第六章理想流动反应器习题精讲
各章习题——精选推荐
各章习题⼀、名词解释1. 项⽬建议书4. 两阶段设计⼆、简答题第⼀章制药⼯程设计概述2. 可⾏性研究报告5. 试车3. 设计任务书1. 简述⼯程项⽬从计划建设到交付⽣产所经历的基本⼯作程序。
2. 简述可⾏性研究的任务和意义。
3. 简述可⾏性研究的阶段划分及深度。
4. 简述可⾏性研究的审批程序。
5. 简述设计任务书的审批及变更。
6. 简述设计阶段的划分。
7. 简述初步设计阶段的主要成果。
8. 简述初步设计的深度。
9. 简述初步设计的审批及变更。
10. 简述施⼯图设计阶段的主要设计⽂件。
11. 简述施⼯图设计阶段的深度。
12. 简述制药⼯程项⽬试车的总原则。
第⼆章⼚址选择和总平⾯设计⼀、名词解释1. 等⾼线4. 风玫瑰图7. 绿地率10. 公⽤系统12. 空⽓洁净度⼆、简答题2. 风向频率5. 建筑系数8. ⽣产车间10. 地理测量坐标系13. 洁净⼚房3. 主导风向6. ⼚区利⽤系数9. 辅助车间11. 建筑施⼯坐标系1. 简述⼚址选择的基本原则。
2. 简述⼚址选择程序。
3. 简述⼚址选择报告的主要内容。
4. 简述总平⾯设计的依据。
5. 简述总平⾯设计的原则。
6. 简述总平⾯设计的内容和成果。
17. 简述GMP对⼚房洁净等级的要求。
8. 简述洁净⼚房总平⾯设计的⽬的和意义。
9. 简述洁净⼚房总平⾯设计原则。
第三章⼯艺流程设计⼀、名词解释1. 报警装置2. 事故贮槽3. 安全⽔封4. 爆破⽚7. 阻⽕器10. 仪表位号⼆、简答题5. 安全阀8. 载能介质10. 就地仪表6. 溢流管9. 设备位号11. 集中仪表1. 简述⼯艺流程设计的作⽤。
2. 简述⼯艺流程设计的任务。
3. 简述⼯艺流程设计的基本程序。
4. 简述连续⽣产⽅式、间歇⽣产⽅法和联合⽣产⽅式的特点。
5. 简述⼯艺流程设计的成果。
三、设计题1. 离⼼泵是最常⽤的液体输送设备，常通过改变出⼝阀门的开度来调节其输出流量，试确定该⽅案带控制点的⼯艺流程图。
第三章理想流动反应器习题精讲教材
10
AB
r2
k e167368/( 20
RT
)CRCB
选取最佳的操作方式。
B
解：对于A, A n12 R n 2 1 S
A
应选用高CA0, PFR反应器。
m11 R 对于B, B m22 S
CB与生成R无关，尽管B可以任意方式加入,为 维持高CA,考虑B分段加入为佳
习题-1请考虑化学反应：
A B 催化剂DC
该反应在全混流反应器中进行，反应温度为20℃， 液料的体积流量为0.5m3/h, CA0=96.5mol/m3, CB0=184mol/m3,催化剂的浓度CD=6.63mol/m3。实 验测得该反应的速度方程为：
rA=kCACD
式中k=1.15*10-3m3/(mol.ks)。若要求A的转化率 为40%，试求反应器的体积。
490.2
913.8
1188 ∞
-0.55591
-0.6311
-0.7151
-0.9177
-1.0479
99
90.6
83
70.6
65.3
42.4
-0.55591
-0.6311
-0.7151
-0.9177
-1.0479
0 0
-0.2
500
1000
1500
-0.4
-0.6
-0.8
-1 y = -0.0005x - 0.4912 R2 = 0.9987
V0
(2) 两个CSTR串联
CSTR-1: CSTR-2:
V0CA0 xA1 kCA20 (1 xA1)2VR1
1
VR1 V0
x A1 kCAo (1
第六章理想流动反应器习题精讲.
