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化学反应工程习题解答吴元欣

第一章绪论

1-1解：（1）反应的选择性为：

%11.969611.0720

.0629

.0====

X Y S （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：

组分摩尔分率y i0 摩尔数n i0(mol)

CH 3OH 2/（2+4+1.3）=0.2740 27.4 空气 4/（2+4+1.3）=0.5479 54.79 H 2O 1.3/（2+4+1.3）=0.1781

17.81 总计

100

设甲醇的转化率为X A ，甲醛的收率为Y P ，反应器出口CH 3OH 、CH 3CHO 和CO 2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，H 2O （n W ）、O 2（n O ）和N 2（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

所以，反应器出口气体组成为：

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

1-3解：以100mol 进料为基准，并设x 和y 分别表示环氧乙烷和二氧化碳的生成量，根

据题目给的进料组成和化学计量关系列式：

O H C O H C 422422

?→?+ (1)

O H CO O H C 22242223+?→?+ (2)

可列出下表：

组成反应器进口/%

反应器出口/% C 2H 4 15 15-x-0.5y O 2 7 7-0.5x-1.5y

C 2H 4O 0 x CO 2 10 10+y H 2O 0 y Ar 12 12 N 2 56 56 由于反应器出口气出下面两个方程：

131.02100215=--

-x y x 及 048.02

1002327=-

-x y

x 解得：x=1.504mol y=0.989mol

乙烯的转化量为：1.504+0.989/2=1.999mol 所以，乙烯的转化率为：1.999/15=13.33% 环氧乙烷的收率为：1.504/15=10.03% 反应的选择性为：S=0.1003/.1333=75.24%

1-5解：由丁二烯氧化反应可知，反应过程中，反应混合物的总物质的量发生变化。如果

进料为100mol ，则由氮平衡可算出反应后混合气的量为：

mol 4.1031

.260

.27100=?

其中，正丁烯的量=103.4×0.017=1.758mol

丁二烯的量=103.4×0.0445=4.60mol 若以反应器进料为基准，则正丁烯的转化率

%1.7505.7758

.105.7=-=

丁二烯的收率

%4.6405

.706

.06.4=-=

丁二烯的选择性

%75.85751

.0644.0==

X Y S

1-6解：

设原料的进料量为100Kg/h ，则有质量守恒，出反应器的量也为100Kg/h ，则出反应器的HCHO 为1.6Kg/h ，C 4H 6O 2为7.65Kg/h ：

转化率 %84%100106

.110=?-=

X 单程收率 %37.53%10030102

8665

.7=??=y

总收率 %54.63%10030

6.11028665

.7=?-?=Y 选择性 %54.63%100%

84%37.53=?==X y S

第二章均相反应动力学

2-3解：反应物A 的消耗速率应为两反应速率之和，即

)25.101(6.14.166.122

A A A A D R A C C C C r r R +=+=+=

由dt dC R A A -=得： )25.101(6.1A A A

C C dt

dC +=-

对上式积分：

?????

????

+-+--=+--=?0025.101125.101)1(ln )1ln()125.1025

.101(6.10A A A A A C C A A C C X X dC C C t A A h t 3958.06

.16332.0==

2-4解：（1）由题意可将反应速率表示为:

D C B A 42+?→?+ B A C C kC r =

对于恒容过程，则有

mol C C L mol RT P C X C C C X C C A B A A A A B B A A A /10528.910382.244/10382.21023

10314.82.01013.02)1(3300

300000----?=??==?=???==-=-=

当8.00=A X 时

L mol X C C A A A /10767.42.010382.2)1(430--?=??=-=

L mol X C C C A A B B /10717.58.010382.2210528.9233300---?=???-?=-= L mol C kC r R B A c C /10447.510717.510764.42634---?=????=== L mol r R C D /10179.210447.54456--?=??==

