最新李绍芬《反应工程》课后习题答案
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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 mol n 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。
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 1.000 100.0A 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 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 39.391. 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，大部分经循环压缩原料气 Bkg/h 粗甲醇 Akmol/h100kmol 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。
李绍芬版本 反应工程 课后习题全解 管式反应器
4 管式反应器4.1在常压及800℃等温下在活塞流反应器中进行下列气相均相反应： 6532664+→+C H CH H C H CH在反应条件下该反应的速率方程为：0.51.5,/.=T H r C C mol l s式中C T 及C H 分别为甲苯及氢的浓度，mol/l ，原料处理量为2kmol/h ，其中甲苯与氢的摩尔比等于1。
若反应器的直径为50mm ，试计算甲苯最终转化率为95%时的反应器长度。
解：根据题意可知甲苯加氢反应为恒容过程，原料甲苯与氢的摩尔比等于1，即：00=T H C C ，则有：0(1)==-T H T T C C C X示中下标T 和H 分别代表甲苯与氢，其中：53300330000.5 1.01310 5.6810/8.3141010732/21/0.27810/--⨯⨯===⨯⨯⨯====⨯T T T T p C kmol mRT F Q C kmol h kmol s所以，所需反应器体积为：00000.5 1.500 2.50.95333 1.5 1.501.5 1.5(10.95)10.278100.4329 3.0061.5(5.6810)(1) 1.51---==--=⨯=⨯=⨯--⎰⎰⎰TT X X T Tr T T T H T T T dX dX V Q C Q C C C C dX mX 所以，反应器的长度为：23.0061531.10.05 3.14/4=⨯m4.2根据习题3.2所规定的条件和给定数据，改用活塞流反应器生产乙二醇，试计算所需的反应体积，并与间歇釜式反应器进行比较。
解：题给条件说明该反应为液相反应，可视为恒容过程，在习题3.2中已算出：0275.8/=Q l h 0 1.231/=A C mol l所以，所需反应器体积：00000000(1)()275.80.95818.61 5.2 1.23110.95=--===-⨯-⎰AX Ar A A A B A A A A A dX V Q C kC X C C X Q X lkC X由计算结果可知，活塞流反应器的反应体积小，间歇釜式反应器的反应体积大，这是由于间歇式反应器有辅助时间造成的。
反应工程 李少芬答案
CA(mol/L) 0.9 0.61 0.42 0.28 0.17 0.12 0.08 0.045 0.03
试求反应时间为3.5h的A的水解速率。
解：利用反应时间与组分A的浓度变化数据，作出CA～t的关系曲线，用镜面法求得t=3.5h时该点的切线，即为水解速率。
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
H2 68.25 69.78
CO2 1.46 0.82
CH4 0.55 3.62
N2 2.92 10.29
粗甲醇的组成为CH3OH 89.15%,(CH3)2O 3.55%,C3H9OH 1.10%,H2O 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CO2 9.82g,CO 9.38g,H2 1.76g,CH4 2.14g,N25.38g。若循环气与原料气之比为7.2（摩尔比），试计算：
（6） （6） 根据图中所给的十点中，判断哪一点速率最大？
解： 图2.1 图2.2
（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
解：从题中可知，反应条件除了温度不同外，其它条件都相同，而温度的影响表现在反应速率常数k上，故可用反应速率常数之比来描述反应速率之比。
2.8常压下，在钒催化剂上进行SO2氧化反应，原料气组成为7%O2及82%N2。试计算转化率为80%时的最佳温度。二氧化硫在钒催化剂上氧化的正反应活化能为 ，化学计量数等于2，反应式为：
李绍芬版反应工程答案
1 绪论之阿布丰王创作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）,当进入反应器的总原料量为100mol时,则反应器A P）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 moln 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 moln N=n N0=43.28 mol所以,1.1. 2工业上采纳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成能全部转化成甲醇,为了提高原料的利用率,生产上采纳循环把持,即将反应后的气体冷却,可凝组份酿成液体即为粗甲醇,不凝组份如氢气及一氧化碳等部份放空,年夜部份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原料气Bkg/h 粗甲醇 Akmol/h100kmol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 15.49H268.25 69.78CO2 1.46 0.82CH40.55 3.62N2 2.92 10.29粗甲醇的组成为CH3OH 89.15%,(CH3)2O 3.55%,C3H9OH 1.10%,H2O 6.20%,均为重量百分率.在把持压力及温度下,其余组分均为不凝组分,但在冷凝冷却过程中可部份溶解于粗甲醇中,对1kg粗甲醇而言,其溶解量为CO2 9.82g,CO 9.38g,H2 1.76g,CH4 2.14g,N25.38g.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,其中i i i i i m i iM’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N2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F CO=0.1549A+9.38B/(28×1000)将求得的A、B值代入得F CO=4.431 kmol/h故CO的全程转化率为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F’CO,0=100×0.2682+7.2×100×0.1549=138.4 kmol/h所以CO的单程转化率为产物粗甲醇所溶解的CO2、CO、H2、CH4和N2总量D为粗甲醇中甲醇的量为(B-D)X甲/M m=(785.2-0.02848B) ×0.8915/32=21.25 kmol/h所以,甲醇的全程收率为Y总=21.25/26.82=79.24%甲醇的单程收率为Y单=21.25/138.4=15.36%2 反应动力学基础2.1在一体积为4L的恒容反应器中进行A的水解反应,反应前 A的含量为12.23%（重量）,混合物的密度为1g/mL,反应物A 的分子量为88.