t
1 在一反应器中进行2A→D+C恒温恒容反应。已知 CA0=25mol/m3，分解动力学方程为r =0.025CA mol /(m3.min)。该反应器有效容积VR=1m3，送 入液体的流量为1.8m3/h，进行脉冲示踪法测得 =33.33min，δt2=272.22min2。请分别用： (1)多级混合槽模型；（2）平推流模型；（3）全混 流模型；(4)轴向扩散模型。 计算出口物料中A组分的浓度(轴向扩散模型只用开开式条件)。
ห้องสมุดไป่ตู้
例2 反应A+B→R+S，已知 V 1L，物料进料速率 C C 0.005mol/L动力学方程式 V0 0.5L/min， 为 (rA ) kCACB ，其中k 100L/(mol.min)。试 求： （1）反应在平推流反应器中进行时出口转化率为多 少？ （2）欲用全混流反应器得到相同的出口转化率，反 应体积应多大？ （3）若全混流反应器=1L，可达到的转化率为多少？
1 1 1 1 1 1 tanh( 3 ) 3 4.38 tanh( 3 4 . 38 ) 3 4 . 38 0.2109
习题-2 铬铝催化剂上进行丁烷脱氢反应
常压773 K
1 rA kW c A mol.s .g1
0
（4分）
C A C A0 exp(k ) 25 exp(0.05 33.33) 4.723m ol/ m3
（5分）
(3)全混流模型
C A0 C A ( rA ) f C A0
C A0 C A kC A （5分）
CA
25 9.3756 m ol/ m 3 1 k 1 0.05 33.33 ( 4)轴向扩散模型 2 2 ) 2( ) 2 0.245 Pe Pe
化学反应工程练习题解答
第一章习题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。
解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2 在间歇搅拌槽式反应器中，用醋酸与丁醇生产醋酸丁酯，反应式为：()()()()S R B A O H H COOC CH OH H C COOH CH 2943SO H 94342+−−→−+反应物配比为：A(mol):B(mol)=1:4.97，反应在100℃下进行。
A转化率达50％需要时间为24.6min，辅助生产时间为30min，每天生产2400kg醋酸丁酯（忽略分离损失），计算反应器体积。
混合物密度为750kg·m-3，反应器装填系数为0.75。
解3313111111i 1.2m 0.750.8949总体积反应0.8949m 0.910.9834有效体积反应0.91hr6054.6折合54.6min 3024.6总生产时间hr 0.9834m 750737.5换算成体积流量hr 737.5kg 634.1103.4总投料量hr 634.1kg 744.97724.1B 4.97:1B :A hr 103.4kg 601.724折算成质hr 1.724kmol 0.50.862的投料量A ，则50%转化率hr 0.862kmol 116100hr 100kg 2400/24R 116 74 60 M S R B A ==⨯==+=⋅=+⋅=⨯⨯=⋅=⨯⋅=⋅=⋅=+→+-------器器投料量则量流量产量3 反应(CH 3CO)2O+H 2O →2CH 3COOH 在间歇反应器中15℃下进行。
已知一次加入反应物料50kg ，其中(CH 3CO)2O 的浓度为216mol ·m -3，物料密度为1050kg ·m -3。
理想流动非理想流动理想流动反应器的分类和应用
➢气液鼓泡反应器 因为气泡搅动所造成旳液体反向流动，形成很大旳液相循环
流量。所以，其液相流动十分接近于理想混合。 ①放置填料 ②设置多孔多层横向挡板，把床层提成若干级 ③设置垂直管
理想流动反应器旳分类和应用
分类 ➢ 理想混合流反应器 ➢ 理想平推流反应器 应用
实际生产中，连续操作釜式反应器能够近似看作是理 想混合流，连续操作管式反应器能够近似看作是理想平 推流。
降低返混程度旳措施
返混对反应器旳意义 ➢ 对反应过程产生不同程度旳影响 在返混对反应不利旳情况下，要使反应过程由间歇操作转 为连续操作时，应该考虑返混可能造成旳危害。选择反应器旳 型式时，应尽量防止选用可能造成返混旳反应器，尤其应该注 意有些反应器内旳返混程度会随其几何尺寸旳变化而明显增强。
➢ 在工程放大中产生旳问题
➢ 连续操作旳搅拌釜式反应器 为降低返混，工业上常采用多釜串联旳操作。当串联釜 数足够多时，连续多釜串联旳操作性能就很接近理想置 换反应器旳性能。(横向纵向？)
➢ 流化床 因为气泡运动造成气相和固相都存在严重旳返混。为了 限制返混，对高径比较大旳，常在其内部装置横向挡板 以降低返混；而对高径比较小旳流化床反应器，则可设 置垂直管作为内部构件（横向纵向？）
➢ 间歇反应器中不存在返混 ➢ 理想置换反应器不存在返混 ➢ 理想混合反应器返混到达极限状态 ➢ 非理想流动反应器存在不同程度旳返混
返混对反应过程旳影响
➢ 返混带来旳最大影响是反应器进口处反应物高浓度区旳消 失或减低。 ➢ 返混变化了反应器内旳浓度分布，使器内反应物旳浓度下 降，反应产物旳浓度上升。但是，这种浓度分布旳变化对反 应旳利弊取决于反应过程旳浓度效应。 ➢ 返混是连续反应器中旳一种主要工程原因，任何过程在连 续化时，必须充分考虑这个原因旳影响，不然不但不能强化 生产，反而有可能造成生产能力旳下降或反应选择率旳降低。
