- C. dt dC r A A =- D.dt dC r B A =- 5．对于反应aA + bB 一pP ＋sS ，则=p r （ ）(-A r )
化学反应工程课后答案
1 绪 论 1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应： 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： （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 mol n 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 mol n O =n O0-1/2n P -3/2n C =0.8788 mol n N =n N0=43.28 mol 1. 1. 2其主副反应如 下： 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 原料气 Bkg/h 粗甲醇 Akmol/h
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 ) 2 O 3.55%,C 3 H 9 OH 1.10%,H 2 O 6.20%,均为 重量百分率。在操作压力及温度下，其余组分均为不凝组分，但在冷凝冷却过程中可部分溶解于粗甲醇中，对1kg粗甲醇而言，其溶解量为CO 2 9.82g,CO 9.38g,H 2 1.76g,CH 4 2.14g,N 2 5.38g。若循环气与原料气之比为7.2（摩尔比）， 试计算： （1）（1）一氧化碳的单程转换率和全程转化率； （2）（2）甲醇的单程收率和全程收率。 解：（1）设新鲜原料气进料流量为100kmol/h，则根据已知条件，计算进料原料 i i i i i m i i 。 M’ m =∑y i M i =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N 2 作衡算 得： 5.38B/28×1000+0.1029A=2.92 (A) 对整个系统就所有物料作衡算得： 100×10.42=B+9.554A (B) 联立（A）、（B）两个方程，解之得 A=26.91kmol/h B=785.2kg/h 反应后产物中CO摩尔流量为
反应工程期末考试试题
反应工程期末考试试题集团文件发布号：（9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-
化学反应过程 简答填空名词解释 1.任何化工生产，从原料到产品都可以概括为原料预处理，化学反应过程和产物 的后处理三个组成部分，而化学反应过程是整个化工生产的核心。 2.工业反应器中对反应结果产生影响的主要物理过程是：1，由物料的不均匀混合 和停留时间不同引起的传质过程；2，由化学反应的热效应产生的传热过程； 3，多相催化反应中在催化剂微孔内的扩散与传热过程。 3.化学反应和反应器的分类：1.按反应系统设计的相态分类分为：○1均相反应， 包括气相均相反应和液相均相反应；○2非均相反应，包括气-固相、气-液相、液-固相、气-液-固相反应。2.按操作方式分类分为：间歇操作，连续操作和半连续操作。3.按反应器型式来分类分为：管式反应器，槽式反应器和塔式反应器。4.按传热条件分为：等温反应器，绝热反应器和非等温绝热反应器。化学反应工程的基本研究方法是数学模型法。 4.反应速率：单位反应体系内反应程度随时间的变化率。 5.反应动力学方程：定量描述反应速率与影响反应速率因素之间的关系式。 6.半衰期：反应转化率从0变成50%所需时间称为该反应的半衰期。 7.建立动力学方程的方法有：积分法、微分法、最小方差分析法。 8.反应器开发的三个任务：○1根据化学反应动力学特性来选择合适的反应器型 式；○2结合动力学和反应器两方面特性来确定操作方式和优化操作条件；○3根据给定的产量对反应装置进行设计计算，确定反应器的几何尺寸并进行评价。 9.反应器设计计算所涉及的基础方程式就是动力学方程式、物料衡算方程式和热 量衡算方程式。
反应工程(第三版)第五章答案停留时间分布与反应器