在等温常压下不竭取样分析,测的组分A的浓度随解：利用反应时间与组分A的浓度变动数据,作出C A～t的关系曲线,用镜面法求得t=3.5h时该点的切线,即为水解速率.切线的斜率为由（2.6）式可知反应物的水解速率为2.2在一管式反应器中常压300℃等温下进行甲烷化反应：催化剂体积为10ml,原料气中CO的含量为3%,其余为N2,H2气体,解：是一个流动反应器,其反应速率式可用（2.7）式来暗示故反应速率可暗示为：用X A～V R/Q0作图,过V R/Q0=0.20min的点作切线,即得该条件下的dX A/d(V R故CO2.3已知在Fe-Mg催化剂上水煤气变换反应的正反应动力学方程为：式中y CO和y CO2为一氧化碳及二氧化碳的瞬间摩尔分率,0.1MPa压力及700K时反应速率常数k W即是0.0535kmol/kg.h.如催化剂的比概况积为30m2/g,堆密度为1.13g/cm3,试计算：（1）（1）以反应体积为基准的速率常数k V.（2）（2）以反应相界面积为基准的速率常数k g.（3）（3）以分压暗示反应物系组成时的速率常数k g.（4）（4）以摩尔浓度暗示反应物系组成时的速率常数k C.解：利用（2.10）式及（2.28）式可求得问题的解.注意题中所给比概况的单元换算成m2/m3.2.4在等温下进行液相反应A+B →C+D,在该条件下的反应速率方程为：若将A 和B 的初始浓度均为3mol/l 的原料混合进行反应,求反应4min 时A 的转化率.解：由题中条件知是个等容反应过程,且A 和B 的初始浓度均相等,即为1.5mol/l,故可把反应速率式简化,得由（2.6）式可知代入速率方程式化简整理得积分得解得X A =82.76%.2.5氨合成塔入口的气体组成为3.5%NH 3,20.8%N 2,62.6%H 2,7.08%Ar 及5.89CH4.该塔是在30MPa 压力下把持.已知催化剂床层中某处的温度为490℃,反应气体中氨含量为10%（mol ）,试计算该处的反应速率.在Fe 催化剂上氨合成反应速率式为：逆反应的活化能417.5810/=⨯E J mol .450℃时30.5322277()/=⋅k m MPa m h ,且212/=P k k K ,490℃时,Kp 可按下式计算：472log 2047.8/ 2.4943log 1.25610 1.856410 3.206--=--⨯+⨯+p K T T T T 注：m 3为标准立方米.解：题中给出450℃时的k 2值,而反应是在490℃下,故首先要求出490℃时的k 2值.利用（2.27）试,求出频率因子A:44217.5810/8.314723162'1617.5810/8.314723430.532exp()exp()2277/ 1.14510exp() 1.14510 1.05510()/.-⨯⨯-⨯⨯-=-===⨯-==⨯=⨯E k A RTE A k e RTE k A e m MPa m h RT490℃的Kp 值由题给公式计算出4722log 2047.8/763 2.4943log763 1.25610763 1.8564107633.206 1.25245.59210 ---=--⨯⨯+⨯⨯+=-=⨯p p K K 求k 1值：求各组分的分压值：反应速率为：2.6下面是两个反应的T-X 图,图中AB 是平衡曲线,NP 是最佳温度曲线,AM 是等温线,HB 是等转化率线.根据下面两图回答：（1） （1） 是可逆反应还是不成逆反应？（2） （2） 是放热反应还是吸热反应？（3） （3） 在等温线上,A,D,O,E,M 点中哪一点速率最年夜,哪一点速率最小？（4） （4） 在等转化率线上,H,C,R,O,F 及B 点中,哪一点速率最年夜,哪一点速率最小？（5） （5） 在C,R 两点中,谁的速率年夜？（6） （6） 根据图中所给的十点中,判断哪一点速率最年夜？解： 图2.1 图2.2（1）可逆反应 可逆反应（2）放热反应 吸热反应(3)M 点速率最年夜,A 点速率最小 M 点速率最年夜,A 点速率最小(4)O 点速率最年夜,B 点速率最小 H 点速率最年夜,B 点速率最小(5)R 点速率年夜于C 点速率 C 点速率年夜于R 点速率(6)M 点速率最年夜 根据等速线的走向来判断H,M 点的速率年夜小.2.7在进行一氧化碳变换反应动力学研究中,采纳B106催化剂进行试验,测得正反应活化能为49.62910/ J mol ,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℃时的速率年夜几多倍？解：从题中可知,反应条件除温度分歧外,其它条件都相同,而温度的影响暗示在反应速率常数k 上,故可用反应速率常数之比来描述反应速率之比.2.8常压下,在钒催化剂上进行SO 2氧化反应,原料气组成为7%O 2及82%N 2.试计算转化率为80%时的最佳温度.二氧化硫在钒催化剂上氧化的正反应活化能为49.21110/⨯J mol ,化学计量数即是2,反应式为：其平衡常数与温度的关系为：该反应的热效应49.62910/-=⨯r H J mol .解：（1）求出转化率为80%时各组分的分压：P(3)求平衡温度Te(4)利用（2.31）式求逆反应活化能值(5)利用（2.31）式求最佳温度T OP2.9在一恒容反应器中进行下列液相反应：式中r R ,r D 分别暗示产物R 及D 的生成速率.反应用的原料为A 与B 的混合物,其中A 的浓度为2kmol/m 3,试计算A 的转化率达到95%时所需的反应时间.解：反应物A 的消耗速率应为两反应速率之和,即利用（2.6）式积分之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%H 2,33.33%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：则出口处二甲基苯的生成速率是几多？解：以100mol 为计算基准,设X 为三甲基苯的转化率,Y 为生成的甲苯摩尔数.（1） （1）66.67-33.33X-Y=20解得Y=66.67-33.33×0.8-20=20.01kmol （甲苯量）生成的二甲基苯量：33.33×0.8-20.01=6.654kmol生成的甲烷量：33.33×0.8+20.01=46.67kmol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：该反应为一级不成逆反应,反应速率常数与温度的关系为 14411.3910exp( 1.89710/)()-=⨯-⨯k T s ,若反应是在恒容下进行,系统的起始总压为0.1013MPa,采纳的是纯亚硝酸乙脂,试计算亚硝酸乙脂分解率为80%时,亚硝酸乙脂的分解速率及乙醇的生成速率. 若采纳恒压反应,乙醇的生成速率又是几多？解：（1）恒容过程,其反应式可暗示为：反应速率式暗示为：设为理想气体,反应物A 的初始浓度为：亚硝酸乙脂的分解速率为：乙醇的生成速率为：（2）恒压过程,由于反应前后摩尔数有变动,是个变容过程,由（2.49）式可求得总摩尔数的变动.由于反应物是纯A,故有：y A0=1.由（2.52）式可求得组分的瞬间浓度：22001426(1) 2.52310(10.8) 2.80310/11110.81.3910exp(18973/483)2.803103.39510/.δ-----⨯-===⨯++⨯⨯==⨯-⨯⨯=⨯A A A A A A A A C X C mol l y X r kC mol l s 乙醇的生成速率为：2.12甲烷与水蒸气在镍催化剂及750℃等温下的转化反应为：原料气中甲烷与水蒸气的摩尔比为1：4,若这个反应对各反应物均为一级,已知k=2l/mol.s,试求：（1） （1） 反应在恒容下进行,系统的初始总压为0.1013MPa,当反应器出口的CH 4转化率为80%时,CO 2和H 2的生成速率是几多？