（2）对于恒压过程，是个变容反应过程，由（2.49）式可求得总摩尔数的变化

2141=--+=∑

=A t A υυδ 反应物A 的原始分率：

2.04

0=+=

A y 由

（

2.52

）

式

可

求

得

转

化

率

为

80%

时

的

浓

度

：

L mol X y X C C A A A A A A /10609.38

.02.021)8.01(10382.21)1(4300--?=??+-??=+-=δ

L mol X y X C C C A A A A A B B /10331.48.02.0218.010382.2210528.912533000---?=??+???-?=+-=δ

L mol C kC r B A A /10126.310331.410069.32654---?=????== L mol r R C C /10126.36-?==

2-8解：在初始浓度相同的条件下，有：2211t k t k =

又 RT

E Ae k -=

∴ )11(ln

221T T RT E k k --= 则 1

221ln )1

t t T T R E --= 代入数据，得 mol kJ E /074.98=

2-13解：对二级反应 P B A ?→?

+ 有 )(00A A B A B A A

A C C C kC C kC dt

dC r -+==-= 对上式积分 )11ln()(1

00A

B A B X X

C C k t ---=

a ）. 10

0=-=

A A

C C C M 时，002A B C C =

当5.0=A X 时，25.01=B X ,h t 3

1104.5-?=；

当9.0=A X 时，45.02=B X ,h t 221027.2-?=；当99.0=A X 时，495.03=B X ,h t 231023.5-?=。 b ）. 50

0=-=

A A

C C C M 时，006A B C C =

当5.0=A X 时，083.01='B

X ,h t 3110616.1-?='；当9.0=A X 时，15.02='B

X ,h t 321072.5-?='；当99.0=A X 时，165.03='B

X ,h t 231018.1-?=' 讨论：在初始物料相同的条件下，要求的转化率越高则所需要的反应时间越长，而且在高转

化率时增大一定的转化率所需的时间较低转化率时要长得多；在转化率一定的条件下，过量比越大，所需要的反应时间越短。

化学反应工程第一章习题答案

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 2 B 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》习题

《化学反应工程》习题答案一、填空题 1. 质量传递、热量传递、动量传递和化学反应称为三传一反. 2. 物料衡算和能量衡算的一般表达式为输入-输出=累积。 3. 着眼组分A 转化率x A 的定义式为 x A =(n A0-n A )/n A0 。 4. 总反应级数不可能大于 3 。 5. 反应速率-r A =kC A C B 的单位为kmol/m 3·h ，速率常数k 的因次为 m 3/kmol ·h 。 6. 反应速率-r A =kC A 的单位为kmol/kg ·h ，速率常数k 的因次为 m 3/kg ·h 。 7. 反应速率2 /1A A kC r =-的单位为mol/L ·s ，速率常数k 的因次为 (mol)1/2·L -1/2·s 。 8. 非等分子反应2SO 2+O 2==2SO 3的膨胀因子2SO δ等于 -0.5 。 9. 非等分子反应N 2+3H 2==2NH 3的膨胀因子2H δ等于 –2/3 。 10. 反应N 2+3H 2==2NH 3中（2N r -）= 1/3 （2H r -）= 1/2 3NH r 11. 反应活化能E 越大，反应速率对温度越敏感。 12. 对于特定的活化能，温度越低温度对反应速率的影响越大。 13. 某平行反应主副产物分别为P 和S ，选择性S P 的定义为 (n P -n P0)/ (n S -n S0) 。 14. 某反应目的产物和着眼组分分别为P 和A 其收率ΦP 的定义为 (n P -n P0)/ (n A0-n A ) 。 15. 返混的定义：不同停留时间流体微团间的混合。 16. 平推流反应器的返混为 0 ；全混流反应器的返混为 ∞ 。 17. 空时的定义为反应器体积与进口体积流量之比。 18. 针对着眼组分A 的全混流反应器的设计方程为A A A r x F V -=0。 19. 不考虑辅助时间，对反应级数大于0的反应，分批式完全混合反应器优于全混流反应器。 20. 反应级数>0时，多个全混流反应器串联的反应效果优于全混流反应器。 21. 反应级数<0时，多个全混流反应器串联的反应效果差于全混流反应器。 22. 反应级数>0时，平推流反应器的反应效果优于全混流反应器。 23. 反应级数<0时，平推流反应器的反应效果差于全混流反应器。 24. 对反应速率与浓度成正效应的反应分别采用全混流、平推流、多级串联全混流反应器其反应器体积的大小关系为全混流＞多级串联全混流＞平推流； 25. 通常自催化反应较合理的反应器组合方式为全混流 + 平推流。 26. 相同转化率下，可逆放热反应的平衡温度高于最优温度。

