化学反应工程例题样本
化学反应工程习题
若将此反应器改为同体积的 PFR， 反应条件不变， 则 x Af （1） 当在 CSTR 中的 x Af = 0.50 时， 为多大？ （2）当在 CSTR 中的 x Af = 0.50 时，若将此反应器增大 10 倍，则 x Af 又为多大？
（3）若反应为零级时，求（1） ， （2）的计算结果。 （1） 若反应为 1 级时，重复（1） （2）的计算要求。 5-8 证明两釜串联中进行一级反应， 一定转化率下， 两釜体积大小相同， 则其总体积为最小？
0.8mol / l 、1mol / l 时，进料体积流量为 120l / min ，求所需反应器体积，并讨论计算结果。
5-6 在一个体积为 300 l 的反应器中，86℃等温下将浓度为 3.2 kmol / m 的反应物 A 分解
3
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
A→ P+S
该反应为一级反应，86℃下 k = 0.08s 。最终转化率为 98.9%，试计算 A 的处理量。 （1） 若反应器为间歇操作，且设辅助时间为 1.5 min / （2） 若反应器为 CSTR，并将结果与（1）比较； （3） 若 A 的浓度增加一倍，其他条件不变，结果如何？ 5-7 在体积为 VR 的反应器中进行液相等温反应 A → P ，已知反应速率为 (− rA ) = kc A ，求：
3
−1
−1
含 P 与 S 。试计算 P 的最大收率和总选择性以及达到最大收率时所需反应器体积。
1 2 4-6 反应 A ⎯ ⎯→ B⎯ ⎯→ C 在平推流反应器中进行，两步反应均为一级 k1 = 172.5h ，
k
k
−1
进 料 为 纯 净 的 A 的 物 质 ， c A0 = 0.05kmol / m ， v0 = 0.15m / h 。 反 应 管 的 截 面 积 为
反应工程例题及解答97-2003(0)
1．在间歇反应釜中用醋酸A 和丁醇B 生产醋酸丁酯R ，反应式如下：3493492CH COOH C H OH CH COOC H H O +→+反应在100℃等温条件下进行，硫酸为催化剂，配料摩尔比为n A0 : n B0 = 1 : 4.97，混合反应物密度为ρAB = 0.75 kg/L ，转化率为50%，每皮操作的辅助生产时间为0.5小时，每天生产乙酸丁酯2400kg ，反应速率方程为：2()17.4/min A Ar kC k l kmol -==⋅求间歇反应釜的有效体积。
解：分析：间歇反应釜的体积 V R = V 0 ( t + t 0 ) 已知t 0 = 0.5小时， V 0和t 未知1）求t ： ()020011()(1)1A AX X AA A A A A A A A dx dx x t C r kC x kC x ===---⎰⎰上式中k 、x A 已知， C A0未知，00A A n C V = V 为物料的混合体积，未知。
已知ρAB = M AB / V M AB 为反应混合物的质量，M A =60，M B =74已知n A0 : n B0 = 1 : 4.97，令n A0 = 1kmol ，则n B0 = 4.97kmol M AB = n A0 ×M A + n B0 ×M B = 1×60 + 4.97×74 = 428 kg/kmolV = M AB / ρAB 00A B 00A B A B A B 10.750.00175/M / M 428A A A A n n n C kmol L V ρρ⨯===== ()010.532.8min 0.547117.40.00175(10.5)A A A x t h kC x ====-⨯⨯- 2) 求物料处理量： 已知每天生产乙酸丁酯（R ）2400kg ，F A0 x A = F R ，M R =11600000/24001985/241160.50.00175A R A RA A A AF F x F V C C C x l h ===⨯=⨯=⨯⨯有效体积：V R = V 0 ( t + t 0 ) = 985×(0.547+0.5) =1033 l2．在间歇反应器中进行一个不可逆一级反应，反应温度为100℃。
化学反应工程例题
例1.1 在350℃等温恒容下纯丁二烯进行二聚反应，测得反应系统总压 p 与反应时间 t 的关系如下：t/min 0 6 12 26 38 60p/kPa 66.7 62.3 58.9 53.5 50.4 46.7 试求时间为 26min 时的反应速率。
解：以 A 和 R 分别代表丁二烯及其二聚物，则该二聚反应可写成： 2A → R 反应体系中各组分的浓度关系如下： 由理想气体定律得： （Ａ）p0 为 t = 0 时物系的总压， 整理上式为：（Ｂ）将（B ）式代入速率式中，得：） (c)理想气体： 将 CA0 代入 (C) 式，为： D解析法：对p-t 关系进行回归分析，得：图解法：以 p 对 t 作图，如图所示。
于t ＝26 min 处作曲线的切线，切线的斜率为 dp/dt ，该值等于‐0.32 kPa/min 。