（2） （2） 反应在恒压下进行,其他条件如（1）,CO 2的生成速率又是几多？解：（1）由题意可将反应速率暗示为：对恒容过程,则有当X A0=0.8时（2）对恒压过程,是个变容反应过程,由（2.49）式可求得总摩尔数的变动反应物A 的原始分率：由（2.52）式可求得转化率为80%时的浓度：2.13在473K 等温及常压下进行气相反应：（1）3→A R 1.2/min =⋅R A r C mol l（2）2→A S 0.5/min =⋅S A r C mol l（3）→A T 2.1/min =⋅T A r C mol l式中C A 为反应物A 的浓度（mol/l ）,原料中A 和惰性气体各为一半（体积比）,试求当A 的转化率达85%时,其转化速率是几多？解：方法（1）,先求出总摩尔变动数δA .首先将产物的生成速率酿成对应的反应物的转化速率： 总反应速率为：以一摩尔反应物A 为基准,总摩尔变动数为：初始浓度为：则有方法（2）,可将C A 暗示为：方法（3）,利用物料衡算可分别求出反应物A 生成R 及S 的瞬间选择性S R ,S S ,因而可求生产物R 及S 的收率y R ,y S ,求得A 转化率为85%时的分率：其中：2.14在Pt 催化剂上进行异丙苯分解反应：以A,B 及R 分别暗示异丙苯,苯及丙烯,反应步伐如下：（1）σσ+⇔A A（2）σσ⇔+A B R（3）σσ⇔+B B若概况反应为速率控制步伐,试推导异丙苯分解的速率方程.解：根据速率控制步伐及定态近似原理,除概况反应外,其它两步达到平衡,描述如下：以概况反应速率方程来代表整个反应的速率方程：由于1θθθ++=A B V将,θθA B 代入上式得：整理得：将,,θθθA B V 代入速率方程中其中2.15在银催化剂上进行乙烯氧化反应：化作22()()2()+→A B R其反应步伐可暗示如下：（1）σσ+⇔A A（2）222σσ+⇔B B（3）σσσσ+⇔+A B R（4）σσ⇔+R R若是第三步是速率控制步伐,试推导其动力学方程.解：根据速率控制步伐及定态近似原理,除概况反应步伐外,其余近似达到平衡,写出相应的覆盖率表达式：整个反应的速率方程以概况反应的速率方程来暗示：根据总覆盖率为1的原则,则有：或整理得：将,,,θθθθA B R V 代入反应速率方程,得：其中2.16设有反应→+A B D ,其反应步伐暗示如下：（1）σσ+⇔A A（2）σσ→+A B D（3）σσ⇔+B B若（1）速率控制步伐,试推导其动力学方程.解：先写出各步的速率式：由于（1）是速率控制步伐,第（2）步是不成逆反应,其反应速率应即是（1）的吸附速率,故有：整理得：根据定态近似原则因为1θθθ++=A B V将,θθA B 代入上式,化简后得：最后将,θθA V 代入吸附速率式,即为该反应的动力学方程式.2.17一氧化碳变换反应：在较高温度下,其动力学方程可暗示为：试拟定该反应的合适的反应步伐.解：根据题意,假设反应步伐如下：并假设第二步是控制步伐,其速率方程就代表了整个反应的速率方程：其余的两步可认为达到平衡,则有：由于1θθθ++=A B V ,有：将,θθA V 代入速率式,得：式中=S A k k K .故上述假定与题意符合.但上述假定的反应步伐不是唯一的.2.18利用习题 2.1的数据,试用积分法和微分法求其动力学方程.解：先用积分法求其动力学方程.设为一级不成逆反应,其速率表达式为：积分得：0ln()A A C C 力学方程可暗示为：用微分法求解动力学方程首先用C A ～t 曲线,在曲线上取时间为0,1,2,……9h 所对应点的切线,为了准确可采纳镜面法,求得各切线的斜率即为对应的dC A /dt 之值,然后再以dC A /dt ～C A 作图,所求的dC A /dt 值如下表所A A 1,其动力学方程可暗示为：或将速率方程直线化,即两边取对数,得：可简化为y=b+ax 形式,利用多元回归,可求得反应级数n=1.004≈1,反应速率常数值为k=0.4996.还可用一数学公式来拟合C A ～t 曲线,然后再将该数学公式对t 求导,求得dC A /dt 之值,此法会比作图法来的准确.2.19在Ni 催化剂上进行甲烷化反应：由实验测得200℃时甲烷的生成速率R CH4及CO 和H 2的分压p CO ,p H 2碳的反应级数及正反应速率常数.解：由题意可写出速率方程式：但由于氢的分压坚持为0.1013MPa 的恒定值,反应速率式可简化为：式中2'β=H k k p .将速率式直线化： 4ln ln ln =+CH CO r k a p 或=+y b ax式中4ln ,ln ,ln ===+CH CO y r b k x p ,由残差平方和最小而导出最小2.20在铂催化剂上,乙烯深度氧化的动力学方程可暗示为：式中p A ,p B 分别暗示乙烯及氧的分压.在473K 等温下的实验数据如下：B解：首先将动力学方程式直线化：或δ=,结果是令人满意的.平均偏差 4.7%3 釜式反应器3.1在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应：该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级.反应开始时乙酸乙酯及氢氧化钠的浓度均为0.02mol/l,反应速率常数即是 5.6l/mol.min.要求最终转化率达到95%.试问：（1）（1）当反应器的反应体积为1m3时,需要多长的反应时间？（2）（2）若反应器的反应体积为2m3,,所需的反应时间又是几多？解：（1）00222000001()(1)110.95169.6min(2.83)5.60.0210.95===⨯---=⨯=⨯-⎰⎰Af Af X X A A A A A A A A A A A dX dX X t C C R k C X kC X h(2) 因为间歇反应器的反应时间与反应器的年夜小无关,所以反应时间仍为2.83h.3.2拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应：以生产乙二醇,产量为20㎏/h,使用15%（重量）的NaHCO 3水溶液及30%（重量）的氯乙醇水溶液作原料,反应器装料中氯乙醇和碳酸氢钠的摩尔比为1：1,混合液的比重为1.02.该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为一级,在反应温度下反应速率常数即是 5.2l/mol.h,要求转化率达到95%.（1） （1） 若辅助时间为0.5h,试计算反应器的有效体积；（2） （2） 若装填系数取0.75,试计算反应器的实际体积.解：氯乙醇,碳酸氢钠,和乙二醇的分子量分别为80.5,84 和62kg/kmol,每小时产乙二醇：20/62=0.3226 kmol/h 每小时需氯乙醇：0.326680.591.11/0.9530%⨯=⨯kg h 每小时需碳酸氢钠：0.326684190.2/0.9515%⨯=⨯kg h 原料体积流量：091.11190.2275.8/1.02+==Q l h 氯乙醇初始浓度：00.32661000 1.231/0.95275.8⨯==⨯A C mol l反应时间：反应体积：0(')275.8(2.9680.5)956.5=+=⨯+=r V Q t t l（2） （2） 反应器的实际体积：956.512750.75===r V V l f3.3丙酸钠与盐酸的反应：为二级可逆反应（对丙酸钠和盐酸均为一级）,在实验室中用间歇反应器于50℃等温下进行该反应的实验.反应开始时两反应物的摩尔比为1,为了确定反应进行的水平,在分歧的反应时间下取出10ml 反应液用0.515N 的NaOH 溶液滴定,以确定未反应盐酸浓度.500kg/h,且丙酸钠的转化率要达到平衡转化率的90%.试计算反应器的反应体积.