5 停留时间分布与反应器 5.1设F(θ)及E(θ)分别为闭式流动反应器的停留时间分布函数及停留时间分布密度函数，θ为对比时间。 （1） （1） 若该反应器为活塞流反应器，试求 （a ） （a ） F(1)(b)E(1)(c)F(0.8)(d)E(0.8)(e)E(1.2) (2)若该反应器为全混流反应器，试求 （a ）F(1)(b)E(1)(c)F(0.8)(d)E(0.8)(e)E(1.2) (3) 若该反应器为一个非理想流动反应器，试求 （a ）F(∞)(b)F(0)(c)E(∞)(d)E(0)(e)0∞ ? ()E d θ? (f)0∞ ? ()E d θθ? 解：（1）因是活塞流反应器，故符合理想活塞流模型的停留时间分布，由（5.33-5.36）式可得： (a)F(1)=1.0(b)E(1)=∝(c)F(0.8)=0(d)E(0.8)=0(e)E(1.2)=0 （2） （2） 因是全混流反应器，故符合理想全混流模型的停留时间分布，由 （5.33-5.36）式可得： （a ）F(1)=1-e -1=0.6321 (b)E(1)=e -1=0.3679 (c)F(0.8)=1- e -0.8=0.5507 (d)E(0.8)= e -0.8=0.4493 (e)=E(1.2)=0.3012 （3） （3） 因是一个非理想流动反应器，故可得： （a ）F(∞)=1 (b)F(0)=0 (c)E(∞)=0 (d)1>E(0)>0 (e)0 ∞?()E d θ? =1 (f) 0 ∞ ? ()E d θθ? =θ 5.2用阶跃法测定一闭式流动反应器的停留时间分布，得到离开反应器的示踪剂与时间的关系如下： 022 2313 ≤??=-≤≤??≥? ()t c t t t t 试求： （1） （1） 该反应器的停留时间分布函数F(θ)及分布密度函数E(θ)。 （2） （2） 数学期望θ及方差2 θσ。
反应工程复习题
化环09030904反应工程复习大纲 一. 填空题 1.化学反应速率可以表为前提是▁▁▁▁。（反应体积恒定 考点：反应速率的定义，恒容） 2.化学反应过程按操作方法分为_______、_______、_______操作。（间歇操作、连续操作、半间歇操作）（理解连续与间歇） 3. 对于反应，则_______。（）（考点：反应物和产物的速率之比等于其化学计量系数之比） 4化学反应速率式为，用浓度表示的速率常数为，假定符合理想气体状态方程，如用压力表示的速率常数，则=_______。（）（以浓度表示的速率常数与分压速率常数的换算关系） 5在构成反应机理的诸个基元反应中，如果有一个基元反应的速率较之其他基元反应慢得多，该步骤的反应速率即代表整个反应的速率，其他基元反应可视为处于_______。（拟平衡态） （考点：理解拟平衡态、速率控制步骤的定义，用于推导非基元反应动力学） 6如果平行反应均为一级不可逆反应，若＞，提高选择性应_______。(提高温度)（考点：主反应活化能大于副反应活化能，升温提高选择性，反之则反，还应注意主反应级数高于副反应级数时应采用高浓度操作，对应应该采用什么样的加料方式或什么类型的反应器？） 7一级连串反应在平推流反应器中，为提高目的产物P的收率，应 ______。（降低）（考点：提高连串反应选择性的途径，还包括间歇反应釜中的最佳反应时间和连续反应器的体积（OR空时OR停留时间）问题） 8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。物理吸附的吸附热要_______化学吸附热，物理吸附是_______分子层吸附，而化学吸附是_______分子层吸附（范德华力、化学键力、小于、多、单）（考点：比较物理和化学吸附的区别，包括结合力）吸附层数，吸附热等区别） 9气体在固体表面上发生吸附时，描述在一定温度下气体饱和吸附量与吸附压力（或吸附物质在相中浓度）的关系式称为_______。（吸附等温方程）（吸附等温式的定义，注意是饱和吸附量） 10.在轴扩散模型中，彼克莱准数_______，（）Pe很大时，即扩散系数相对非常小，反应器中物料的流动形态接近______。（平推流或活塞
天津大学反应工程第二版课后习题答案
检测方法及方法确认作业指导书 天津大学：《反应工程》（第二版） 习题答案 1 绪论 1.1 在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应： 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（X）达72%，甲醛的收率（Y）为69.2%。试计算：（1 ）反应的选择性（S）；（2）反应器出口气体的组成（摩尔分率%）。 解：（1）由（1.7）式得反应的选择性为： （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）， 设甲醇的转化率为X A ，甲醛的收率为Y P ，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 mol，n 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 mol n O=n O0-1/2n P-3/2n C=0.8788 mol n N=n N0=43.28 mol 组分摩尔数（mol）摩尔分率% CH 3 OH 7.672 6.983 HCHO 18.96 17.26 H 2 O 38.3 34.87 CO 2 0.7672 0.6983 O 2 0.8788 0.7999 N 2 43.28 39.39 组分摩尔分率y i0 摩尔数n i0 (mol) CH 3 OH 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