化学反应工程习题答案

第7章化学反应工程习题答案 7-1 试述物理吸收与化学吸收的区别。解：对于物理吸收过程*=A A A P H C 0 对于化学吸收过程* * +=A A B A P P C C αα10 ,式中A KH =α，其中K 为化学平衡常数；0B C 为吸收剂中的活性组分浓度；0A C 是与A 组分分压*A P 平衡的气体浓度；A H -A 组分溶解度系数。从以上两式可以看出物理吸收和化学吸收区别如下： 1．物理吸收气体溶解度与气体压力呈正比关系，化学吸收呈渐近线关系，当分压较高时，气体溶解度趋近化学计量的极限，因此为了减低能耗，导致操作方式不同，压力较低宜采用化学吸收，压力较高宜采用物理吸收。 2．热效应不同，物理吸收热效应较小，每摩尔数千焦耳，而化学吸收可达数万焦耳。导致吸收剂的再生方式不同，物理吸收过程吸收剂减压再生为主，化学吸收过程的吸收剂再生除减压外还需加热。 3．物理吸收选择性主要体现各种气体在溶解度系数的差异，而化学吸收取决于A KH =α，由于化学反应特定性，吸收选择性不同。化学吸收选择性高于物理吸收。 7-2解释下列参数的物理意义：无因次准数M 、增大因子β及液相利用率η。分别写出一级不可逆和二级不可逆反应无因次准数M 的计算式。解：无因次准数M 的物理意义通过液膜传递速率液膜内的化学反应速率增大因子β的物理意义为速率单纯物理吸收时的传质过气液界面的传质速率液膜内有化学反应时通液相利用率η的物理意义为的反应速率液相均处于界面浓度下吸收速率对于一级不可逆反应211L AL L L k k D k k M ==δ 对于二级不可逆反应2 2L BL AL k C k D M = 7-3 纯二氧化碳与氢氧化钠水溶液进行反应，假定液相上方水蒸气分压可不计，试按双膜模型绘出气相及液相二氧化碳浓度分布示意图。解：气模液膜 P CO2,g P CO2,i C CO2,i C CO2,L

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 12370 K 93 P g P V g 0s cm 10145.13 10608.652.0s cm 10608.610902.61155.011 111s 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 () 1 22 3 /13/15 .05 .1231 B 31A 5 .0B A 5.1AB 13B 113A 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 1 2127074 0s cm 0120.00122 .01 6978.011 s cm 0122.044 15.303106.948504850cm 106.910 15036 .044 ----=+ = =??===?=??= =D M T d D S V d K g g 1 2P 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

化学反应工程试题集

化学反应工程考试总结一、填空题： 1.所谓“三传一反”是化学反应工程学的基础，其中“三传”是指质量传递、热量传递和动量传递，“一反”是指反应动力学。 2.各种操作因素对于复杂反应的影响虽然各不相同，但通常温度升高有利于活化能高的反应的选择性，反应物浓度升高有利于反应级数大的反应的选择性。 3.测定非理想流动的停留时间分布函数时，两种最常见的示踪物输入方法为脉冲示踪法和阶跃示踪法。 4.在均相反应动力学中，利用实验数据求取化学反应速度方程式的两种最主要的方法为积分法和微分法。 5.多级混合模型的唯一模型参数为串联的全混区的个数N ，轴向扩散模型的唯一模型参数为Pe（或Ez / uL）。 6.工业催化剂性能优劣的三种最主要的性质是活性、选择性和稳定性。 7.平推流反应器的E函数表达式为 , () 0, t t E t t t ?∞= ? =? ≠ ?? ，其无因次方差2θσ= 0 ，而全混流反应器的无因次方差2θσ＝ 1 。 8.某反应速率常数的单位为m3 / (mol? hr )，该反应为 2 级反应。 9.对于反应22 A B R +→，各物质反应速率之间的关系为(-r A)：(-r B)：r R＝1：2：2 。 10.平推流反应器和全混流反应器中平推流更适合于目的产物是中间产物的串联反应。 11.某反应的计量方程为A R S →+，则其反应速率表达式不能确定。 12.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30 min, 而在80 ℃时达到同样的转化率仅需20秒，该反应的活化能为 3.46×105(J / mol ) 。 13.反应级数不可能（可能/不可能）大于3。 14.对于单一反应，在相同的处理量和最终转化率条件下，选择反应器时主要考虑反应器的大小；而对于复合反应，选择反应器时主要考虑的则是目的产物的收率；15.完全混合反应器（全混流反应器）内物料的温度和浓度均一，并且等于（大于/小于/等于）反应器出口物料的温度和浓度。