假定（1）原料装入以及加热至反应温度（50℃）所需的时间为20min,且在加热过程中不进行反应；（2）卸料及清洗时间为10min ；（3）反应过程中反应物密度恒定.解：用A,B,R,S 分别暗示反应方程式中的四种物质,利用当量关系可求出任一时刻盐酸的浓度（也就是丙酸钠的浓度,因为其计量比和投量比均为1：1）为：于是可求出A 的平衡转化率：现以丙酸浓度对时间作图：由上图,当C A =0.0515×14.7mol/l 时,所对应的反应时间为48min.由于在同样条件下,间歇反应器的反应时间与反应器的年夜小无关,所以该生产规模反应器的反应时间也是48min.丙酸的产量为：500kg/h=112.6mol/min.所需丙酸钠的量为:112.6/0.72=156.4mol/min.原料处置量为：000/156.4/(0.051552.5)57.84/min ==+=A A Q F C l反应器体积：00()57.84(182010)4512=+=⨯++=r V Q t t l实际反应体积：4512/0.85640=l3.4在间歇反应器中,在绝热条件下进行液相反应：其反应速率方程为：143110001.110exp()/.=⨯-A A B r C C kmol m h T式中组分A 及B 的浓度C A 及C B 以kmol/m 3为单元,温度T 的单元为K.该反应的热效应即是-4000kJ/kmol.反应开始时溶液不含R,组分A 和B 的浓度均即是0.04kmol/m 3,反应混合物的平均热容按4.102kJ/m 3.K 计算.反应开始时反应混合物的温度为50℃.（1） （1） 试计算A 的转化率达85%时所需的反应时间及此时的反应温度.（2） （2） 如果要求全部反应物都转化为产物R,是否可能？为什么？解：(1)（由数值积分得出）(2)若A 全部转化为R,即X A =1.0,则由上面的积分式知,t →∝,这显然是不成能的.3.5在间歇反应器中进行液相反应：A 的初始浓度为0.1kmol/m 3,C,D 的初始浓度为零,B 过量,反应时间为t 1时,C A =0.055kmol/m 3,C C =0.038 kmol/m 3,而反应时间为t 2时,C A =0.01 kmol/m 3,C C =0.042kmol/m 3,试求：（1） （1） k 2/k 1;（2） （2） 产物C 的最年夜浓度；（3） （3） 对应C 的最年夜浓度时A 的转化率.解：(1)因为B 过量,所以：恒容时：'1-=A A dC k C dt（A ）''12-=-C A C dC k C k C dt(B)（B ）式除以（A ）式得：解此微分方程得：'2'10'200'11⎡⎤⎛⎫⎢⎥=- ⎪⎢⎥⎝⎭⎢⎥-⎣⎦k k A A A C A A C C C C k C C k（C ）将t 1,C A ,C C 及t 2,C A ,C C 数据代入（C ）式化简得：解之得：(2)先求出最年夜转化率:(3)产物C 的最年夜收率：产物C 的最年夜浓度：3.6 在等温间歇反应器中进行液相反应初始的反应物料中不含A 2和A 3,A 1的浓度为2mol/l,在反应温度下k 1=4.0min -1,k 2=3.6min -1,k 3=1.5min -1.试求:（1） （1） 反应时间为1.0min 时,反应物系的组成.（2） （2） 反应时间无限延长时,反应物系的组成.（3） （3） 将上述反应改为31123−−→⇔←−→k k A A A 反应时间无限延长时,反应物系的组成.解：根据题中给的两种反应情况,可分别列出微分方程,然后进行求解.但仔细分析这两种情况,其实质是下述反应的特例：12123←−→←−→k k A A A (A)那时'20=k ,（A ）式酿成123⇔→A A A(B)那时'10=k ,（A ）式酿成123→⇔A A A(C) 那时''120,0==k k ,（A ）式酿成123→→A A A(D)其中式（D ）即为书讲的一级不成逆连串反应.可见只要获得（A ）式的解,则可容易化简获得（B ）,(C)及(D)式的解.对(A)式,可列出如下微分方程组：'11111-=-dC k C k C dt (1)''211231222=+--dC k C k C k C k C dt (2) '32223=-dC k C k C dt (3)由题意知初始条件为：11023(0),(0)(0)0===C C C C (4)联立求解此微分方程组可得：'''''21112211011()()()()⎧⎫⎡⎤++⎪⎪=+-⎨⎬⎢⎥-++⎪⎪⎣⎦⎩⎭t tk k k k k e k e C C k k αβαβαβαβααββ (5) '''12122210()()⎧⎫⎡⎤++⎪⎪=+-⎨⎬⎢⎥-⎪⎪⎣⎦⎩⎭t t k k k k e k e C C αβαβαβαβαβ (6)1212310⎧⎫⎡⎤⎪⎪=+-⎨⎬⎢⎥-⎪⎪⎣⎦⎩⎭tt k k k k e e C C αβαβαβαβ (7)式中,,αβ由如下式确定：'''121221=++k k k k k k αβ (8)''1122()+=-+++k k k k αβ (9)现在可用上述结果对本题进行计算：（1）1'11'11224.0min , 3.6min , 1.5min ,0,1min---=====k k k k t由（5）～（9）式得（2）当t →∝时,由（5）～（9）式得（3）此时为'10=k 的情况,当t →∝时,由114.0min ,-=k 1'1221.5min , 3.6min --==k k 得：3.7拟设计一反应装置等温进行下列液相反应：目的产物为R,B 的价格远较A 贵且不容易回收,试问：（1） （1） 如何选择原料配比？（2） （2） 若采纳多段全混流反应器串连,何种加料方式最好？（3） （3） 若用半间歇反应器,加料方式又如何？解：（1）212221211221===++A R A B AB A A B A B B r kC C S k C R k C C k C C k C νν 由上式知,欲使S 增加,需使C A 低,C B 高,但由于B 的价格高且不容易回收,故应按主反应的计量比投料为好.（2）保证C A 低,C B 高,故可用下图所示的多釜串连方式：（3）用半间歇反应器,若欲使C A 低,C B 高,可以将B 一次先加入反应器,然后滴加A.3.8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：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即是0.08s -1,最终转化率达98.9%,试计算苯酚的产量.（1） （1） 如果这个反应器是间歇把持反应器,并设辅助把持时间为15min;（2） （2） 如果是全混流反应器；（3） （3） 试比力上二问的计算结果；（4） （4） 若过氧化氢异丙苯浓度增加一倍,其他条件不变,结果怎样？解：（1）苯酚浓度0 3.20.989 3.165/==⨯=苯酚A A C C X mol l苯酚产量018.82 3.16559.56/min 335.9/=⨯==苯酚Q C mol kg h（2）全混流反应器苯酚产量016.02 3.20.98950.69/min 285.9/=⨯⨯==苯酚Q C mol kg 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,其原料处置量不变,但由于C AB增加一倍,故C苯酚也增加一倍,故上述两个反应器中苯酚的产量均增加一倍.3.9在间歇反应器中等温进行下列液相反应：r D及r R分别为产物D及R的生成速率.反应用的原料为A及B的混合液,其中A的浓度即是2kmol/m3.（1）（1）计算A的转化率达95%时所需的反应时间；（2）（2） A的转化率为95%时,R的收率是几多？（3）（3）若反应温度不变,要求D的收率达70%,能否办到？