《化学反应工程》第五版(朱炳辰)课后习题答案
第一章 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 mol n 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 mol n O =n O0-1/2n P -3/2n C =0.8788 mol n N =n N0=43.28 mol
1. 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。在操作压力及温度下，其余组分均为不凝组分，但在冷凝冷却过程中可部分溶解于粗甲醇中，对1kg 粗甲醇而言，其溶解量为CO 2 9.82g,CO 9.38g,H 2 1.76g,CH 4 2.14g,N 25.38g 。若循环气与原料气之比为7.2（摩尔比），试计算： （1） （1） 一氧化碳的单程转换率和全程转化率； （2） （2） 甲醇的单程收率和全程收率。 解：（1）设新鲜原料气进料流量为100kmol/h ，则根据已知条件，计算进料原料
反应工程题库
绪论． 1、化学 反应 工程 是 一门 研究（ 题） 2.（ ）和（ ）一 起，构成了化学反应工程的核心。〔 三传；反 应动力学〕 3. 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） 4. 化学反应和反应器的分类方法很多，按反应系统涉及的相态分类，分为： （ ）和（ ）。 5. 化学反应和反应器的分类方法很多， 按 操 作 方 法 分 为 （ ） 操 作 、（ ） 操 作 和（ ） 操作。 6. 化学反应和反应器的分类方法很多，按传热条件分为（ ）、（ ） 和（ ）。 选择 1. （ ） “三 传一 反” 是化 学反 应工程 的基础， 其中 所谓的 一反 是 指。 A 化 学反 应 B 反应 工程 C 反应 热力 学 D 反应 动力 学 , 2. （） “三传一反”是化 学反应工程的基础，下列 不属于三传的是。A 能量传递B 质量传 连C 热量传递D 动量传 递 3. （ ）按反应器的型式来分类，高径比大于 30 的为 A. 管式反应器 B 槽式反应器 C 塔式反应器 D 釜式反应器 三、判断 1. 物理过程不会改变化学反应过程的动力学规律， 即化学反应速率与温度浓度之间 的关系并不因为物理过程的存在而发生变化。 （ ） 2. 流体流动、传质、 传热过程不会影响实际反应的温度和参与反应的各组分浓度在 时间、空间上的分布，最终影响反应结果。 （ ） 四、简答 1. 利用数学模型解决化学反应工程问题的步骤？ 第一章 均相单一反应 动力学和理想反应器 1. 均相反应是指（ ）。 2. 如果反应体系中多于一个反应物，在定义转化率时，关键组分 （ ）。 3. 当计量方程中计算系数的代数和等于零时，这种反应称为 （ 为 （ ） . 4. 化学反应速率式为 rA KCCACB ，如用浓度表示的速率常数为 的速率常数心则 K —（ ） K p . 5. 活化 能的 大小 直接反 映了（ ） 对温度 的敏 感程 度. 6. 化学反应动力学方程有多种形式。 对于均相反应，方程多数可以写成 （ ） 或（ ）。 7. 对于反应器的开发根据（ ）来选择合适的反应器，结合 （ ）和（ ）两方面特性来确定操作方式和优化操作条件。 8. 物料在反应器的混合，依据停留时间分为（ ）（ ）。 ）的 科学。（ 化学 反应 的工 程问 A 的选取原则是 ） ，否则称 K C ，用压力表示
反应工程课后答案
第二章 均相反应动力学 1、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。 2A A min 18A0min 8A0A A A0d d 2 19.019.0181)(21 8.018.081)(11kc t c kc kc x x c kt =-= -?== -?=-?= 为假设正确，动力学方程 3、 在间歇反应器中有一级液相可逆反应P A ?，初始反应时C A0=0.5mol/L ，C P0=0 反应8min 后，A 的转化率为1/3，而平衡转化率是2/3，求此反应的动力学方程式。 解：p A A C k C k dt dC 21-=- 210021 22)1(k k x C x C C C K k k Ae A Ae A Ae Pe ==-===即 根据一级可逆反应积分式 1212121min 08664.08 2 ln 3 1 3 2ln 18ln 1-== +∴+=-+=k k k k x x x k k t A Ae Ae 121 1min 02888.0min 05776.0--==∴k k P A p A A C C C k C k dt dC 02888.005776.021-=-=- 5、恒温恒容的气相反应A →3P ，其动力学方程为V n k dt dn V r A A A =- =-1)(，在反应过程 中系统总压p t 及组分A 的分压均为变量，试推导 )(A t p f dt dp =的表达式。