理想流动非理想流动理想流动反应器的分类和应用
上述是造成非理想流动的几种常见原因，对一个流 动系统可能全部存在，也可能是其中的几种，甚至有 其它的原因。
返混及其对反应过程的影响
返混含义：专指不同时刻进入反应器的物料之间的混合， 是逆向的混合，或者说是不同年龄质点之间的混合。
理想流动 非理想流动 理想流动反应器的分类和应用
反应器内流体的流动特征主要指反应器内反应流体的流动状 态、混合状态等，它们随反应器的几何结构和几何尺寸而异。
反应流体在反应器内不仅存在浓度和温度的分布，而且还存在流 速分布。这样的分布容易造成反应器内反应物处于不同的温度和浓 度下进行反应，出现不同停留时间的微团之间的混合，即返混。
长径比较大和流速较高的连续操作管式反应器中的流体流 动可视为理想置换流动。
理想混合流动模型
含义：理想混合流动模型也称为全混流模型。反应物料以稳 定的流量进入反应器，刚进入反应器的新鲜物料与存留在其中 的物料瞬间达到完全混合。反应器内物料质点返混程度为无穷 大。
特点：所有空间位置物料的各种参数完全均匀一致，而且出 口处物料性质与反应器内完全相同。
种，其中重要的是__________。 连续搅拌釜式反应器为减少返混，工业上常采用________的操作
由于放大后的反应器中流动状况的改变，导致了返混程度 的变化，给反应器的放大计算带来很大的困难。因此，在分析 各种类型反应器的特征及选用反应器时都必须把反应器的返混 状况作为一项重要特征加以考虑。
降低返混程度的措施
降低返混程度的主要措施是分割，通常有横向分割和纵向分 割两种，其中重要的是横向分割。
理想置换流动模型
含义：理想置换流动模型也称作平推流模型或活塞流模型。 与流动方向相垂直的同一截面上各点流速、流向完全相同， 即物料是齐头并肩向前运动的。
化工原理习题答案第六章
RT n 8.314 10 3 700 0.45 m 3 0.45 kmol ) kw ( ) 0.0535 0.333( ) p 0 .1 kmol kg h
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：
0.5 rA 0.8c1.5 A cB mol/(L min )
所以，反应器出口气体组成为： 组分 CH3OH HCHO H2O CO2 O2 N2 摩尔数（mol） 7.672 18.96 38.3 0.7672 0.8788 43.28 摩尔分率% 6.983 17.26 34.87 0.6983 0.7999 39.39
2. 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。在等温常压下不断取样分析，测的组分 A 的浓度随时间变化的数据如下： 反应时间（h） cA(mol/L) 1.0 0.9 2.0 0.61 3.0 0.42 4.0 0.28 5.0 0.17 6.0 0.12 7.0 0.08 8.0 0.045 9.0 0.03
(4)以摩尔浓度表示反应物系组成时的速率常数 kC。 解： (1) k v b k w 1.13 103 0.0535 60.64kmol/(m 3 h )
b b kw k w 1.78 10 6 kmol/(m 2 h ) av b 3 103 1 1 kmol (3) k p ( ) n k w ( ) 0.45 0.0535 0.1508 p 0.1013 kg h (Mpa ) 0.45
(3)求平衡温度 Te
朱柄辰--第四版-化学反应工程思考题详解
4、某可逆反应：的均匀表面吸附机理动力学方程式为：)1()1()/(2R R B B S S A A R S B A A P b P b P b P b K P P P P k r ++++-=试写出反应机理及控制步骤，并证明之。
〖解〗22211112211212122121122(222σσσσσσσσσσσσσ+⇔+⇔++⇔+⇔+⇔+R R S S R S B A B B A A 控制步骤）BB R R V SS A A V V R S B A A P b P b P b P b k k r ++=++=-=1111211221θθθθθθθ，BB R R RR R BB R R BB B SS A A SS S SS A A AA A P b P b P b P b P b P b P b P b P b P b P b P b ++=++=++=++=1111θθθθ，，)1()1()(2B B R R S S A A R S B A A P b P b P b P b K P P P P k r ++++-=5、丁烯在某催化剂上制取丁二烯的总反应方程式为2648412H H C H C k k +↔，假设丁烯脱氢化学反应按如下步骤进行：(a)()()8484H C H C ↔+σσA A ⇔+(b) C B A +⇔σσ (c)σσ+⇔B B写出(b)为控制步骤的均匀吸附动力学方程，若反应物和产物的吸附都很若，问此时反应对丁烯是几级反应。