化学反应工程习题答案95完整版

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 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，计算进料原料其中x i =y i i i i m i i 经冷凝分离后的气体组成（亦即放空气体的组成）如下：

化学反应工程习题课(20170527)

化学反应工程习题课 1：[填空题]平推流管式反应器t≥t 时，F （t ）=_1__。平推流管式反应器t =t 时，E （t ）=_∞___。 2：[填空题]在轴向扩散模型中，模型的唯一参数贝克莱数Pe= uL r /Da ，物理意义是对流流动和扩散传递的相对大小（对流传递速率与扩散传递速率之比），Pe 准数愈大轴向返混程度就愈小_。 3：[填空题] 对于反应级数n ＞0的反应，为降低反应器容积，应选用平推流__反应器为宜。对于反应级数n ＜0的反应，为降低反应器容积，应选用_全混流_反应器为宜。 4：[填空题]气―固相催化反应的内扩散模数参数为_梯尔模数φ_，表达式是，它是表征内扩散影响的重要参数，数值平方的大小反映了表面反应速率与内扩散速率之比。无论何种形状催化剂颗粒，当φ<0.4时，η=1，即内扩散的影响可忽略，当φ>3.0时，即内扩散影响严重，内扩散因子η=1/φ。如何提高多相催化反应的反应速率，以强化反应器的生产强度，办法之一就是使内扩散有效因子增大。减小催化剂颗粒的尺寸，φ值减小，η值可增大，此外，增大催化剂的孔容和孔半径，可提高有效扩散系数De 的值，从而使φ值减小，η值增大。 5：[填空题] 对于多孔性的催化剂，分子扩散很复杂，当λ/2r a ≤0.01时，属于分子扩散，此时扩散速率主要受分子间碰撞的影响所致与孔半径尺寸无关。当λ/2r a ≥10时，属于努森扩散分子，此时主要是气体分子与孔壁的碰撞，与孔半径r a 无关，则努森扩散系数为D K = 39.710×r 扩散系数为D ei =εp D i /τm 6：[填空题] 气固相催化反应的7个步骤、3个过程，其中三个过程分别是_外扩散、_内扩散和化学动力学_过程。固体催化剂的比表面积的经典测定方法是基于BET 方程。 7：[填空题]外扩散对多相催化反应的影响时，一级不可逆反应的外扩散有效因子 η=1/（1+Da ），其中Da 称为丹克莱尔数，物理意义是化学反应速率与外扩散速率之比。 8：[填空题] 反应级数n= 1时，微观流体和宏观流体具有相同的反应结果。 9：[填空题] 活化能的大小直接反映了反应速率对温度的敏感程度。 10：[填空题]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。 11：[填空题]反应器物料的停留时间分布曲线是通过物理示踪法测定的，目前采用示踪剂的主要输入方式有阶跃输入法和脉冲输入法。物料在反应器内停留时间是一个随机过程，通常用二个函数及二个特征值予以描述；这二个函数分别是停留时间分布函数F (t ) 和停留时间分布密度函数E(t) ，二个特征值则是平均停留时间和停留时间分布的方差。 12：[填空题] 理想反应器中，平推流反应器的返混为___0___，全混流反应器的返混最大_。当完全没有返混时，2θδ=1，当返混达到极大程度时，2θδ=0，当返混介于二者之间时，即非理想流动时，2 θδ介于__0_和__1_之间。 13：[填空题]全混流反应器的容积效率η为反应时间t 与_空时τ___之比。 14：[填空题]具有良好搅拌装置的釜式反应器按理想混合反应器处理，而管径小，管子较长和流速较大的管式反应器按平推流反应器处理。 15：[填空题]理想反应器是指理想混合（完全混合）反应器、平推流（活塞流或挤出流）反应器。 16：[填空题]催化剂在使用过程中，可能因晶体结构变化、融合等导致表面积减少造成的物理失活，也可能由于化学物质造成的中毒或物料发生分解而造成的化学失活。