解：A t A A A t A A A A A A A A t A A t A A A t kp dt dp RT p k kc V n k dt dp RT dt dp RT dt dp RT dt dc r V n k dt dn v r dt dp dt dp p p p p p p p 221211(1)(22)(3)0 0======-=-=-=-=--=--=-+=得即 8、纯气相组分A 在一等温等容间歇反应器中按计量式P A 5.2?进行反应，实验测得如下 数据， 时间/min 0 2 4 6 8 10 12 14 ∝ 分压p A /MPa 0.1 0.08 0.0625 0.051 0.042 0.036 0.032 0.028 0.020 用积分法求此反应的动力学方程式。 解：由于当∞→t 时，02.0=A p 常数，因此假设为一级可逆反应。 ）即，即，达到平衡时，020220 20220212 1212 10215 1 (5.125.25.125.25.210)(5.2101002 .02.02.0)02.01.0(5.2)(5.25.2A A A A A A A A A A A Ae pe pe Ae A A p p A A p p k p k p k p k p k p k p p k p k dt dp k k p p k k RT p k RT p k MPa p p p c k c k dt dc p A e - =-=-+-=-?-=- ====∴ ==-=-=-=-→∞
反应工程习题--答案
A B。试以产物B的 6.1、在半径为R的球形催化剂上，等温进行气相反应 浓度C B为纵座标，径向距离r为横座标，针对下列三种情况分别绘出产物B的浓度分布示意图。 （1）化学动力学控制 （2）外扩散控制 （3）内、外扩散的影响均不能忽略 图中要示出C BG，C BS及C Be的相对位置，它们分别为气相主体、催化剂外表面、催化剂颗粒中心处B的浓度，C Be是B的平衡浓度。如以产物A的浓度CA为纵座标,情况又是如何? 解(1)以产物B的浓度为纵座标 (2)以产物A的浓度为纵座标 6.3 某催化剂,其真密度为3.60g/cm3,颗粒密度为1.65g/cm3,比表面积为100m2/g.试求该催化剂的孔容,孔隙率和平均孔半径. 解: 6.13 在150℃,用半径100μm的镍催化剂进行气相苯加氢反应,由于原料中氢大量过剩,可将该反应按一级(对苯)反应处理,在内,外扩散影响已消除的情况下,测得反应速率常数k p=5min-1, 苯在催化剂颗粒中有效扩散系数为0.2cm2/s,试问: (1)在0.1Mpa 下,要使η=0.8,催化剂颗粒的最大直径是多少? (2)改在2.02Mpa下操作,并假定苯的有效扩散系数与压力成反比,重复上问 的计算. (3)改为液相苯加氢反应,液态苯在催化剂颗粒中的有效扩散系数10-6cm2/s. 而反应速率常数保持不变,要使η=0.8,求催化剂颗粒的最大直径. 解: 用试差法从上二式可解得当η=0.8时,需d p<6.36cm (2)2.02Mpa时,De≈0.2×0.101/2.02=0.01 cm2/s,与此相对应: 同上法可求得当η=0.8时,需d p<1.42cm (3)液相反应时,De=1×10-6cm2/s,与此相应的φ为21.51dp,同上法可求得当η=0.8时,需d p<0.0142cm. 6.14 一级不可逆反应A B,在装有球形催化剂的微分固定床反应器中进行温度为400℃等温,测得反应物浓度为0.05kmol/m3时的反应速率为 2.5 kmol/m3床层﹒min ,该温度下以单位体积床层计的本征速率常数为k v=50s-1,床层孔隙率为0.3,A的有效扩散系数为0.03cm2/s,假定外扩散阻力可不计,试求: (1)反应条件下催化剂的内扩散有效因子 (2)反应器中所装催化剂颗粒的半径 实验测得(-R A)=0.0417 kmol/s﹒m3床层, 解上二式得η=0.0167,可见内扩散影响严重. 由η=1/φ=1/8.13dp=0.0167,可解出dp=7.38cm,即反应器所装催化剂的颗粒半径为3.69cm. 6.15 在0.10Mpa,530℃进行丁烷脱氢反应,采用直径5mm的球形铬铝催化剂,此催化剂的物理性质为:比表面积120m2/g,孔容0.35cm3/g,颗粒密度1.2g/cm3,曲节因子 3.4.在上述反应条件下该反应可按一级不可逆反应处理,本征反应速率常数为0.94cm3/gs,外扩散阻力可忽略,试求内扩散有效因子. 解:丁烷分子量为58,λ=10-5cm,