将有关数据代入 (D) 式，即得到丁二烯转化量表示的反应速率值。
若以生成二聚物表示反应速率，则：1,2 例1.2 等温进行醋酸(A)和丁醇(B)的酯化反应 醋酸和丁醇初始浓度为0.2332和1.16kmol/m3。
测得不同时间下醋酸转化量如下表，试求时间 /h 醋酸转化量 /（kmol/m3） 时间 /h醋酸转化量 /（kmol/m3） 时间 /h醋酸转化量 /（kmol/m3） 0 0 3 0．03662 6 0．06086 1 0．01636 4 0．04525 7 0．06833 20．0273250．0540580．07698000000()/2()/2A A A A A A A t t t C C C C C C C ==-+原 料产 物总浓度000()/2A A A C pC C p =+021AA pC C p ⎛⎫=- ⎪⎝⎭002A A A C dCdp r dt p dt -=-=-⋅00/A C p RT=2A A dC dp r dt RT dt-=-=-⋅22.90exp 43.6430.45t p ⎛⎫=-+⎪⎝⎭22.90exp 30.4530.45dp t dt ⎛⎫=-- ⎪⎝⎭26min ,0.32/min dpt kPa dt==-4322(0.32)8.314(350273.15)1.2410/(min)A dp r RT dt kmol m --=-⋅=-⨯-⨯+=⨯⋅536.210/(min)2A R r r kmol m --===⨯⋅3493492CH COOH C H OH CH COOC H H O+⇔+解：由题中数据可知醋酸转化率较低，且丁醇又大量过剩，可以忽略逆反应的影响，同时可以不考虑丁醇浓度对反应速率的影响。
化学反应工程例题
t/min 0 6 12 26 38 60p/kPa试求时间为 26min 时的反应速率。
解：以 A 和 R 分别代表丁二烯及其二聚物，则该二聚反应可写成：2A → R 反应体系中各组分的浓度关系如下：由理想气体定律得：（Ａ）p0 为 t = 0 时物系的总压，整理上式为：（Ｂ）将（B）式代入速率式中，得：）(c)理想气体：将 CA0 代入 (C) 式，为：D解析法：对p-t关系进行回归分析，得：图解法：以 p 对 t 作图，如图所示。
于t＝26 min 处作曲线的切线，切线的斜率为 dp/dt，该值等于‐ kPa/min。
将有关数据代入 (D) 式，即得到丁二烯转化量表示的反应速率值。
若以生成二聚物表示反应速率，则：1,2例等温进行醋酸(A)和丁醇(B)的酯化反应醋酸和丁醇初始浓度为和m3。
测得不同时间下醋酸转化量如下表，试求该反应的速率方程。
解：由题中数据可知醋酸转化率较低，且丁醇又大量过剩，可以忽略逆反应的影响，同时可以不考虑丁醇浓度对反应速率的影响。
所以，设正反应的速率方程为：(a)以0级、1级、2级反应对上式进行积分式得:当n = 0时， (b当n=1时， (c)当n=2时， (d)采用图解法和试差法，假设反应级数，将实验数据分别按 0 级、1 级、2 级反应动力学积分式做图，得到其 f(CA)-t 的关系曲线图，然后再根据所得的 f(CA)-t 的关系曲线图进行判断其动力学形式。
不同时间下 f (CA)–t 的变化关系零级反应和一级反应的 f (CA) – t 的关系图如对t作图得一直线，则说明假设正确，由此可知反应级数 n＝２。
但丁醇浓度是否存在影响，还需做进一步实验证明。
对 t 作图为一直线，则说明 n =2 是正确的，故该反应对醋酸为二级反应，从直线的斜率可以求得在此温度下包含丁醇浓度的 k’值。
而丁醇的反应级数 m 可以用保持醋酸浓度不变的方法求得，二者结合可以求得反应在此温度下的速率常数 k。
化学反应工程例题
例 1。
1 在350℃等温恒容下纯丁二烯进行二聚反应，测得反应系统总压 p 与反应时间 t 的 关系如下:t/min 0612263860p/kPa66 。
762 。
358 。
953 。
550.446 。
7试求时间为 26min 时的反应速率.解：以 A 和 R 分别代表丁二烯及其二聚物,则该二聚反应可写成： 2A → R 反应体系中各组分的浓度关系如下：由理想气体定律得： (A ) p0 为 t = 0 时物系的总压, 整理上式为： (B ) 将(B )式代入速率式中,得：) (c )理想气体：将 CA0 代入 (C ) 式,为： D解析法：对 p-t 关系进行回归分析,得: 图解法:以 p 对 t 作图，如图所示.于 t ＝26 min 处作曲线的切线，切线的斜率为 dp/dt ，该值等于 ‐0.32 kPa/min. 将有关数据代入 (D ) 式，即得到丁二烯转化量表示的反应速率值.若以生成二聚物表示反应速率，则： 1， 2例 1 。
2 等温进行醋酸(A )和丁醇(B )的酯化反应醋酸和丁醇初始浓度为 0 。
2332 和 1. 16kmol/m3。
测得不同时间下醋酸转化量如下表，试求 该反应的速率方程.解：由题中数据可知醋酸转化率较低，且丁醇又大量过剩,可以忽略逆反应的影响, 同时可以 不考虑丁醇浓度对反应速率的影响。