(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N 2、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 2 121+=+的反应，其反应速率表达式为B A A 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 o K 时的反应速率方程式为2 21061.3A A P d dP -?=- τ h 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2 1A A A kC d dn V r =?-=τ h l mol ./，该反应速率常数k 的数值、单位如何？ 4、在973 o K 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。 7、一级可逆反应A = R 在等温下进行。已知C A0 = 500mol/m 3，C R0 = 0。若该反应在一间歇反应器中进行，且在反应温度下667.0=Ae x 。经480 s 后测得333.0=A x 。（1）试确定此反应的动力学方程；（2）计算A x 分别达到0.6和0.65所需的反应时间；（3）比较计算结果，你有什么体会？

(完整版)《化学反应工程》试题及答案

《化学反应工程》试题一、填空题 1. 质量传递、热量传递、动量传递和化学反应称为三传一反. 2. 物料衡算和能量衡算的一般表达式为输入-输出=累积。 3. 着眼组分A 转化率x A 的定义式为 x A =(n A0-n A )/n A0 。 4. 总反应级数不可能大于 3 。 5. 反应速率-r A =kC A C B 的单位为kmol/m 3·h ，速率常数k 的因次为 m 3/kmol ·h 。 6. 反应速率-r A =kC A 的单位为kmol/kg ·h ，速率常数k 的因次为 m 3/kg ·h 。 7. 反应速率2 /1A A kC r =-的单位为mol/L ·s ，速率常数k 的因次为 (mol)1/2·L -1/2·s 。 8. 反应速率常数k 与温度T 的关系为2.1010000 lg +- =T k ，其活化能为 83.14kJ/mol 。 9. 某反应在500K 时的反应速率常数k 是400K 时的103倍，则600K 时的反应速率常数k 时是400K 时的 105 倍。 10. 某反应在450℃时的反应速率是400℃时的10倍，则该反应的活化能为（设浓度不变） 186.3kJ/mol 。 11. 非等分子反应2SO 2+O 2==2SO 3的膨胀因子2SO δ等于 -0.5 。 12. 非等分子反应N 2+3H 2==2NH 3的膨胀因子2H δ等于 –2/3 。 13. 反应N 2+3H 2==2NH 3中（2N r -）= 1/3 （2H r -）= 1/2 3NH r 14. 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C A0，转化率为x A ，当反应器体积增大到n 倍时，反应物A 的出口浓度为 C A0(1-x A )n ，转化率为 1-(1-x A )n 。 15. 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C A0，转化率为x A ，当反应器体积增大到n 倍时，反应物A 的出口浓度为 A A x n x )1(11-+-，转化率为A A x n nx )1(1-+。 16. 反应活化能E 越大，反应速率对温度越敏感。 17. 对于特定的活化能，温度越低温度对反应速率的影响越大。 18. 某平行反应主副产物分别为P 和S ，选择性S P 的定义为 (n P -n P0)/ (n S -n S0) 。 19. 某反应目的产物和着眼组分分别为P 和A 其收率ΦP 的定义为 (n P -n P0)/ (n A0-n A ) 。 20. 均相自催化反应其反应速率的主要特征是随时间非单调变化，存在最大的反应速率。 21. 根据反应机理推导反应动力学常采用的方法有速率控制步骤、拟平衡态。 22. 对于连续操作系统，定常态操作是指温度及各组分浓度不随时间变化。 23. 返混的定义：不同停留时间流体微团间的混合。