（4）（4）改用全混反应器把持,反应温度与原料组成均不改变,坚持空时与（1）的反应时间相同,A的转化率是否可达到95%？（5）（5）在全混反应器中把持时,A的转化率如仍要求达到95%,其它条件不变,R的收率是几多？（6）（6）若采纳半间歇把持,B先放入反应器内,开始反应时A按（1）计算的时间均速加入反应器内.假如B的量为1m3,A为0.4m3,试计算A加完时,组分A所能达到的转化率及R的收率.解：（1）第二章2.9题已求出t=0.396h=24.23min(2)(3)若转化率仍为0.95,且温度为常数,则D的瞬时选择性为：D的收率：这说明能使D的收率达到70%（4）对全混流反应器,若使τ=t=0.3958h,则有解之得：C A=0.4433所以：0.77840.95-==A AAAC CXC这说明在这种情况下转化率达不到95%.（5）（5）对全混流反应器,若X=0.95,则R的收率为：（6）依题意知半间歇式反应器属于连续加料而间歇出料的情况.为了求分组A的转化率及R的收率,需要求出A及R 的浓度随时间的变动关系,现列出如下的微分方程组：对A:200 ()(1.616.4)++=AA A A d VCC C V Q Cdt（1）对R:() 1.60-=R A d VC C V dt（2）00=+V V Q t（3）在反应时间（t=0.4038h,为方便起见取t ≈0.4h ）内将0.4 m 3的A 均速加入反应器内,故300.41/0.4==Q m h采纳间歇釜把持时,原料为A 与B 的混合物,A 的浓度为2kmol/ m 3.现采纳半间歇釜把持,且331,0.4==B A V m V m ,故可算出原料A 的浓度为：30(10.4)2/0.4+⨯=A C kmol m 由于：代入（1）,（2）式则得如下一阶非线性微分方程组：27 1.616.41-=--+A A A A dC C C C dt t（4）1.61=-+R RA dC C C dt t （5）初始条件：t=0,C A =0,C R =0可用龙格---库塔法进行数值求解.取步长△t=0.02h,直至求至t=0.4h 即可.用t=0.4h 时的C A 和C R 可以进行A 的转化率和R 的收率计算：0000--==A A A A A A A A A N N C V C V X N C V式中V A 为所加入的A 的体积,且V A =0.4m 3;C A0为所加入的A 的浓度,且C A0=7kmol/m 3；V 为反应结束时物系的体积,V=1.4m 3.同理可以计算出R 的收率：0=R R A A C V Y C V 3.10在两个全混流反应器串连的系统中等温进行液相反应：加料中组分A 的浓度为0.2kmol/m 3,流量为4m 3/h,要求A 的最终转化率为90%,试问：（1） （1） 总反应体积的最小值是几多？（2） （2） 此时目的产物B 的收率是几多？（3） （3） 如优化目标函数改为B 的收率最年夜,最终转化率为几多？此时总反应体积最小值是几多？解：（1）对上式求dV r /dX A1=0可得：12121101(1)+-=--A A A X X X将X A2=0.9代入上式,则311100(1)1-=+A A X X 解之得X A1=0.741所以总反应体积的最小值为(2) 即113.24940.0912314=-B B C C 解得C B1=0.005992 kmol/m 3同理212222220224.6760.0059924341434(1)14--===---B B B A B A A B C C C C C C X C τ 解得C B2=0.00126 kmol/m 3B 的收率：2020.001262 1.26%0.2⨯===B B AC Y C(3)目标函数改为B 的收率,这时的计算步伐如下：对第i 个釜,组分A,B 的衡算方程分别为：对A: 1268--=Ai Ai i Ai C C C τ对B: 123414--=-Bi Bi i Ai Bi C C C C τ 当i=1时,0112168-=A A A C C C τ （1）112113414=-B A B C C C τ （2）当i=2时,1222268-=A A A C C C τ （3）222223414=-B A B C C C τ（4）由（1）式解出C A1代入（2）式可解出C B1; 由（1）式解出C A1代入（3）式可解出C A2;将C B1及C A2代入（4）式可解出C B2,其为τ1,τ2的函数,即2012(,,)=B A C f C ττ （5）式中C A0为常数.由题意,欲使C B2最年夜,则需对上述二元函数求极值:联立上述两个方程可以求出τ1及τ2.题中已给出Q 0,故由012()=+r V Q ττ可求出C B2最年夜时反应器系统的总体积.将τ1,τ2代入（5）式即可求出B 的最高浓度,从而可进一步求出Y BmaX .将τ1,τ2代入C A2,则由X A2=(C A0-C A2)/C A0可求出最终转化率.3.11在反应体积为490cm 3的CSTR 中进行氨与甲醛生成乌洛托品的反应：3264246()6+→+NH HCHO CH N H O式中（A ）--NH 3,(B)—HCHO,反应速率方程为：式中31.4210exp(3090/)=⨯-k T .氨水和甲醛水溶液的浓度分别为1.06mol/l 和6.23mol/l,各自以1.50cm 3/s 的流量进入反应器,反应温度可取为36℃,假设该系统密度恒定,试求氨的转化率X A 及反应器出口物料中氨和甲醛的浓度C A 及C B .解： 即得：234900.06447(1)(3.16 1.5 2.03)=--⨯Af Af Af X X X整理得：323.075 3.162 1.0770-+-=Af Af Af X X X解得：X Af =0.821反应器出口A,B 得浓度分别为：3.12在一多釜串连系统,2.2kg/h 的乙醇 和1.8kg.h 的醋酸进行可逆反应.各个反应器的体积均为0.01m 3,反应温度为100℃,酯化反应的速率常数为 4.76×10-4l/mol.min,逆反应（酯的水解）的速率常数为1.63×10-4 l/mol.min.反应混合物的密度为864kg/m 3,欲使醋酸的转化率达60%,求此串连系统釜的数目.解：等体积的多釜串连系统A,B,C,D 分别代表乙酸,乙酸乙酯和水.由计量关系得：从已知条件计算出：将上述数据代入（A ）式,化简后获得：若i=1,则（B ）式酿成：21100.04056 1.51130.887 6.48+-==A A A C C C解之得：114.364/,0.326==A A C mol l X 若i=2,则（B ）式酿成：22210.04056 1.51130.887 4.364+-==A A A C C C 解之得：213.20/,0.506==A A C mol l X 若i=3,则（B ）式酿成：23320.04056 1.51130.887 3.2+-==A A A C C C 解之得：312.53/,0.609==A A C mol l X 即：三釜串连能满足要求.3.13以硫酸为催化剂,由醋酸和丁醇反应可制得醋酸丁酯.仓库里闲置着两台反应釜,一台的反应体积为3m 3,另一台则为1m 3.现拟将它们用来生产醋酸丁酯,初步决定采纳等温连续把持,原料中醋酸的0.浓度为0.15kmol/m 3,丁酯则年夜量过剩,该反应对醋酸为2级,在反应温度下反应速率常数即是 1.2m 3/h.kmol,要求醋酸的最终转化率不小于50%,这两台反应釜可视为全混反应器,你认为采纳怎样的串连方式醋酸丁酯的产量最年夜？为什么？试计算你所选用的方案获得的醋酸丁酯产量.如果进行的反应是一级反应,这两台反应器的串连方式又应如何？解：因为反应级数年夜于1,所以联立方式应当是小釜在前,年夜釜在后才华使醋酸丁酯产量最年夜.现进行计算：二式联立化简后获得：（将X A2=0.5代入）解之得：X A1=0.223醋酸丁酯产量=0020.48730.150.536.55/=⨯⨯=A A Q C X mol h 如果进行的是一级反应,可进行如下计算：（1） （1） 小反应器在前,年夜反应器在后:联立二式,且将X A2=0.5代入,化简后获得:解得：X A1=0.1771 所以有：3101(1) 1.2(10.1771) 5.576/0.1771--===A A k X Q m h X醋酸丁酯产量=002 5.5760.150.50.4182/=⨯⨯=A A Q C X kmol h (2)年夜反应器在前,小反应器在后:解得X A1=0.3924 所以有：31013(1)3 1.2(10.3924) 5.575/0.3924-⨯-===A A k X Q m h X产量同前.说明对此一级反应,连接方式没有影响.3.14等温下进行1.5级液相不成逆反应：→+A B C .反应速率常。