所以，设正反应的速率方程为：(a )以 0 级、 1 级、 2 级反应对上式进行积分式得:当 n = 0 时,当 n=1 时，当 n=2 时，(b (c)(d )采用图解法和试差法， 假设反应级数， 将实验数据分别按 0 级、 1 级、 2 级反应动力学 积分式做图，得到其 f (CA)—t 的关系曲线图，然后再根据所得的 f(CA ) —t 的关系曲线 图进行判断其动力学形式。
不同时间下 f (CA) –t 的变化关系CA0-CA0 0.01636CA0 。
2332 0 。
化学反应工程习题集
化学反应工程习题集一、 填空题(1) 停留时间分布函数的定义 ；停留时间分布密度函数的定义 。
(2) 气体分子在固体催化剂微孔中扩散的主要形式有 ，当 ，AB Ae D D ≈，当 时，kA Ae D D ≈。
(3) 平推流反应器的特点为 。
(4) 等温下进行一级不可逆反应，为达到x A 的转化率，采用单个CSTR 的体积与PFR 的体积之比为 ，进行二级不可逆反应，两者体积之比为 。
(5) 可逆放热反应在不同转化率下的最佳温度不同，一般而言，转化率越高，最佳温度越 。
(6) 连续流动反应器中的返混是指 ，对平行反应系统，n 主〉n 副 时，返混是使 ，n 主〈n 副 时，返混是使 。
(7) 连续过程反应速度)/(g s mol dWdN A ⋅-、)/(3cm s mol dV dN R A ⋅-、)/(2cm s mol dsdN A ⋅-（内表面）之间的关系为 。
(8) 当分子扩散的平均自由程大于催化剂微孔直径时，分子在微孔中的扩散为 ，其扩散系数与压力的关系为 ，与温度的关系为 。
(9) 反应物A 的水溶液在等温CSTR 中进行二级反应，出口转化率为0.4，现改在等体积PFR 中进行，则出口转化率为 。
(10)等温下进行一级不可逆反应，为达到x A 的转化率，采用单个CSTR 的体积与PFR 的体积之比为 ，进行二级不可逆反应，两者体积之比为 。
σ=0.98，反应器可视(11)从反应器停留时间分布测定中求得无因次方差，2θσ=0.02，则该反应器可视为。
又若求得无因次方差，2θ为。
(12)对一级不可逆反应，采用多级全混流反应器串联时，要保证总的反应体积最小，必需的条件是。
(13)等温等容间歇反应器中进行下面的两个平行反应均为一级不可逆反应，其中A2为目的产物，主反应的活化能大于副反应的活能，则：A1→ A2，A1→A3温度升高，反应的选择率，目的产物的收率相应。
(14)二、可逆反应2A B+C 于等温PFR中进行，原料流量V=10m3/h，反应物A初始浓度c A0=5 kmol/m3, B和C初始浓度均为零，已知反应的动力学方程可表示为：r B=k1c A2—k2c A c B k1=7.5 m3/(kmol·h)，k2=0.5 m3/(kmol·h) 若B的最终浓度是其平衡浓度的98%，问: 需要多大的反应器体积？若在CSTR中进行同样的反应，则反应器体积又为多少？三、有一不可逆一级串联反应 A k1 P k2 S，k1=0.15min-1,k2=0.05 min-1，进料流量为0.5m3/min，c A0≠0，c P 0= c S 0=0。
化学反应工程考试试题及答案
化学反应工程考试试题及答案一. 选择题1. 在进行化学反应工程设计时，以下哪个因素不属于考虑的主要因素？a) 反应速率b) 反应动力学c) 原料成本d) 温度控制答案：c) 原料成本2. 化学反应工程中，以下哪种反应类型属于放热反应？a) 氧化反应b) 加氢反应c) 氢化反应d) 生成酸反应答案：a) 氧化反应3. 执行化学反应时，下列哪个条件对于控制选择性反应非常重要？a) 压力b) 流速c) 反应物比例d) 温度答案：c) 反应物比例4. 下列哪种反应类型在进行反应工程设计时需要考虑催化剂的使用？a) 酯化反应b) 氧化反应c) 反应物分解反应d) 酸碱中和反应答案：a) 酯化反应5. 在进行化学反应工程设计时，下列哪种参数是必须考虑的？a) 反应器材料b) 搅拌速率c) 产品收率d) 反应器体积答案：d) 反应器体积二. 简答题1. 请简述酸碱中和反应的基本原理及过程。
答案：酸碱中和反应是指酸和碱在一定的条件下，以化学反应形式相互中和，生成盐和水。
这种反应的基本原理是酸和碱互相转化为盐和水的化学反应。
酸和碱分别具有H+离子和OH-离子，当它们混合时，H+离子和OH-离子结合生成水分子，并生成相应的盐。
2. 请简要描述化学反应速率的定义及影响因素。
答案：化学反应速率是指单位时间内反应物消失或生成物产生的量。
影响化学反应速率的因素有：- 反应物浓度：反应物浓度越大，反应速率越快。
- 温度：温度升高会加快反应速率，因为高温会增加反应物分子的热运动速度。
- 催化剂：催化剂能够降低化学反应的活化能，从而加速反应速率。
- 反应物粒径：反应物粒径越小，表面积越大，反应速率越快。
- 反应物浓度：反应物浓度越大，反应速率越快。
三. 计算题1. 某化学反应的反应方程式为A + 2B -> C + D，已知初始时A和B的摩尔浓度分别为2mol/L和3mol/L，经过一定时间后，测得C的摩尔浓度为4mol/L。
化学反应工程作业..