解〗V B B B V A A A P b P b θθθθ==，BB A A V CB A A P b P b P k k r ++=-=1121θθθBB A A BB B B B A A A A A P b P b P b P b P b P b ++=++=11θθ，BB A A CB A A A P b P b P P k P b k r ++-=121当反应物与产物吸附都很若时，即当11≈++B B A A P b P b 时，动力学方程可写为：P P k P b k r B A A A 21-= 所以此时对丁烯是一级反应。
反应工程复习题摘要
反应工程复习题摘要第一章绪论．1 ．化学反应工程是一门研究＿_ _ _ _ ＿的科学。
2 ．化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的科学，既以＿_ ＿作为研究对象，又以_ _ _ ＿为研究对象的学科体系。
3 . _ _ ＿是化学反应工程的基础。
4 ．化学反应困呈按操作方法分为＿_ ＿、＿_ ＿、＿_ ＿操作。
5 ．化学反应工程中的“三传一反”中的三传是指、、。
6 ．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。
第二章均相反应动力学一、填空1 ．均相反应是指。
5 ．活化能的大小直接反映了对温度的敏感程度。
P （主）6 ．平行反应A S （副）均为一级不可逆反应，若E E >副主，选择性P S 与无关，仅是的函数。
8 . 一级连串反应 12K K A P S ??→??→在全混流釜式反应器中，则目的产物P 的最大浓度max pC =＿＿＿apv t =＿＿＿＿9 . 一级连串反应 12K K A P S ??→??→在平推流反应器中，则目的产物P 的最大浓度max p C =＿＿＿apv t =＿＿＿＿二、选择题1 ．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.NOB.H2C.N2D.H2O 2 .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 rB A =-3 ．对于反应aA + bB 一pP ＋sS ，则P r ＿＿＿＿()A r - A.a pB.a pC. p aD. p a4 ．气相反应43A B R S +→+进料时无惰性气体，A 与B 以3：1的摩尔比进，则膨胀因子A δ= ＿＿＿＿A.1/4B.2/3C.-1/4D.-2/35 . 气相反应2423CO H CH H O ++?进料时无惰性气体，CO 与2H 以1：2摩尔比进料，则膨胀因子CO δ=＿＿＿A.-2B.-1C.1D.2 7 . 反应4102422C H C H H →+，12.0k s -=，则反应级数n=＿＿＿＿。
化学反应工程-6-第二章-均相理想流动反应器
求：
C A、 CB 、 CP、 CR ?
CB
nB nB 0 1 x B C B 0 1 x B 0.2(mol/ l ) v0 v0 2
A B P R
t 0 t t
n A0 n B 0 n A nB
0
0
nP nR
nA0 nA nB0 nB nB0 xB
rA kCA 设反应为一级不可逆反应：
首先讨论 QG ：
QG
rA VR rA kCA VR H rA
0Cp v0Cp
CA 0 CA k 1
CA 0 Η rA k QG Cp 1 k
VR v0
空时
1、停留时间分布的形成：
取两个微团，设同时进入反应器，由于搅拌作用，一个 微团（如上图）可能很快流出反应器，而另一个微团可 能经过更长的时间才流出来。 结论：CSTR出口处，物料是由不同停留时间的微团组 合而成，即形成停留时间分布。
平均停留时间 t ： t VR
v
v—流体在反应器中的体积流率，即出口流率。 问题： t和 之间有什么不同？
代入（1’） v0B 2 2v0B 0.2 8 0.7 0.2 1.7 0.82 100
v0 B 2(l / min)
二、CSTR的操作方程——热量衡算
热量衡算式中各项为：
第一项Qin：
Qin GCPT0
G——质量流量，kg/s； CP——定压热容，J/(kg.k)； T0——物料入口处温度。 第二项Qr：单位时间内整个反应器的反应放热量：
设开始时移热速率线是A，此时反应器定常态1，反应速 率极慢，没有实际意义；
理想反应器
反应单元
流入
反应消耗
流出
累积
反应器
反应单元
流入量
流出量
反应量
累积量
间歇式
整个反应器
0
0
√
√
平推流(稳态) 微元长度
全混釜(稳态) 整个反应器
非稳态
√
√
√
0
√
√
√
0
√
√
√
√
一、PFR型反应器
也称为活塞流式反应器或平推流式反应器。
PFR具备以下特点：在正常的连续稳态操作情
况下，在反应器的各个截面上，物料浓度不随时
流入量 - 流出量 = 反 应 量 ＋ 积累量
FS 0
( rs ) V
FS t
F ( S0 St ) (rs ) V
上式变为一般化的关系式为：
即
S St
V
0
F
rs
0
( S0 St )
rs
S为底物浓度 mol／m3；
F为以体积计的物料进料流率 m3／s；
r为反应速度
Pr
t
t
t
式中Pt为时间t时单位反应液体积中产物的生成量。
连续式操作中，
Pr
Pout
S in
式中Pout为单位体积流出液中的产物量。
选择性Sp
选择性Sp（selectivity）是在有副反应发生的复合反应
中，能够转变为目的产物的底物变化总量中，实际上转变为
目的产物的比率。由底物S生成目的产物P的选择性Sp为：
随时间而变。稳定状态下，以一级反应为例，取
马沛生 主编 化工热力学 第六章习题解答.