化学反应工程李绍芬第三版课后答案
化学反应工程李绍芬第三版课后答案1、苯丙素类的基本母核是具有一个或数个（）单元的天然化合物（）[单选题] * AC6-C3基团(正确答案)BC6-C6基团CC5-C3基团DC8-C8基团2、在结晶溶剂的选择过程中首先要遵循的是（）[单选题] *A成分的纯度(正确答案)B相似相容原理C冷却热饱和原理D以上都不对3、阿托品的结构类型是（）[单选题] *A喹啉类B异喹啉类C莨菪烷类(正确答案)D苄基异喹啉类4、E连续回流提取法(正确答案)能用乙醇作溶剂提取的方法有（多选）（）* A浸渍法(正确答案)B渗漉法(正确答案)C煎煮法D回流提取法(正确答案)5、下列应用最广的经典提取方法是（）[单选题] *A水蒸气蒸馏法B溶剂提取法(正确答案)C超临界流体萃取法D超声提取法6、下列化合物中β位有-COOH取代的是（）[单选题] *A大黄素B大黄酸(正确答案)C大黄素甲醚D芦荟大黄素7、属于挥发油特殊提取方法的是（）[单选题] *A酸提碱沉B水蒸气蒸馏(正确答案)C煎煮法D浸渍法8、南五味子保肝的主要效药效成分是（）[单选题] *A蒽醌B香豆素C黄酮D木脂素(正确答案)9、处方中厚朴主要化学成分厚朴酚，其结构类型是（）[单选题] * A黄酮B香豆素C木脂素(正确答案)D三萜皂苷10、具有升华性的生物碱是（）[单选题] *A烟碱B咖啡因(正确答案)C槟榔碱D苦参碱11、游离生物碱和生物碱盐都易溶解的溶剂是（）[单选题] *A三氯甲烷B正丁醇C乙醇(正确答案)D水12、从香豆素类的结构与分类看，下列属于简单香豆素类的是（）[单选题] * A龙脑B七叶内酯(正确答案)C薄荷醇D西瑞香素13、木脂素母核结构中的C6-C3单体数目为（）[单选题] *A1个B2个(正确答案)C3个D4个14、下列不能作为极性吸附剂的是（）[单选题] *A活性炭(正确答案)B氧化铝C硅胶D氧化镁15、碱水提取芦丁时，若PH过高会使（）[单选题] * A产品质量降低B产品收率降低(正确答案)C苷键水解断裂D内酯环开环16、下列含有蒽醌类成分的中药是（）*A丹参B决明子(正确答案)C芦荟(正确答案)D紫草17、分馏法分离挥发油的主要依据是（）[单选题] * A密度的差异B沸点的差异(正确答案)C溶解性的差异D旋光性的差异18、可沉淀具有羧基或邻二酚羟基成分的沉淀法是（）[单选题] *A溶剂沉淀法B醋酸铅沉淀法(正确答案)C酸碱沉淀法D水提醇沉法19、以下哪种方法是利用成分可以直接由固态加热变为气态的原理（）A [单选题] * A升华法(正确答案)B分馏法C沉淀法D透析法20、四氢硼钠反应变红的是（）[单选题] *A山柰酚B橙皮素(正确答案)C大豆素D红花苷21、结晶法一般是在分离纯化物质的哪个阶段常常使用的（）[单选题] * A开始B中期C最后(正确答案)D以上均可22、连续回流提取法与回流提取法比较，其优越性是（）[单选题] *A节省时间且效率高B节省溶剂且效率高(正确答案)C受热时间短D提取量较大23、具有挥发性的生物碱是（）[单选题] *A苦参碱B莨菪碱C麻黄碱(正确答案)D小檗碱24、具有挥发性的生物碱是（）[单选题] *A吗啡碱B麻黄碱(正确答案)C苦参碱D小檗碱25、极性最大的溶剂是（）[单选题] *A酸乙酯(正确答案)B苯C乙醚D氯仿26、二氢黄酮类专属性的颜色反应是（）[单选题] * A盐酸-镁粉反应B四氢硼钠反应(正确答案)C硼酸显色反应D锆盐-枸橼酸反应27、水蛭的主要化学成分是（）[单选题] *A有机酸B蛋白质(正确答案)C多糖D生物碱28、下列化合物中，酸性最强的是（）[单选题] *A芦荟大黄素B大黄酚C大黄素甲醚D大黄酸(正确答案)29、与明胶反应生成沉淀的成分是（）[单选题] *A强心苷B皂苷C有机酸D鞣质(正确答案)30、E连续回流提取法(正确答案)用乙醇作溶剂提取时，下列说法正确的是（）* A对植物细胞壁穿透力强(正确答案)B溶解范围广，提取较全面(正确答案)C提取液中蛋白质、多糖等水溶性杂质少(正确答案)D有防腐作用，提取液不易发霉变质(正确答案)。
李绍芬版本 反应工程 课后习题全解 管式反应器
4 管式反应器4.1在常压及800℃等温下在活塞流反应器中进行下列气相均相反应： 6532664+→+C H CH H C H CH在反应条件下该反应的速率方程为：0.51.5,/.=T H r C C mol l s式中C T 及C H 分别为甲苯及氢的浓度，mol/l ，原料处理量为2kmol/h ，其中甲苯与氢的摩尔比等于1。
若反应器的直径为50mm ，试计算甲苯最终转化率为95%时的反应器长度。
解：根据题意可知甲苯加氢反应为恒容过程，原料甲苯与氢的摩尔比等于1，即：00=T H C C ，则有：0(1)==-T H T T C C C X示中下标T 和H 分别代表甲苯与氢，其中：53300330000.5 1.01310 5.6810/8.3141010732/21/0.27810/--⨯⨯===⨯⨯⨯====⨯T T T T p C kmol mRT F Q C kmol h kmol s所以，所需反应器体积为：00000.5 1.500 2.50.95333 1.5 1.501.5 1.5(10.95)10.278100.4329 3.0061.5(5.6810)(1) 1.51---==--=⨯=⨯=⨯--⎰⎰⎰TT X X T Tr T T T H T T T dX dX V Q C Q C C C C dX mX 所以，反应器的长度为：23.0061531.10.05 3.14/4=⨯m4.2根据习题3.2所规定的条件和给定数据，改用活塞流反应器生产乙二醇，试计算所需的反应体积，并与间歇釜式反应器进行比较。
解：题给条件说明该反应为液相反应，可视为恒容过程，在习题3.2中已算出：0275.8/=Q l h 0 1.231/=A C mol l所以，所需反应器体积：00000000(1)()275.80.95818.61 5.2 1.23110.95=--===-⨯-⎰AX Ar A A A B A A A A A dX V Q C kC X C C X Q X lkC X由计算结果可知，活塞流反应器的反应体积小，间歇釜式反应器的反应体积大，这是由于间歇式反应器有辅助时间造成的。
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 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 AC k C k dtdC 21-=-21002122)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 08664.082ln 3132ln 18ln1-==+∴+=-+=k k k k x x x k k t AAe Ae 1211m in 02888.0m in 05776.0--==∴k kP A p A AC C C k C k dtdC 02888.005776.021-=-=-5、恒温恒容的气相反应A →3P ，其动力学方程为Vn k dt dn V r A AA =-=-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 tp f dtdp =的表达式。