49. 现有一有效容积为0.75m 3的搅拌釜反应器，其内设置有换热面积为5.0m 2的冷却盘管。
欲利用改反应器来进行A →R 的一级不可逆的液相反应，其速率常数)(9.5525exp 100788.119-⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯=h T k ，反应热molA J H r /20921)(=∆-，原料液中A 的浓度l mol C A /2.00=，但不含反应产物R 。
此原料液的密度ρ=1050g/l ；定压比热929.2=P C （J/g ·℃）。
要求原料液的进料流率为h m v /33=，反应器出口的反应液中l mol C A /04.0=。
总传热系数U=209.2（KJ/m 2·h ·℃）。
所用的冷却介质的温度为25℃。
试求满足上述反应要求所需的反应温度以及料液的起始温度T 0。
解： 50.(CH3CO)2 (A) + H 2O(B)2CH 3COOH(C)乙酸酐发生水解，反应温度25℃，k=0.1556min -1，采用三个等体积的串联全混流釜进行反应，每个釜体积为1800 cm 3，求使乙酸酐的总转化率为60%时，进料速度0v 。
解：51.串联全混流反应器进行一级不可逆反应，假定各釜容积、温度相同，,9.0,10),(92.0301===-A x h m h k γ试计算N 为1，2，3的反应有效容积，如不考虑非生产性操作时间的条件下分批式反应器的有效容积。
解：52.应用两个按最优容积比串联的全混流釜进行不可逆的一级液相反应，假定各釜的容积和操作温度都相同，已知此时的速率常数k=0.92h -1，原料液的进料速度0v =10m 3/h ，要求最终转化率=A x 0.9，试求V 1、V 2和总容积V 。
解：对于一级不可逆反应应有21010111)1(1)1(1)1(A A A A A A A x kC x kC x x r -=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-∂∂=∂-∂代入⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡----=∂-∂+-i A i A i A iA iA iA r r x x x r ,1,1,,,,111)1(得 ⎥⎦⎤⎢⎣⎡----=-)1(1)1(11)1(1102001210A A A A A A A A x kC x kC x x x kC整理得 022121=+-A A A x x x∵9.02=A x ， ∴6838.01=A x ∴)(35.2)6838.01(92.06838.0)1(111h x k x A A =-=-=τ)(5.233101m v V ==τ)(35.2)9.01(92.06838.09.0)1(2122h x k x x A A A =--=--=τ)(5.233202m v V ==τ总容积)(47321m V V V =+=53. 用两串联全混流反应器进行一个二级不可逆等温反应，已知在操作温度下,10,30.2),(92.03030113h m v m kmol C h kmol m k A ===--要求出口x A =0.9，计算该操作最优容积比)(21V V 和总容积V 。
(完整版)化学反应工程习题
2
18、有一等温二级不可逆液相反应，其动力学方程式为rAkC2A，已知293K时反应速度常
数k为10 m3/kmol.h，反应物A的初始浓度CA0为0.2kmol/m3，加料速率V0为2 m3/h，试比较下列理想反应器组合方案的出口转化率。
2） 若采用连续操作，试选择用合适的反应器型式；
3） 若主、副反应的活化能分别为30和20，反应温度宜高还是宜低？
解：SPrRk1CR
rSk2
（1）若用间歇操作，应采用向事先含R的BR中同时加入A、B物料； （2）若用连续操作，应选用CSTR，A、B同时连续加入；
（3）∵E1〉E2，∴反应温度宜高。 （∵温度升高，有利于活化能高的反应）
3、在管式反应器中进行一裂解反应A=R+S，实验测得该反应为一级不可逆反应，其动力学
33
方程式为rAkPPA（mol /m3.s），若反应在P=101.3 103Pa，T=546K的条件下进行，反应
-6
速度常数kP=7.75 10-6mol / m3.s.Pa，试计算：
（1）处理量为432m3/day的原料气要求转化率达82.6%时，所需反应器的VR？
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）H2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？
8、反应H2+C2H4=C2H6，开始时各组分的含量为：2 mol H2、4mol C2H4、2 mol惰气，当H2的转化率为50%时，试计算该物系的总mol数。
化学反应工程习题库(计算题举例及详细解答))
S sf
即c Pf c
A0
rPf
rAf
1 c
Af
2c Af
2
c Pf c A0 c Af
2c Af
c Af
2c Af (1 c Af ) 2
(2 c Af )
1 c
Af
2
要使c Pf 最大，则
dcPf dcAf
0
得c Af 0.5m ol/ L, 此时S 4 ，出口c Pf 0.667m ol/ L 9
化学反应工程
习题
1.若某铁催化剂上氨合成反应速率由氨脱附所控制，并 设表面吸附态有氨及氮，试推演均匀表面吸附动力学方 程。
解：过程由氨脱附所控制， 则
rNH 3 k d NH 3
1 i
i 1 n
n k a p NH 3 1 i i 1
1
2
5