思考题：6-1 空气被压缩机绝热压缩后温度是否上升，为什么？ 6-2 为什么节流装置通常用于制冷和空调场合？ 6-3 请指出下列说法的不妥之处：① 不可逆过程中系统的熵只能增大不能减少。
② 系统经历一个不可逆循环后，系统的熵值必定增大。
③ 在相同的始末态之间经历不可逆过程的熵变必定大于可逆过程的熵变。
④ 如果始末态的熵值相等，则必定是绝热过程；如果熵值增加，则必定是吸热过程。
6-4 某封闭体系经历一可逆过程。
体系所做的功和排出的热量分别为15kJ 和5kJ 。
试问体系的熵变： （a ）是正？（b ）是负？（c ）可正可负？6-5 某封闭体系经历一不可逆过程。
体系所做的功为15kJ ，排出的热量为5kJ 。
试问体系的熵变： （a ）是正？（b ）是负？（c ）可正可负？6-6 某流体在稳流装置内经历一不可逆过程。
加给装置的功为25kJ ，从装置带走的热（即流体吸热）是10kJ 。
试问流体的熵变：（a ）是正？（b ）是负？（c ）可正可负？6-7 某流体在稳流装置内经历一个不可逆绝热过程，加给装置的功是24kJ ，从装置带走的热量（即流体吸热）是10kJ 。
试问流体的熵变： （a ）是正？（b ）是负？（c ）可正可负？6-8 热力学第二定律的各种表述都是等效的，试证明：违反了克劳休斯说法，则必定违反开尔文说法。
6-9 理想功和可逆功有什么区别？6-10 对没有熵产生的过程，其有效能损失是否必定为零？ 6-11 总结典型化工过程热力学分析。
习题6-1 压力为1.5MPa ，温度为320℃的水蒸气通过一根内径为75㎜的管子，以-13m s ⋅的速度进入透平机。
由透平机出来的乏气用内径为25㎜的管子引出，其压力为35kPa ，温度为80℃。
假定过程无热损失，试问透平机输出的功率为多少？【解】：查593K 和353K 过热水蒸气焓值，-113255.8kJ kg h =⋅，-122645.6kJ kg h =⋅ 由 3-13-11176.5cm g 0.1765m kg V =⋅=⋅313-124625 4.625m kg V cm g -=⋅=⋅进口截面积 ()22210.0750.00442m 44A D ππ==⨯=-11130.004420.0751kg s 0.1756u A m V ⨯===⋅、 m V A u V A u ==111222-122220.0751 4.6257.08m s0.254m V u A π⋅⨯===⋅⨯ -1212645.63255.8610.2kJ kg h h h ∆=-=-=-⋅忽略位能变化，则 0z ∆=()2223-1117.0831020.563kJ kg 22u -∆=-⨯=⋅212s q w m h u ⎛⎫+=∆+∆ ⎪⎝⎭()-10.0751610.220.56347.37kJ s 47.37kW s w =-+=-⋅=-6-2 有一水泵每小时从水井抽出1892kg 的水并泵入储水槽中，水井深61m ，储水槽的水位离地面18.3m ，水泵用功率为3.7KW 的电机驱动，在泵送水过程中，只耗用该电机功率的45％。
化学反应工程第三讲(理想流动反应器)
PFR
k P CA0 CAf CA0 xAf CAf CA0 k P
PFR
k P
ln CA0 CAf
1 ln
1 xAf
CAf CA0ekP
CSTR
k m CA0 xAf CA0 CAf CAf CA0 k m
CSTR
k m
CA0 CAf CAf
CA0 xAf CA0 (1 xAf )
加料时，同时加入 加料处，同处加入
CSTR
不同年龄分子返混 剧烈 C=Cf 加料处，同处加入
某时刻，年龄相同 出料时，寿命一样
任截面，年龄相同 出料处，寿命一样
反应器内，返混均 匀，年龄不同
出料处，寿命不同
2. 等温PFR与CSTR的反应速率方程
Batch
PFR
rA
dCA dt
kCAn
rA
dCA d P
(1
xAf
)n
循环流动反应器
例1：求R＝0，∞，5时，出口xAf。
CAi
CAf
CA0
x=0.8
R=1 n=2
解：R＝1时， Vi 2V0 , CAi (CA0 0.2CA0 ) / 2 0.6CA0
k VR 1 1 2V0 0.2CA0 0.6CA0
k VR 20 V0 3CA0
① R=0，PFR： k VR 1 x V0 CA0 1 x
x=0.87
②
R=∞，CSTR： k VR V0
1 CA0
x (1 x)2
80 12CA0
x=0.68
③ R=5， k VR 1 1 1 40
6V0 CAf CAi (1 x)CA0 12CA0
X=0.77
例2：液相自催化反应A+P P+P的速率方程表达式为：
化工原理第6章课后习题答案
第五章 习题解答1）1）总压100，温度25℃的空气与水长时间接触，水中的的浓度为多少？分别用摩尔浓度和摩尔分率表示。