化学反应工程原理(华东理工大学版)第五章答案
华理版 5-1 解：因为是一级反应，对于PTF 反应器有： () 1ln 1A k x τ=-解得k τ=2.30 对于CSTR 反应器有：()1A A x k x τ= - 解得：A x =0.7 5-2 解：依题意得：()0121A A A x c k x τ= - 解得01A c k τ=2 当其它条件不变，而体积是原来的六倍时，02A c k τ=601A c k τ=12 通过()0221A A A x c k x τ=-=12 解得A x =0.75 5-3 解：对管式反应器：() 11ln 0.9161A k x τ==- 对CSTR 反应器有：() 2 2.3331A A x k x τ= =- 根据阿累尼乌斯公式： 383.610/42310R k k e -?= ； 3283.610/20T R k k e -?= 3 2383.610/0283.610/42310 2.55T R R k e k k k e -?-?== T 2=440K 5-4 解： 5-5 解：假设反应为n 级，则：
500010.10.920.1500010.250.75150.25n n A n n A kc k kc k -==-== 解得n=2，所以有： /286200.10.00036E R k e -= /357200.10.00225E R k e -= 解得E=21.87kJ 5-6 解： 每天的醋酸丁酯的物质的量为2400/116=20.69kmol 每小时醋酸丁酯的物质的量为20.69/（24×60）=0.0144 kmol/min 所以每小时醋酸的物质的量流量为0.0144×2=0.0288 kmol/min 丁醇每小时物质的量流量为0.0288×4.97=0.143kmol/min v 0为（0.0288×60+0.143×74）÷0.75=16.41L/min c A0=1.756×10-3 kmol/L 假设反应器的体积为V ，则 () 3 2300.51.7561016.4117.40.51.75610V V v --??==??? V=1074L=1.074m 3 5-7 证明：010********A A A Af c V v k c V c v k c ??=- ??? ??=- ? ??? （式A ） 000112111A A A Af v c v c V V k c k c ????+=-+- ? ? ????? 对上式求导，() 1210A d V V dc +=时，12V V +有最小值。 () 1201012111A A A A A Af d V V v c c c dc k c c ??+--+=+ ? ?? ?=0 解得1A c 把上式代入式A ，可得1200 V V v v =
反应工程总复习题(答案)
化学反应工程试题答案 一、单选题：（共60小题，每题0.5分） 1、化学反应工程是研究如下问题的学科：（A） A、化学反应器工程问题 B、化工单元操作 C、反应器特性 D、传递特性 2、化学反应工程研究的对象是：（A） A、化学反应器 B、单元操作 C、化工流程 D、化学工艺 3、连续操作的反应器的独立变量为（C） A、浓度 B、反应时间 C、反应器体积大小 4、理想混合的间歇反应器的独立变量为（B） A、反应速率 B、反应时间 C、反应空间 5、连续操作的理想混合流反应器的独立变量是：（C） A、反应物浓度 B、反应时间 C、反应空间 6、间歇操作的反应器所具有的特点包括：（A） A、参数随时间变化 B、参数随空间变化 C、累积量为零 D、累积量不为零 7、在对理想的全混流反应器进行物料衡算时，下面哪些量为零：（D） A、流入量 B、流出量 C、反应量 D、累积量 8、在对定常态操作的反应器进行物料衡算时，下面哪些量为零：（D） A、流入量 B、流出量 C、反应量 D、累积量 9、稳定的定常态操作点符合如下条件：（A） A、移热速率大于放热速率 B、移热速率小于放热速率 C、移热速率等于放热速率 10、若CSTR的某一操作点是稳定的定常态操作点，则该操作状态具有的特点是：（C） A、移热速率大于放热速率 B、移热速率小于放热速率 C、移热速率等于放热速率 11、在CSTR中进行一级不可逆反应，最多可以有几个定常态操作点？（D） A、0 B、1 C、2 D、3 E、4 12、对于反应级数大于零的反应，下述情况哪种容积效果最高？（C） A、单釜CSTR B、多釜CSTR C、PFR
李绍芬《反应工程》课后习题答案
李绍芬《反应工程》课后习题答案