根据实验，这个历程中的单分子反应速率式可表示为其余的反应均可以从 基元过程直接写出相应的反应速率式。 解：根据稳定态假定的要求，对于每一个链载体净变化应该为零。即
1 dCH K 3CC2 H5 CC22H6 K 4CH CC2H6 0 dt
dCCH 3
dt dC C2 H 5
c Am
c Af
dcA 0.507m 3 c A (1 c A )
所以最小总体积， VR VR1 VR 2 0.723m3
7．两个等体积的平推流或全混流反应器形成七种组合，在等温下 1 3 进行一级不可逆反应，反应速率 rA kcA , k 1min , cA0 1kmol/ m , 平推流反应器与全混流反应器的停留时间 均为1min，计算其 最终转化率。 c A0 1 c km ol/ m 3 , x A,a 0.67 解:（a）两个全混流反应器并联，Af , a 1 2k 3
化学试题案例分析模板及答案
化学试题案例分析模板及答案【案例背景】某化学实验室正在进行一项关于金属的化学反应实验。
实验中使用了铁、铜和稀硫酸作为反应物。
实验目的是观察不同金属与酸反应的现象，并记录生成物的性质。
【实验材料】- 铁片- 铜片- 稀硫酸- 试管- 玻璃棒- 量筒- 计时器【实验步骤】1. 将一定量的稀硫酸分别倒入两个试管中。
2. 将铁片和铜片分别放入装有稀硫酸的试管中。
3. 观察并记录金属与酸反应的现象，包括气泡的产生、溶液颜色的变化等。
4. 使用计时器记录反应时间。
5. 反应结束后，使用玻璃棒搅拌溶液，观察沉淀物和溶液的分离情况。
【问题分析】1. 铁与稀硫酸反应生成什么物质？请写出化学方程式。
2. 铜与稀硫酸反应是否发生？为什么？3. 根据实验观察，铁片放入稀硫酸后溶液颜色有何变化？4. 反应过程中产生的气泡是什么气体？请解释其产生的原因。
【答案解析】1. 铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气。
化学方程式为：\[ \text{Fe} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow\text{FeSO}_4 + \text{H}_2 \uparrow \]2. 铜与稀硫酸不发生反应。
这是因为铜在金属活动性顺序表中位于氢的后面，不能将氢从酸中置换出来。
3. 铁片放入稀硫酸后，溶液颜色由无色变为浅绿色。
这是因为生成的硫酸亚铁是浅绿色的。
4. 反应过程中产生的气泡是氢气。
这是因为铁与稀硫酸反应生成了氢气，氢气不溶于水，因此以气泡的形式逸出。
【结束语】通过本次实验，我们不仅观察到了不同金属与酸反应的现象，还学习了金属活动性顺序表的应用，加深了对化学反应原理的理解。
希望同学们能够通过实验操作，提高自己的实验技能和科学探究能力。
化学反应工程计算题
化学反应工程计算题1、80℃时氯乙醇的皂化反应为：CH 2Cl-CH 2OH+NaHCO 3→CH 2OHCH 2OH+NaCl+CO 2 属基元反应，其反应速度常数k ＝5.2L/mol ·h 现拟用15%（质量）的NaHCO 3水溶液30%（质量）的氯乙醇水溶液为原料，建立一个日产480Kg 的乙二醇的中间工厂，今使用等摩尔比原料，要求氯乙醇转化率为95%，试计算：采用间歇反应器，非生产时间为0.5小时/批时所需有效体积。
反应为等温等容过程，混合物料比重为1.02。
解：V ＝υ0（t+t 0）投料中氯乙醇量为：2495.0624800.34 kmol/h氯乙醇水溶液量为：23.9130.05.8034.0 kg/h碳酸氢钠水溶液量为：4.19015.08434.0 kg/hυ0＝02.14.19023.91 ＝276.1 l/h t ＝01kCa XafXaf 1进料中氯乙醇量的浓度：C Ao ＝1023.11.27634.0 －3kmol/l ＝1.23 mol/lt ＝95.0195.023.12.51 2.97 h V ＝276.1×（2.97+0.5）＝958.07 l2、已知氯乙醇2.97的皂化反应为：CH 2Cl-CH 2OH+NaHCO 3→CH 2OHCH 2OH+NaCl+CO 2 属基元反应，其反应速度常数k=5.2L/mol ·h ，现拟用15%（质量）的NaHCO 3水溶液30%（质量）的氯乙醇水溶液为原料，建立一个日产480Kg 的乙二醇的中间工厂，今使用等摩尔比原料，要求氯乙醇转化率为95%，反应为等温等容过程，混合物料比重为1.02，试计算： 采用理想管式流动反应器时所需体积。
解：V ＝υ0t投料氯乙醇的量为：2495.0624800.34 kmol/hCH 2CL －CH 2OH 的水溶液量为：23.9130.05.8034.0 kg/hNaHCO 3水溶液量为：4.19015.08434.0 kg/hυ0＝02.14.19023.91 ＝276.1 l/h t ＝01kCa XafXaf 1进料中C Ao ＝1.2761034.0 ＝1.23 mol/l∴t ＝95.0195.023.12.51 2.97 h ∴V ＝2.97×276.1＝820.02 l3、已知基元反应：CH 2Cl-CH 2OH+NaHCO 3→CH 2OHCH 2OH+NaCl+CO 2，其反应速度常数k ＝5.2L/mol ·h ，现拟用15%（质量）的NaHCO 3水溶液30%（质量）的CH 2Cl-CH 2OH 水溶液为原料，建立一个日产480Kg 的CH 2OHCH 2OH 的中间工厂，反应可视为等温等容过程，混合物料比重为1.02。
化学反应工程习题及解