空气中 的体积百分率为0.79。
解：将空气看作理想气体：y=0.79 p*=yp=79kPa查表得 E=8.76×510kPa610/*-==E p xH=)./(10342.6)181076.8/(1000)/(65m kN kmoL EMS -⨯=⨯⨯=ρ C=p*.H=79×6.342×10-5=5.01×10-4kmol/m 32）2）已知常压、25℃下某体系的平衡关系符合亨利定律，亨利系数E 为大气压，溶质A 的分压为0.54大气压的混合气体分别与三种溶液接触：①溶质A 浓度为 的水溶液；②溶质A 浓度为的水溶液；③溶质A 浓度为 的水溶液。
试求上述三种情况下溶质A 在二相间的转移方向。
解： E=0.15×104atm ，p=0.054atm ，P=1atm ，y=p/P=0.054① m EP ==⨯015104. x 135002110183610=⨯=⨯-..∴y mx 110054*.== ∴∆y y y =-=10* ∴平衡 ② x 2350001110181810=⨯=⨯-.. ∴y mx 220027*.== ∴∆y y y =-20* ∴气相转移至液相 ③x 3350003110185410=⨯=⨯-..∴y mx 330081*.== ∴∆y y y =-30*∴液相转移至气相 ④ P=3atm y=0.054 E=0.15×104atm ∴m=E/P=0.05×104 x 4=x 3=5.4×10-5∴y mx 440027*.== ∴∆y y y =-40* ∴气相转移至液相3）3）某气、液逆流的吸收塔，以清水吸收空气～硫化氢混合气中的硫化氢。
总压为1大气压。
已知塔底气相中含1.5%（摩尔分率），水中含的浓度为 （摩尔分率）。
化工热力学第六章课后答案
一、填空、选择、判断1、有两股压力分别是12.0 MPa 的饱和蒸汽和1.5 Mpa 的饱和蒸汽。
在化工设计和生产过程中从合理用能的角度考虑：12.0MPa 饱和蒸汽用于膨胀做功、1.5Mpa 的饱和蒸汽用于换热器做加热介质。
环境温度25℃表1各状态点一些热力学参数2、最简单的蒸汽动力循环是Rankin 循环，由锅炉、过热器、透平机（或汽轮机）、冷凝器、水泵这几个基本装置所组成。
对Rankin 蒸汽动力循环中的各个过程进行功热转化分析时，使用稳流过程热力学定律，其热效率 小于Carnot 循环的热效率。
3、当过程不可逆时，孤立系统的△S 总〉0, 工质的△S 产生〉0。
4、空气在封闭的气缸内经历一过程，相应其内能增加15kJ ，对外界作功15kJ ，则此过程中工质与外界交换热量Q =30 kJ 。
5、有一电能大小为1000KJ ，另有一恒温热源其热量大小为1000KJ ，则电能的有效能大于恒温热源的有效能。
6、当过程不可逆时，体系的△S 总〉0，工质的△S 产生〉0，损失功W L 〉0。
7、热力学第二定律的克劳修斯说法是 热不可能自动从低温物体传给高温物体，开尔文说法是不可能从单一热源吸热使之完全变为有用功，而不引起其他变化。
8、理想功：系统的状态变化以完全可逆方式完成，理论上产生的最大功或消耗的最小功，用符号Wid 来表示：Wid=△H －T 0△S9、有效能：系统在一定状态下的有效能，就是系统从该状态变化到基态过程所作的理想功，用符号B 号表示：B=(H －H 0)－T 0(S －S 0)10、制冷系数：制冷系数是指消耗单位量的净功所获得的冷量，用符号ξ表示：NW Q 0＝消耗的净功从低温物体吸收的热量=ξ 11、在温度为800K 的高温热源和温度为300K 的低温热源之间工作的一切可逆热机，其循环热效率等于62.5%。
12、对有限温差下的不可逆传热过程，传热温差越大，有效能损失越大。
13、在门窗紧闭房间有一台电冰箱正在运行。
大学化学反应工程课程各章的习题思路
目录第一章绪论 (2)第二章反应动力学基础 (3)第三章釜式反应器 (8)第四章管式反应器 (16)第五章停留时间分布与反应器的流动模型 (23)第六章多相系统中的化学反应与传递现象 (25)第七章多项催化反应器的分析与设计 (30)第一章 绪论第一题： 解题思路:（1） 可直接由式（1.12）求得其反应的选择性（2） 设进入反应器的原料量为100kmol/h ，并利用进入原料气比例，求出反应器的据反应的化学计量式求出水、氧及氮的摩尔数，即可计算出反应器出口气体的组成。
习题答案:(1) 反应选择性解题思路:（1进料的平均相对分子质量 0m i i M yM =∑。
冷凝分离后气体平均相对分子质量'm iiM y M =∑。
设放空气体流量为A(kmol/h)；粗甲醇的流量为B(kmol/h)。
对整个系统中的惰性组分N 2和总量进行物料衡算，求得反应后产物CO 摩尔流量F CO ，利用全程转化率和单程转化率的定义即可求得CO 的全程转化率X CO 和单程转化率x CO 。