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） （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），组分 摩尔分率y i0 摩尔数n i0(mol) CH 3OH 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 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 mol n 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 mol n O =n O0-1/2n P -3/2n C =0.8788 mol n N =n N0=43.28 mol 组分 摩尔数（mol ） 摩尔分率% CH 3OH 7.672 6.983 HCHO 18.96 17.26 H 2O 38.3 34.87 CO 2 0.7672 0.6983 O 2 0.8788 0.7999 N 2 43.28 39.39 1. 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 +?+
化学反应工程第二版课后答案讲解
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 A+C ? D (2)A+2B ?C B+C ?D C+D →E (3)2A+2B ?C
A+C ?D 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 22 B A 1B C 22B 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 22B 2A 1C C 22B 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。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 2B 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
化学反应工程第五章习题课
第五章 习题课 1. 异丙苯在催化剂上脱烷基生成苯，如催化剂为球形，密度为ρP =1.06kg·m -3，空隙率 εP =0.52，比表面积为S g =350m 2g -1，求在500℃和101.33kPa ，异丙苯在微孔中的有效扩散系数，设催化剂的曲折因子τ=3，异丙苯?苯的分子扩散系数D AB =0.155cm 2s -1。 解 1 233 P e 1 233K AB 1 2370 K 93P g P V g 0s cm 10145.13 10608.652.0s cm 10608.610902.61155.011111s cm 10902.612015.27350010606.548504850m 10606.51060 1035052.0444----------?=??==?=?+=+=?=+??==?=???===τερεD D D D D M T d D S S V d 2. 在30℃和101.33kPa 下，二氧化碳向镍铝催化剂中的氢进行扩散，已知该催化剂的孔容 为V P =0.36cm 3g -1，比表面积S P =150m 2g -1，曲折因子τ=3.9，颗粒密度ρS =1.4g·cm -3，氢的摩尔扩散体积V B =7.4cm 3mol -1，二氧化碳的摩尔扩散体积V A =26.9 cm 3mol -1，试求二氧化碳的有效扩散系数。 解 ()1223/13/15.05.1231B 31A 5.0B A 5.1AB 1 3B 11 3A 1A s cm 6798.007.79.263.1012144115.303436.011436.0mol cm 07.7,kmol kg 2mol cm 9.26,kmol kg 44-----=+??? ??+=?? ? ??+???? ??+==?==?=V V p M M T D V M V M B 121270740s cm 0120.00122.016978.011 s cm 0122.044 15.303106.948504850cm 106.910 15036.044----=+==??===?=??==D M T d D S V d K g g 12P e S g P s cm 00155.09 .3012.0504.0504 .04.136.0-=?===?==τερεD D V 3. 在硅铝催化剂球上，粗柴油催化裂解反应可认为是一级反应，在630℃时，该反应的速 率常数为k =6.01s -1，有效扩散系数为D e =7.82╳10-4cm 2s -1。，试求颗粒直径为3mm 和1mm 时的催化剂的效率因子。 解