化学反应工程1、有如下平行反应：R B A k−→−+1（主反应） R B A R C C C k r 1=S B A k −→−+2 （副反应） B A S C C k r 2=（1） 若采用间歇操作，试选择合适的加料方式； （2） 若采用连续操作，试选择用合适的反应器型式；（3） 若主、副反应的活化能分别为30和20，反应温度宜高还是宜低？ 解： R S R P C k k r r S 21==（1） 若用间歇操作，应采用向事先含R 的BR 中同时加入A 、B 物料； （2） 若用连续操作，应选用CSTR ，A 、B 同时连续加入； （3） ∵ E 1 〉E 2，∴反应温度宜高。
（∵温度升高，有利于活化能高的反应）2、在一等温操作的间歇釜式反应器中，进行某一级液相反应A →R ，13分钟后，反应物转化率为70%，若让此反应在PFR 或CSTR 单釜中进行，为达到相同转化率，所需的空时和平均停留时间分别为多少？ 解： 11111lnln 0.0926min 11310.7A k tx -===--（1） PFR ： 113min t τ-== （2） CSTR ： 0.725.20min (1)0.0926(10.7)A A x t k x ===-⨯-3、1、有下列反应：C 2H 4 的二聚反应，反应温度为200℃，反应活化能mol kJ E /9.156=，为使反应速率提高一倍，计算所需提高的温度为多少？ 解：反应速率提高一倍，即212=k k21122211ln()15690011ln 2()481.568.314473.158.4k E k R T T T K T T C=-=-⇒=∆=︒提高温度为8.4C ︒4、在一反应体积为3 m 3的连续釜式反应器中等温进行下列液相反应：h C h C A A ⋅=−→−⋅=−→−+32Q 3P kmol/m 2.0r Q 2A kmol/m 6.1r P B Ar P 及r Q 分别为产物P 及Q 的生成速率，P 为目的产物。
《化学反应工程》试题及参考答案
《化学反应工程》习题答案一、单选题1、下列属于均相反应的是（ B ）A 煤炭燃烧B 氢气燃烧C 离子交换D 加氢裂解2、一级连串反应AS K 1K 2P 在全混流釜式反应器中，则目的产物P 的最大浓度=max ,P C （B ） A 122)(210K K K A K K C − B 22/1120]1)/[(+K K C A C 122)(120K K K A K K C − D 22/1210]1)/[(+K K C A3、反应器中等温进行着A →P(1)和A →R(2)两个反应，当降低A 的浓度后，发现反应生成P 的量显著降低，而R 的生成量略降低，表明( A )A 反应(1)对A 的反应级数大于反应(2)B 反应(1) 对A 的反应级数小于反应(2)C 反应(1)的活化能小于反应(2)D 反应(1)的反应速率常数大于反应(2)4、四只相同体积的全混釜串联操作，其无因次停留时间分布的方差值 2θσ为( B )A 10B 025C 050D 05、全混流反应器的返混为（ B ）A 最小B 最大C 零D 一样大6、催化剂在使用过程中会逐渐失活，其失活速率式为dm i d C k dt d ψψ=−，当进料中的杂质吸附极牢以及对产物无内扩散阻力时，d 为（ A ）A ≈0B =1C →3D ≈17、对一平行—连串反应R A QP A → → → )3()2()1( ，P 为目的产物，若活化能次序为：E2<E1<E3，为了目的产物的收率最大，则最佳操作温度序列为（ B ）。
A ．先高后低B 先低后高C ．高温操作D ．低温操作8、对于循环操作的平推流反应器，当循环比β→0时为( B )反应器A 全混流B 平推流C 全混流或平推流D 全混流串平推流 9、CH 2 = CH CH = CH 2(A) + CH 2 = CH COOCH 3(B)COOCH 3(C)该反应在全混流反应器中进行，以AlCl3为催化剂，反应温度20℃，液料的体积流速为05 m3/h ，丁二烯和丙烯酸甲酯的初始浓度分别为=0A C 965 mol/m3，=0B C 184 mol/m3，催化剂的浓度为=D C 663 mol/m3。
化学反应工程习题及解
化学反应工程1、有如下平行反应：R B A k−→−+1（主反应） R B A R C C C k r 1=S B A k −→−+2 （副反应） B A S C C k r 2=（1） 若采用间歇操作，试选择合适的加料方式； （2） 若采用连续操作，试选择用合适的反应器型式；（3） 若主、副反应的活化能分别为30和20，反应温度宜高还是宜低？ 解： R S R P C k k r r S 21==（1） 若用间歇操作，应采用向事先含R 的BR 中同时加入A 、B 物料； （2） 若用连续操作，应选用CSTR ，A 、B 同时连续加入； （3） ∵ E 1 〉E 2，∴反应温度宜高。
（∵温度升高，有利于活化能高的反应）2、在一等温操作的间歇釜式反应器中，进行某一级液相反应A →R ，13分钟后，反应物转化率为70%，若让此反应在PFR 或CSTR 单釜中进行，为达到相同转化率，所需的空时和平均停留时间分别为多少？ 解： 11111lnln 0.0926min 11310.7A k tx -===--（1） PFR ： 113min t τ-== （2） CSTR ： 0.725.20min (1)0.0926(10.7)A A x t k x ===-⨯-3、1、有下列反应：C 2H 4 的二聚反应，反应温度为200℃，反应活化能mol kJ E /9.156=，为使反应速率提高一倍，计算所需提高的温度为多少？ 解：反应速率提高一倍，即212=k k21122211ln()15690011ln 2()481.568.314473.158.4k E k R T T T K T T C=-=-⇒=∆=︒提高温度为8.4C ︒4、在一反应体积为3 m 3的连续釜式反应器中等温进行下列液相反应：h C h C A A ⋅=−→−⋅=−→−+32Q 3P kmol/m 2.0r Q 2A kmol/m 6.1r P B Ar P 及r Q 分别为产物P 及Q 的生成速率，P 为目的产物。