化学反应工程第五版朱炳辰课后习题复习资料

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

《化学反应工程》试题及标准答案

《化学反应工程》试题及答案

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化学反应工程复习题

《化学反应工程原理》复习思考题第一章绪论 1、了解化学反应工程的研究内容和研究方法。 2、几个常用指标的定义及计算：转化率、选择性、收率。第二章化学反应动力学 1、化学反应速率的工程表示，气固相催化反应及气液相非均相反应反应区的取法。 2、反应速率常数的单位及其换算。 3、复杂反应的反应速率表达式（可逆、平行、连串、自催化）。 4、气固相催化反应的步骤及基本特征。 5、物理吸附与化学吸附的特点。 6、理想吸附等温方程的导出及应用（单组分吸附、解离吸附、混合吸附）。 7、气固相催化反应动力学方程的推导步骤。 8、不同控制步骤的理想吸附模型的动力学方程的推导。 9、由已知的动力学方程推测反应机理。第三章理想间歇反应器与典型化学反应的基本特征 1、反应器设计的基本方程式。 2、理想间歇反应器的特点。 3、理想间歇反应器等温、等容一级、二级反应反应时间的计算及反应器体积的计算。 4、自催化反应的特点及最佳工艺条件的确定及最佳反应器形式的选择。 5、理想间歇反应器最优反应时间的计算. 7、可逆反应的反应速率，分析其浓度效应及温度效应。 8、平行反应选择率的浓度效应及温度效应分析。 9、平行反应反应器形式和操作方式的选择。 10、串连反应反应物及产物的浓度分布，t opt C p.max的计算。 11、串连反应的温度效应及浓度效应分析。第四章理想管式反应器

1、理想管式反应器的特点。 2、理想管式反应器内进行一级、二级等容、变容反应的计算。 3、空时、空速、停留时间的概念及计算。 4、膨胀率、膨胀因子的定义，变分子数反应过程反应器的计算。第五章理想连续流动釜式反应器 1、全混流反应器的特点。 2、全混流反应器的基础方程及应用。 3、全混釜中进行零级、一级、二级等温、等容反应时的解析法计算。 4、全混釜的图解计算原理及图解示意。 5、全混流反应器中的浓度分布与返混，返混对反应的影响。 6、返混产生的原因及限制返混的措施。 7、多釜串联反应器进行一级、二级不可逆反应的解析法计算。 8、多釜串联反应器的图解法计算原理。第七章化学反应过程的优化 1、简单反应过程平推流反应器与全混流反应器的比较及反应器形式的选择。 2、多釜串连反应器串连段数的选择分析。 3、自催化反应反应器的选型分析。 4、可逆放热反应速率随温度的变化规律，平衡温度和最优温度的概念。 5、平行反应选择率的温度效应及浓度效应分析，反应器的选型，操作方式的确定。 6、串连反应影响选择率和收率的因素分析，反应器的选型及操作方式的确定。 7、平推流与全混釜的组合方式及其计算。第八章气固相催化反应过程的传递现象 1、气固相催化反应的全过程及特点。 2、等温条件下催化剂颗粒的外部效率因子的定义。 3、外扩散、内扩散对平行反应、连串反应选择性的影响分析。 4、气体流速对外扩散的影响分析。 5、等温条件下催化剂颗粒的内部效率因子的定义。