（2）甲醇的收率。
首先，计算产物粗甲醇所溶解的气体总量，再求得粗甲醇中甲醇的含量，按收率定义式进一步计算出甲醇的全程收率Y 和单程收率y 。
习题答案:(1) 一氧化碳的全程转化率83.48%X = ；单程转化率16.18%x = (2) 甲醇的全程收率79.24%Y =；单程收率15.36%y =。
第二章反应动力学基础1.解题思路:利用反应时间与组分的浓度变化数据，先作出的关系曲线，用镜面法求得反应时间下的切线，即为水解速率，切线的斜率α。
再由求得水解速率。
习题答案:水解速率============================================== ======================2.解题思路:是一个流动反应器，其反应速率式可用式（2.7）来表示，整理后反应速率可表示为：用的点作切线，即得该条件下的,从而求得CO的转化速率.习题答案:CO的转化速率============================================== ============================3.解题思路:利用式（2.10）及式（2.27）可求得问题的解。
化学反应工程练习题解答20页
化学反应⼯程练习题解答20页第⼀章习题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。
解2在间歇搅拌槽式反应器中，⽤醋酸与丁醇⽣产醋酸丁酯，反应式为：反应物配⽐为：A(mol):B(mol)=1:4.97，反应在100℃下进⾏。
A转化率达50％需要时间为24.6min，辅助⽣产时间为30min，每天⽣产2400kg醋酸丁酯（忽略分离损失），计算反应器体积。
混合物密度为750kg·m-3，反应器装填系数为0.75。
解3反应(CH3CO)2O+H2O→2CH3COOH在间歇反应器中15℃下进⾏。
已知⼀次加⼊反应物料50kg，其中(CH3CO)2O的浓度为216mol·m-3，物料密度为1050kg·m-3。
反应为拟⼀级反应，速率常数为k=5.708×107 exp(?E/RT) min-1，E=49.82kJ·mol-1。
求x A=0.8时，在等温操作下的反应时间。
解4在555K及0.3MPa下，在平推流管式反应器中进⾏⽓相反应A→P，已知进料中含A 30%（摩尔分数），其余为惰性物料，加料流量为 6.3mol·s-1，动⼒学⽅程式为?r A=0.27c A mol·m-3s-1为了达到95％转化率，试求：(1)所需空速为多少?(2)反应器容积⼤⼩?解5反应A+B→R+S，已知V R=0.001m3，物料进料速率V0=0.5×10-3m3min-1，c A0=c B0=5mol·m3，动⼒学⽅程式为?r A=kc A c B，其中k=100m3kmol-1min-1。
求：(1)反应在平推流反应器中进⾏时出⼝转化率为多少？(2)欲⽤全混流反应器得到相同的出⼝转化率，反应器体积应多⼤?(3)若全混流反应器体积V R=0.001m3，可达到的转化率为多少?已知k=1m3kmol-1hr-1，c B0=3kmol·m-3，c A饱和=0.02kmol·m-3，⽔溶液流量为10m3hr-1。
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p
k k w p 0.92 p s 1
Vs Ss 0.92 p k k 0 .8 L ( )1/ 2 7.86 De De 2 2.38 10 3 p
1 1 1 1 1 1 tanh(3 ) 3 7.86 tanh(3 7.86 ) 3 7.86 0.127
解
C A0 p A / RT (rA ) 7.99 10 7 RTC A 则k 7.99 10 7 8314 (273 630 ) 6.0 s 1 f (C A ) C A , f (C AS ) 1 R 3 k 0.15 6 (C As ) f 4.38 4 De 3 7.82 10
(rA ) 2 0.025C A 0.05C A mol /(m 3 . min) k 0.05 min 1 （1分） VR 1 33.33 min t V0 1.8 / 60
t2 272 .22 2 2 0.245 （1分） 2 33.33 (t ) (1)多级混合槽模型 1 2 0.245, N 4.081 N 一级不可逆反应 CA 25 CA 6.181mol / m 3 k 0.05 33.33 4.081 (1 ) N (1 ) N 4.081 (2)平推流模型
习题-1
在硅铝催化剂上，粗柴油催化裂化反应可认为是一级反应。在温 度630℃时，常压裂解反应的本征动力学方程为：
(rA ) 7.99 10 p A
式中，pA为柴油的分压，kPa