反应工程课堂例题
例1-1某厂合成聚氯乙烯所用的氯乙烯单体，由C 2H 2和HCl 以活性炭为载体的氯化汞催化剂上合成制得，其反应式如下：2223C +HC C C H l H l →该厂所用的原料混合气中组分摩尔比为：22C :HC 1:1.1H l =若反应器出口气体中氯乙烯含量为0.85（摩尔分率），试分别计算乙炔和氯化氢的转化率。
例1-2考虑反应3A P →，其动力学方程为：A 1()=AA dn n r k V dt V--= 试推导在恒容条件下以总压p 总表示的动力学方程。
例1-3如气相基元反应22A B P +→，已知k c ，现以气相分压来表示速率方程，即2A ()=k p AB r p p -，求k p 。
例1-4醋酐稀水溶液的液相水合为二级不可逆反应3223()2CH CO O H O CH COOH +→进行水合的间歇反应器温度为15˚C ，初浓度为432.1610/mol cm -⨯，装料200L ，反应混合物密度为1.05g/cm 3，反应速率的典型结果如下表所示，表中c A 为醋酐浓度（mol/cm 3）求：（1）说明为什么二级反应速率可写成如表所示的表达式； (2)如反应在15˚C 下等温操作，醋酐转化率达到0.7需要多长时间？ (3)确定以温度和浓度表示的反应速率方程式。
解：（3）Arrhenius 方程变形：01ln ln ()()a E k k R T=+-将1ln ~k T-进行线性拟合 得到拟合方程5626.717.01y x =+故：700ln 17.01 2.4105627.746788/a ak k E E J mol R=⇒=⨯=⇒=即：7A 46788()=2.410exp()A r c RT-⨯-某厂采用己二酸和己二醇等摩尔比生产醇酸树脂(催化剂H 2SO 4)，反应温度70˚C ，测得动力学方程：2()A A r kc -=，其中：3311301.9710min ,4A k m kmol c kmol m ----=⨯=要求己二酸处理量为2400kg/d ，当转化率为0.8和0.9时，求: （1） 采用间歇釜时，所需反应器体积，每批操作辅助时间为1h ，装填系数为0.75；（2） 采用平推流反应器的体积； （3） 采用全混流反应器的体积。
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例1.1 在350℃等温恒容下纯丁二烯进行二聚反应, 测得反应系统总压 p 与反应时间 t 的关系如下: t/min 0 6 12 26 38 60p/kPa 66.7 62.3 58.9 53.5 50.4 46.7 试求时间为 26min 时的反应速率。
解: 以 A 和 R 分别代表丁二烯及其二聚物, 则该二聚反应可写成: 2A → R反应体系中各组分的浓度关系如下:由理想气体定律得: ( Ａ) p0 为 t = 0 时物系的总压, 整理上式为: ( Ｂ) 将( B) 式代入速率式中, 得: )(c)理想气体:将 CA0 代入 (C) 式, 为:D解析法: 对p-t 关系进行回归分析, 得:图解法: 以 p 对 t 作图, 如图所示。
于t ＝26 min 处作曲线的切线, 切线的斜率为 dp/dt, 该值等于‐0.32 kPa/min 。
000000()/2()/2A AA A A A A t t tC C C C C C C ==-+原 料产 物总浓度()/2A A AC p C C p=+0021A A p C C p ⎛⎫=- ⎪⎝⎭002A AA C dC dp r dt p dt-=-=-⋅00/A C p RT=2A A dC dpr dt RT dt-=-=-⋅22.90exp 43.6430.45t p ⎛⎫=-+ ⎪⎝⎭22.90exp 30.4530.45dp t dt ⎛⎫=-- ⎪⎝⎭26min ,0.32/mindp t kPa dt==-将有关数据代入 (D) 式, 即得到丁二烯转化量表示的反应速率值。
若以生成二聚物表示反应速率, 则: 1,2例1.2 等温进行醋酸(A)和丁醇(B)的酯化反应醋酸和丁醇初始浓度为0.2332和1.16kmol/m3。
测得不同时间下醋酸转化量如下表, 试求该反应的速率方程。
时间 /h 醋酸转化量 /( kmol/m3) 时间 /h 醋酸转化量 /( kmol/m3) 时间 /h 醋酸转化量 /( kmol/m3) 0 0 3 0．03662 6 0．06086 1 0．01636 4 0．04525 7 0．06833 20．0273250．0540580．07698解: 由题中数据可知醋酸转化率较低, 且丁醇又大量过剩, 能够忽略逆反应的影响, 同时能够不考虑丁醇浓度对反应速率的影响。
因此, 设正反应的速率方程为:(a)以0级、 1级、 2级反应对上式进行积分式得: 当n = 0时, (b 当n=1时, (c)4322(0.32)8.314(350273.15)1.2410/(min)A dp r RT dt kmol m --=-⋅=-⨯-⨯+=⨯⋅536.210/(min)2ARrr kmol m --===⨯⋅3493492CH COOH C H OH CH COOC H H O+⇔+A A A B AdC r kC C k C dt αβα'-=-==0A A C C k t'-=0ln A A C k tC ⎛⎫'= ⎪⎝⎭当n=2时, (d)采用图解法和试差法, 假设反应级数, 将实验数据分别按 0 级、 1 级、 2级反应动力学积分式做图, 得到其 f(CA)-t 的关系曲线图, 然后再根据所得的 f(CA)-t 的关系曲线图进行判断其动力学形式。