化学反应工程-模拟题一及答案

一、在体积为2.5m 3的理想BR 反应器中进行液相等温一级基元反应A P →， k ＝2.78×10-3 s -1，进口摩尔流率F A0＝11.4 mol/s ，反应物A 初始浓度04/A C mol L =，求：（1）当反应器中A 的转化率为80％，求所需的时间？（6分）（2）若将反应移到CSTR 中进行，其它条件不变，求所需反应器体积？（6分）（3）若将反应移到PFR 中进行，其它条件不变，求所需反应器体积？（6分）二、在一个等温活塞流反应器中进行气相反应：C B A →+2，该反应对A 和B 均是一级。反应器的入口体积流率为2.5L/min ，进料为等摩尔的组分A 和B 。入口温度和压力分别是727℃和10atm 。在此温度下的反应速率常数k ＝4L/mol ·min 。求：（1）反应器入口处（即X A =0时）A 的浓度？（4分）（2）反应器入口处（即X A =0时）的反应速率？（4分）（3）当A 的转化率为40%时的浓度？（4分）（4）当A 的转化率为40%时的反应速率？（6分）三、有如下平行反应：其动力学方程分别为：3.01B A P C C k r =，8.15.02B A S C C k r =，其中121==k k ，（1）当A 和B 的初始浓度为L mol C C B A /2000==，A 和B 均从反应器入口加入，计算A 的转化率为0.9时的瞬时选择性。（6分）（2）对该平行反应，采用怎样的操作方式可以提高反应过程的选择性？（8分）四、在非等温反应器操作过程中，可能出现多态现象，请问什么是多态现象？请判断下图所示中，哪些点是稳定操作点，哪些点是不稳定操作点，并分析其原因？（12分） B A +)(P 主反应→) (S 副反应→R(T),G(T)

化学反应工程第五版课后习题答案

第一章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：（摩尔比），反应后甲醇的转化率达72%，甲醛的收率为%。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（）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：（摩尔比），当 A P 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 )= mol n P =n A0 Y P = mol n C =n A0 (X A -Y P )= 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 = mol n O =n O0 -1/2n P -3/2n C = mol n N =n N0 = 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：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 H 2 CO 2 CH 4 N 2 粗甲醇的组成为CH 3OH %,(CH 3)2O %,C 3H 9OH %,H 2O %,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 ,CO ,H 2 ,CH 4 ,。若循环气与原料气之比为（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

《化学反应工程》复习题及答案

单选题１．对于反应级数n ＞0的不可逆气相等温反应，为降低反应器体积，应选用____＿__。(A) (A)平推流反应器（B)全混流反应器 (Ｃ)平推流串接全混流反应器（Ｄ)全混流串接平推流反应器 2．分批式操作的完全混合反应器非生产性时间不包括下列哪一项__＿＿_＿＿。(P22) （A ）加料时间（B ）反应时间（C)物料冷却时间（D ）清洗釜所用时间 3. 下列单位不属于反应速率的是____＿__。(P １3) （A)m ｏｌ/(g ﹒ｓ) (B)m 3/ｓ (C ）mol/（m 2﹒s) (D ）mol/(m 3﹒ｓ) 4.反应 A B C →+,12.50 k s -=,则反应级数为_＿____＿。(P 13) A. 0 （Ｂ)1 (Ｃ）2 (Ｄ）３５. 反应NaOH + HCl NaCl + H 2O ,已知mol s l k /1.0?=，则反应级数ｎ=＿___ ＿＿_。(P 13）（Ａ)0 （B)1 (C ）2 (D)3 6．气相基元反应 B A →2,进料时反应物Ａ和稀释剂C 以等摩尔比加入,则膨胀率为____＿__。（P58) （A ）-1 （Ｂ)-0.2５ (C)0.25 （Ｄ)０.5 7. 下面反应器中不属于理想反应器的是＿______。(P21）（Ａ）间歇反应器 (B)全混流反应器 (Ｃ）平推流反应器 (D ）膜反应器 8．下面哪种反应器组合形式可以最大程度降低反应器体积_____＿_。（Ｂ) （A)平推流反应器串联（Ｂ)全混流反应器串联 (C ）平推流反应器并联 (D ）全混流反应器并联 9. 在间歇反应器中进行等温一级反应A → B ，0.01 /A A r C mol L s -=?，当C Ａ０＝1 mol ／Ｌ时,求反应至ＣA0=0．０1 ｍol/Ｌ所需时间t=_＿＿_＿＿_秒。(P43)