7
mol /(s.cm )
3
采用的催化剂是直径为0.3cm的球体。粗柴油的有效扩散系 数De=7.82×10-4 cm2/s。试计算催化反应的效率因子。
R
A0
B0
VR 1 2 min V0 0.5 C A0 C B0 , A B 1 C A C A0 C A0 x A ; C B C B0 C A C B C A0 (1 x A )
2 ( rA ) k CA C B k CA
习题-3
某催化反应在500℃下进行，已知本征动力学方程:
(rA ) 7.3 10
7
pA
2
பைடு நூலகம்
mol / s.g (cat)
式中pA的单位是kPa,若催化剂是直径和高度均为5mm的原 3 柱体， P 0.8g / cm 密度，粒子外表面处反应物A的分压， 气体在粒子内的有效扩散系数De=0.025cm2/s。试计算催 化剂的效率因子。(0.2016)
2 （
Pe 11 .1
1 4k 1 4 0.05 33.33 / Pe 1.265
P C A0 4 exp( e ) 2 CA P P (1 ) 2 exp( e ) (1 ) 2 exp( e ) 2 2 5.665 mol / m 3 25 4 1.265 exp( (1 1.265 ) 2 exp(1.265 11.1 ) 2
习题-4
常压下正丁烷在镍铝催化剂上进行脱氢反应，反应为一级 不可逆。在500℃反应速度常数为k=0.94cm3/s.g(cat),若 采用直径为0.32cm的圆球形催化剂，其平均孔径为 d0=1.1×10-8 m.孔容为0.35cm3/g,孔隙率为0.36，曲折因 子为2.0。试求催化剂的效率因子
11.1 11.1 ) (1 1.265 ) 2 exp( 1.265 ) 2 2
例2 反应A+B→R+S，已知 V 1L，物料进料速率 C C 0.005mol/L动力学方程式 V0 0.5L/min， 为 (rA ) kCACB ，其中k 100L/(mol.min)。试 求： （1）反应在平推流反应器中进行时出口转化率为多 少？ （2）欲用全混流反应器得到相同的出口转化率，反 应体积应多大？ （3）若全混流反应器=1L，可达到的转化率为多少？
B C A xA CB C A xA ( A )
0 0 0
（3分）
C A0 CA
C A0 dC C A0 dC VR 1 A A (1)活塞流， C A (r ) C A k C2 V0 k CA A A
1 1 k CA k CA0
1 1 1 2 ( ) 100 C A 0.005 C A 0.0025 mol / L x A 0.5 50% （4分）
0
（4分）
C A C A0 exp( k ) 25 exp( 0.05 33.33) 4.723 mol / m 3
（5分）
(3)全混流模型
C A0 C A ( rA ) f C A0
C A0 C A k CA （5分）
CA
25 9.3756 mol / m 3 1 k 1 0.05 33 .33 ( 4)轴向扩散模型 2 2 ) 2( ) 2 0.245 Pe Pe
t
1 在一反应器中进行2A→D+C恒温恒容反应。已知 CA0=25mol/m3，分解动力学方程为r =0.025CA mol /(m3.min)。该反应器有效容积VR=1m3，送 入液体的流量为1.8m3/h，进行脉冲示踪法测得 =33.33min，δt2=272.22min2。请分别用： (1)多级混合槽模型；（2）平推流模型；（3）全混 流模型；(4)轴向扩散模型。 计算出口物料中A组分的浓度(轴向扩散模型只用开开式条件)。
V R C A0 C A C A0 C A ( 2)全混流， 2 V0 ( rA ) f k CA VR 0.005 0.0025 0.5 100 0.0025 2 VR 2 L （4分）
V R C A0 C A C A0 C A (3)全混流，V R 1L, 2 V0 ( rA ) f k CA 0.005 C A 1 0.5 100 C A 2 C A 0.0030901 mol / L C A C A0 (1 x A ) 0.0030901 x A 0.382 38 .2%
Vg 0.35cm3 /g ra 48 1010 m
2.5
2L=0.8cm 试计算内扩散有效因子。
解：
1.013 p 105 cm
105 10.4 10 8 2ra 2 48 10
DK 9700(48 108 )( 775 / 58)1 / 2 1.7 102 cm2 /s
1 1 1 1 1 1 tanh(3 ) 3 4.38 tanh(3 4.38) 3 4.38 0.2109
习题-2 铬铝催化剂上进行丁烷脱氢反应
rA kW c A mol.s 1 .g 1
常压773K kW 0.92cm3 / s g