不同时间下 f (CA)–t 的变化关系t / h CA CA0-CA0 0.2332 0 00 1 0.2168 0.01636 0.0727 0.3244 2 0.2059 0.02732 0.1246 05686 3 0.1966 0.03662 0.1708 0.7983 4 0.1879 0.04525 0.2157 1.0337 5 0.1792 0.05405 0.2637 1.2922 6 0.1723 0.06086 0.3024 1.5157 7 0.1649 0.06833 0.03467 1.7761 80.15920.073980.038161.9932零级反应和一级反应的 f (CA) – t 的关系图如 对t 作图得一直线, 则说明假设正确, 由此可知反 应级数 n ＝２。
但丁醇浓度是否存在影响, 还需做进一步实验证明。
对 t 作图为一直线, 则说明 n =2 是正确的, 故该反应对醋酸为11AA k tC C '-=0lnA AC C 011A A C C -011A A C C -二级反应, 从直线的斜率能够求得在此温度下包含丁醇浓度的 k ’ 值。
而丁醇的反应级数 m 能够用保持醋酸浓度不变的方法求得, 二者结合能够求得反应在此温度下的速率常数 k 。
例题 1.3 气相反应 为一级反应 A → 3P 速度常数 k = 0.5 min-1, 反应在恒容间歇式反应器中进行, 求1 min 后体系的总压,进料状况如下:(a) 纯 A, 0.1 Mpa;(b) 纯 A, 1 Mpa;(c) 10 % 的 A 和 90 % 的 I( 惰性气体) 混合物, 1 MPa 解: A → 3 P + I整理得:上式求导: (1)理想气体方程 因此得:即: (2) 比较(1)、 (2), 得 :即: (3)当t = 0, p = p0 积分( 3) , 得: (4)0000003()32A P A P A A IZ P A I A A It p p t tp p p p p p p p p p p p ====-=++=-+032A I ZAp p p p +-=12A Z dp dpdt dt -=-⋅1AA A dn r kC V dt-=-⋅=A AA n p C V RT==1AAA dp p r k RT dt RT -=-⋅=⋅AA A dp r kp dt-=-=2ZA dp kp dt =0(3)ZA I Z dp k p p p dt=+-0003ln 3A I A I Zp p p ktp p p +-=+-0000000.2()0.1,0,ln 0.510.30.1792()1,0,ln0.5131.79()0.1,1,0.90.30.91ln 0.51,0.0790.30.9A IZZ A I ZZA I Z Za p p p p p MPab p p p p p MPac p p p p MPa p ====⨯-=====⨯-====+-=⨯=+-例1.4 在一反应器中用硫酸作催化剂进行已二酸与乙二醇的聚合反应, 其反应动力学方程为若已二酸初始浓度为 0.02 k mol/L, 求乙二酸转化率为50％、60%、 70%、 80%、 90% 时的反应时间。
将: 将反应速率方程积分, 得:将有关数据代入上式, 得:XA/ % 50 60 70 80 90 反应时间t / min250375583.310003250出口转化率越高, 则反应时间越长, 或体积越大。
例:下述都是基元反应, 试写出A 、 B 、 C 、 D 、 E 的生成速率与各组分之间的关系式。
解20.2/minA Ar C kmol L -=⋅011AA Ax t kC x =⋅-2111112222233333211211111C A B A B C A B CA B D A Cr r r r k C C r r rr k C r r rr k C C =-=-=====-==-=-=-=4444425555566666111211211A B D D B D E B DB D E Er r rr k C r r r r k C C r r rr k C ===-==-=-=====-=得;例 在银催化剂上进行乙烯氧化反应以生产环氧乙烷, 进入催化反应器的气体中各组分的摩尔分数分别为C2H4 15%, O2 7%, CO2 10%, Ar 12%, 其余为N2, 反应器出口气体中含C2H ４和O2的摩尔分数分别为13.1% , 4.8 % 。
试计算乙烯的转化率、 环氧乙烷收率和反应选择性。
C2H4 + 1/2O2 → H2C — C H2 OC2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O解: 以l00 mol 进料为计算基准, 设x 和y 分别表示环氧乙烷和二氧化碳的生成量, 根据题给的进料组成和该反应系统的化学计量式, 可列出下表。
12342123412562212562222A A A A A A B C A C DB B B B B A BC BDE r r r r r k C C k C k C C k C r r r r r k C C k C k C C k C =-+-+=-+-+=-+-+=-+-+12342123434562345625656C C C C C A B C A C DDD D D D A C D B DE E E E B D Er r r r r k C C k C k C C k C r r r r rk C C k C k C C k C r r r k C C k C =--+=--+=--+=--+=-=-。