解：AtAA AtA A A A AAA A t A A t A A A t kp dtdp RT pk kc V n k dt dp RT dt dp RT dt dp RT dt dc r V n k dt dn v r dtdpdt dp p p p p p p p 221211(1)(22)(3)00======-=-=-=-=--=--=-+=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。
李绍芬《反应工程》课后习题答案
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
FCO=0.1549A+9.38B/(28×1000)
将求得的A、B值代入得
FCO=4.431 kmol/h
故CO的全程转化率为
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），当进入反应器的总原料量为100mol时，则反应器的进料组成为
（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，计算进料原料气组成以质量分率表示如下：
组分
摩尔质量
yi0(mol%)
Fi0(kmol/h)
质量分率xi0%
CO
28
26.82
26.82
72.05
H2
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
李绍芬版反应工程答案
1 绪 论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：（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：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：（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A P 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 )= mol n P =n A0Y 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所以，反应器出口气体组成为：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，大部分经循环压缩机后与原料气混合返回合成塔中。
下图是生产流程示意图原料气Bkg/h 粗甲醇Akmol/h100kmol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COH2CO2CH4N2粗甲醇的组成为CH3OH %,(CH3)2O %,C3H9OH %,H2O %,均为重量百分率。
李绍芬版反应工程答案
1 绪 论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：（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：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：（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A P 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 )= mol n P =n A0Y 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= 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，大部分经循环压缩机后与原料气混合返回合成塔中。
下图是生产流程示意图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COH2CO2CH4N2粗甲醇的组成为CH3OH %,(CH3)2O %,C3H9OH %,H2O %,均为重量百分率。
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。
3、在间歇反应器中有一级液相可逆反应，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：根据一级可逆反应积分式5、恒温恒容的气相反应A →3P，其动力学方程为,在反应过程中系统总压p t及组分A的分压均为变量，试推导的表达式。
解：8、纯气相组分A在一等温等容间歇反应器中按计量式进行反应，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。
06250.051 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：由于当时，常数,因此假设为一级可逆反应.第三章均相反应过程1、液相一级等温反应在间歇釜中达到70%转化率需要12min，若此反应移到同温度下平推流反应器和全混流反应器中进行时,所需要的空时和空速各为多少?解：3、液相反应在一间歇反应器中进行，反应速率如下表所示：C A/mol/L 0。
1 0。
2 0.3 0。
4 0.5 0.6 0。
7 0。
8 1。
0 1。
3 2.0(2）5、丙烷裂解为乙烯的反应可表示为C3H8→C2H4+CH4（忽略副反应）在772℃等温反应时，动力学方程为—，其中k=0.4h—1。
若系统保持恒压p=0。
1MPa，ν0=0。
8m3/h(772℃，0。
1MPa)，求当x A=0.5时，所需平推流反应器的体积大小。
解:恒压变容反应8、一级反应A→P，在一体积为VP的平推流反应器中进行，已知进料温度为150℃,活化能为84kJ·mol-1，如改用全混流反应器,其所需体积设为Vm，则Vm/Vp应有何关系?当转化率为0。
6时，如果使Vm=Vp，反应温度应如何变化？如反应级数分别为n=2，1/2，−1时，全混流反应器的体积将怎样改变?解：PPT课件答案1、在间歇反应器中进行液相反应A+B→P，C A0=0。
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 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 AC k C k dtdC 21-=-21002122)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 08664.082ln 3132ln 18ln1-==+∴+=-+=k k k k x x x k k t AAe Ae 1211m in 02888.0m in 05776.0--==∴k kP A p A AC C C k C k dtdC 02888.005776.021-=-=-5、恒温恒容的气相反应A →3P ，其动力学方程为Vn k dt dn V r A AA =-=-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 tp f dtdp =的表达式。
解：AtAA AtA A A A AAA A t A A t A A A t kp dtdp RT pk kc V n k dt dp RT dt dp RT dt dp RT dt dc r V n k dt dn v r dtdpdt dp p p p p p p p 221211(1)(22)(3)00======-=-=-=-=--=--=-+=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。
