化学反应工程第三章答案
化学反应工程二,三章答案
第二章习题1.动力学方程的实验测定时，有采用循环反应器的，为什么?答：循环反应器行为与全混流反应器相同，可以得到反应速率的点数据，而且反应器进出口浓度差比较大，对分析精度要求不很高。
2.为什么可逆吸热反应宜选平推流反应器且在高温下操作，而可逆放热反应却不是?根据可逆放热反应的特点，试问选用何种类型反应器适宜?为什么?答：可逆吸热反应的反应速率与化学平衡都随温度的升高而升高，高温下操作对二者都有利。
可逆放热反应的化学平衡随温度的升高向反应物方向移动，对达到高转化率不利。
对此类反应，可选用多段绝热反应器或换热条件较好的管式反应器。
3.一级反应A→P，在一体积为V P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V m，则V m/V p应有何关系?当转化率为0.6时，如果使V m=V p，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：)1ln()1()exp()1ln()1()1(CSTR )1ln(11d 1)(d PFR )exp()(A A Ap mA A A pm A 0A AA0m A A00AA A00A A A0P A 0A A AAx x x RT ERT E x x k kx V V x k c x F V x kc x x kc r x F V c RTE k kc r x x ----=---=-=--=-=-=-==-⎰⎰)1ln()1()1ln()1( IF A A A A A P m m p x x x x x k k x V V T T A---=---==()()K07.43215.42302064.015.423876.234929.015.423876.23exp 6109.0637.115.42315.423314.884000exp 1)6.01ln(6.016.0exp 10.6and 1IF m m mmmmm m m P m P A Pm =-=--=-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⨯⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=--⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--===T T T T T T T TT T T T T R E x V V mnn n n kc x F V c V V cV V kc x F V n c V V kc x F V n c V V kc x F V n AfAf A0m 1Am1m 2A1m 1m 1AAA0m 2/1A 1m 2/1m 2/1A A A0m A1m 2m 2A A 0A m 1,1,2/11,2==⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧==-=======---或4. 在体积V R =0.12m 3的全混流反应器中，进行反应S R B A 21+−−←−→−+kk，式中k 1=7m 3kmol -1min -1，k 2=3m 3kmol -1min -1，两种物料以等体积加入反应器中，一种含2.8kmolA ·m -3，另一种含1.6kmolA ·m -3。
化学反应工程第二版习题解答
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第二章习题 ............................................................... 错误!未定义书签。
第三章习题 ............................................................... 错误!未定义书签。
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第六章习题 ............................................................... 错误!未定义书签。
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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。
化学反应工程第三章答案
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：325325+→+CH COOC H NaOH CH COONa C H OH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 ，反应速率常数等于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1m 3时，需要多长的反应时间？（2） （2） 若反应器的反应体积为2m 3，，所需的反应时间又是多少？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 AA 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大小无关，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：223222+→++CH ClCH OH NaHCO CH OHCH OH NaCl CO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等于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：02000110.95 2.968(1) 5.2 1.23110.95===⨯=-⨯-⎰⎰AfAf X X A A A A B A A dX dX t C h kC C kC X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： 2525+⇔+C H COONa HCl C H COOH NaCl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。