化学反应工程练习题2012

1. 反应器的类型不同，则( )也将有不同。 A ．反应动力学 B ．传递特性 C ．反应的相态 D ．反应的可逆性 2. 等温恒容下进行各步均为一级不可逆串联反应 )R()(k2 1副产物主产物?→??→? P A k 若保持相同的转化率x A ，调节反应温度使k 2/k 1增高，则P 的收率将( )A.增大 B ．减小 C ．不变 D ．先增后减 3. 全混流釜式反应器有_______个稳定的定常态操作点。 A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 4. 对于绝热操作的放热反应，最合适的反应器为_______。 A.平推流反应器 B.全混流反应器 C.循环操作的平推流反应器 D.全混流串接平推流反应器 5. 等温液相反应 A+2B →P r p =k l C A C B 2，R 为目的产物 2A+B →R r R =k 2C A 2C B 有下列四种方案可供选择： (1) 间歇釜式反应器，A 和B 一次性加入；(2) 全混流反应器；(3)半间歇釜式反应器，B 一次性加入，A 连续滴加；(4) 半间歇釜式反应器，A 一次性加入，B 连续滴加。从提高R 的收率着眼适宜选用( ) A ．(1) B ．(2) C ．(3) D ．(4) 6. 轴向分散模型的物料衡算方程的初始条件和边界条件与_______无关。 A. 示踪剂的种类； B.示踪剂的输入方式； C.管内的流动状态； D. 检测位置。 7. 由示踪法测得一反应器的停留时间分布密度函数E(t)=0.1exp(-t/10) min -1，可判别该反应器的流型为 ( ) A ．平推流 B ．全混流 C ．轴向分散 D ．多级混合 8. 气固催化反应本征速率是指排除( )阻力后的反应速率。 A ．外扩散阻力 B ．内扩散 C ．内外扩散 D ．吸附和脱附 9. 化学反应工程是一门研究的科学，化学反应过程按操作方法分为、、操作。 10. 一气固催化反应R B A →+2，若反应机理为： 222A A B B A B R R R σσσσσσσσσσ +?+?+?+?+ 控制则本征反应速率方程为？若反应为R 脱附控制或表面反应控制则速率方程为？ 11. 一液相复合反应12,k k A P A Q ??→??→，均为一级不可逆反应。在单一连续釜中等温反应，已知该温度下，k 1=3k 2，问当最终转化率为85%时，目的产物P 的瞬时选择性为：，总选择性为：。 12. )1A -?对x A 的曲线上存在极小值的情况是反应和反应的特征。 13. 均相CSTR 反应器中，放热S 形曲线与移热直线一般有3个交点，高温区交点、中温区交点、低温区交点的特征分别是什么？工业上一般选择什么区交点为操作点？为什么？ 14. 停留时间分布函数F （t ）和停留时间分布密度函数的物理意义？两种理想反应器的F(t)和E(t)分别为？ 15. 液相复合反应Q B A P B A k k ?→?+?→?+2122, 若25.025.021B A Q B A P C C k r C C k r ==为使目的产物P 的选择性高，应选择：问：若采用间歇反应釜，其加料方式为？若采用管式反应器，其进料方式为？若E 1>E 2，则反应温度应尽可能采用高温或低温？ 16. 气—固相催化反应的动力学步骤？ 17. 为什么说对于反应级数大于零的不可逆反应，反应温度越高，消除内扩散影响所要求的粒度越小；反应物浓度越高，消除内扩散影响所要求的粒度越小？ 18. 在一个体积为300L 的反应器中，86℃等温下将浓度为3.2kmol/m 3的过氧化氢异丙苯溶液分解： ()65333652C H C CH COH CH COCH C H 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。问：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 ；如果是全混流反应器；若采用管式反应器；试比较以上的计算结果； 19. 试论述非传统反应工程与传统反应工程的区别，并举例论述非传统反应工程。 20. 温度与浓度对反应速率的影响如何？ 21. 如何消除内外扩散的影响？梯尔模数、丹科莱尔数、彼克列数的物理意义？ 22. 轴向扩散、多釜串联、层流模、离析流、全混流和平推流模型的适用范围、典型特点和特征参数？