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 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 AC k C k dtdC 21-=-21002122)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 08664.082ln 3132ln 18ln1-==+∴+=-+=k k k k x x x k k t AAe Ae 1211m in 02888.0m in 05776.0--==∴k kP A p A AC C C k C k dtdC 02888.005776.021-=-=-5、恒温恒容的气相反应A →3P ，其动力学方程为Vn k dt dn V r A AA =-=-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 tp f dtdp =的表达式。
解：AtAA AtA A A A AAA A t A A t A A A t kp dtdp RT pk kc V n k dt dp RT dt dp RT dt dp RT dt dc r V n k dt dn v r dtdpdt dp p p p p p p p 221211(1)(22)(3)00======-=-=-=-=--=--=-+=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。
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最新李绍芬《反应工程》课后习题答案
1 绪论
1 1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应：
2
3222CH OH O 2HCHO 2H O +→+ 3 32222CH OH 3O 2CO 4H O +→+
4 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
5 甲醇的转化率达72%，甲醛的收率为69.2%。
试计算
6 （1）（1）反应的选择性；
7 （2）（2）反应器出口气体的组成。
8 解：（1）由（1.7）式得反应的选择性为：
9
0.629Y S 0.961196.11%
X 0.720====
10 （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11 进入反应器的总原料量为100mol 时，则反应器的进料组成为
12
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
13
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：
14
n A =n
A0
(1-X
A
)=7.672 mol
15
n P =n
A0
Y
P
=18.96 mol
16
n C =n
A0
(X
A
-Y
P
)=0.7672 mol
17
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
18
为：19
n W =n
W0
+n
P
+2n
C
=38.30 mol
20
n O =n
O0
-1/2n
P
-3/2n
C
=0.8788 mol
21
n N =n
N0
=43.28 mol
22
所以，反应器出口气体组成为：23
24
25
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26
副反应如下：
27
28
29
23
CO2H CH OH
+?
30
2322
2CO4H(CH)O H O
+?+
31
242
CO3H CH H O
+?+
32
2492
4CO8H C H OH3H O
+?+
33
222
CO H O CO H
+?+
34
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35
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36
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37
与原料气混合返回合成塔中。
下图是生产流程示意图
38
39
40
41
42
原料气Bkg/h 粗甲醇 Akmol/h
43
44
100kmol放空气45
体
46
47
48
原料气和冷凝分离后的气体组成如下：（mol）49
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
50
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51
可部分溶解于粗甲醇中，对1kg粗甲醇而言，其溶解量为CO
29.82g,CO 9.38g,H
2
52
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：
53
（1）（1）一氧化碳的单程转换率和全程转化率；
54
（2）（2）甲醇的单程收率和全程收率。
55
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56
料气组成以质量分率表示如下：
57
其中x
i =y
i
M
i
/∑y
i
M
i。
进料的平均摩尔质量M m
=∑y
i
M
i
=10.42kg/kmol。
58
经冷凝分离后的气体组成（亦即放空气体的组成）如下：59
其中冷凝分离后气体平均分子量为60
M’
m =∑y
i
M
i
=9.554
61
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
62
算得：
63
5.38B/28×1000+0.1029A=2.92 (A) 64
对整个系统就所有物料作衡算得：
65
100×10.42=B+9.554A (B) 66
联立（A）、（B）两个方程，解之得
67
A=26.91kmol/h B=785.2kg/h
68
反应后产物中CO摩尔流量为
69
F CO =0.1549A+9.38B/(28×1000)
70
将求得的A、B值代入得71
F CO =4.431 kmol/h
72
故CO 的全程转化率为
73 CO,0CO CO
CO,0F F 26.82 4.435X 83.48%
F 26.82
--===
74 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75 F ’CO,0=100×0.2682+7.2×100×0.1549=138.4
kmol/h 76 所以CO 的单程转化率为
77
CO,0CO '
CO
CO,0F F 26.82 4.435X 16.18%
F 138.4
--===
78 产物粗甲醇所溶解的CO 2、CO 、H 2、CH 4和N 2总量D 为
79
(9.829.38 1.76 2.14 5.38)B
D 0.02848Bkmol /h
1000++++=
=
80 粗甲醇中甲醇的量为
81 (B-D)X 甲/M m =(785.2-0.02848B) ×0.8915/32=21.25 kmol/h 82 所以，甲醇的全程收率为
83 Y 总=21.25/26.82=79.24% 84 甲醇的单程收率为
85 Y 单=21.25/138.4=15.36%
86
87。