化学反应工程第三章习题答案
1.理想反应器包括___平推流反应器、__全混流反应器_ 。
2.具有良好搅拌装置的釜式反应器按_全混流__反应器处理，而管径小，管子较长和流速较大的管式反应按_平推流_反应器处理。
3.全混流反应器的空时τ是_反应器的有效容积____与___进料流体的容积流速_之比。
4.全混流反应器的返混__∞__，平推流反应器的返混为_零__。
5.如果将平推流反应器出口的产物部分的返回到入口处与原始物料混合，这类反应器为_循环操作_的平推流反应器6.对于循环操作的平推流反应器，当循环比β→0时为___平推流__反应器，而当β→∞时则相当于_全混流___反应器。
7. 对于循环操作的平推流反应器，当循环比β→0时反应器内返混为_零_，而当β→∞时则反应器内返混为_∞_。
8.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。
9.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。
10.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___B____。
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11.在间歇反应器中进行等温二级反应A →B，，当时，求反应至所需时间t=__D_____秒。
A. 8500B. 8900C. 9000D. 990012.在间歇反应器中进行等温一级反应A →B，，当时，求反应至所需时间t=__B_____秒。
A. 400B. 460C. 500D. 56013.在全混流反应器中，反应器的有效容积与进料流体的容积流速之比为__A__。
A. 空时τB. 反应时间tC. 停留时间tD. 平均停留时间14.一级不可逆液相反应，，出口转化率，每批操作时间，装置的生产能力为50000 kg产物R/天，=60，则反应器的体积V为__C__。
A. 19.6B. 20.2C. 22.2D. 23.415.对于单一反应组分的平行反应，其瞬间收率随增大而单调增大，则最适合的反应器为___A____。
化学反应工程第三章
m 1c A0 c A 1 ln m x A 1 ln m 1 mc A m 1 m1 x A
m m xA ln m 1 m1 x A
cB 0 k t
3.3 反应温度
3.2 理想连续流动反应器(1)
一 平推流反应器
1.1. 平推流反应器的特点 流体在管内作平推流流动具有如下特征： (1) 在与流动方向呈垂直的截面上没有流速分布； (2) 而在流体流动的方向不存流体质点间的混合，即无返混现象； (3) 离开平推流反应器的所有流体质点均具有相同的平均停留时间， 而这个停留时间就等于反应时间。
k1 cQ k 2
cp
3.1.2 间歇反应器内复合反应的计算（4）
二 连串反应 等温间歇反应器进行一级不可逆连串反应
K1 K2 A P Q
dcA k1c A dt dc p k1c A k 2 cP dt
t 0, c A c A0 , cP 0, cQ 0, 积分第一式： c A c A0 e k1t 或 t 1 c A0 1 1 ln ln k1 c A k1 1 x A
B
A
O
D
E
t
间歇反应器最优化反应时间
3.1.3 间歇反应器优化操作（3）
（2） 以生产费用为目标
AT
at a0t0 a f VR cR
dcR ac at a t a 0 0 f R dt dA dcR cR 当 T ＝0， dt dt t a0t0 a f / a dAT 2 dt VR cR
产物P的浓度先增大，在降低，存在极大值。可对cp对时间求导， 得最优化时间
topt ln k1 / k 2 k1 k 2
化学反应工程王承学课后答案第三章
3-1 在反应体积为31m 的间歇操作釜式反应器中，环氧丙烷的甲醇溶液与水反应生成丙二醇32232COHCHOHCHH →+O H COCHCH H该反应对环氧丙烷为一级，反应温度下的速率常数为0.981-h ，原料液中环氧丙烷的浓度为 2.1kmol/3m ，环氧丙烷的最终转化率为90%。
若辅助时间为0.65h ，一天24h 连续生产，试求丙二醇的日产量为多少？ 解 32232COHCHOHCHH →+O H COCHCH H( A ) ( B )一级反应h x k C C k t Af Af A 35.29.011ln 98.0111ln 1ln 10=-=-==h m h m t t V v /31)65.035.2(13300=+=+=丙二醇日产量=Af A x C v 0024=天/12.159.01.23124kmol =⨯⨯⨯kmol k /g 76M B=丙二醇日产量天/kg 2.111492.11576Q =⨯=3-2一个含有A和B 液体)/0.04m ol c /10.0c (B00L L mol A ==、以体积流量2L/min 流入容积V R =10L 的全混流反应器，物料在最佳的条件下进行反应A →2B+C 。
已知由反应器流出的物料中含有A 、B 和C ，L mol c Af /04.0=。
试求：在反应器条件下，A 、B 和C 的反应速率？解 空时min 5min/2100===L Lv V R τmin5/)04.01.0(00L mol C C r r C C AfA Af AfAfA -=-==-ττmin /012.0•=L molmin)/(024.02•==L mol r r Af Bfmin)/(012.0•==L mol r r Af Cf3-3 一个液相反应： A+B →R+S其中，m in)/(71•=mol L k ，m in)/(32•=mol L k 。
化学反应工程第三章包括答案.docx
3釜式反应器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 l ，反应速率常数等于。
要求最终转化率达到 95%。
试问：3（ 1）（ 1）当反应器的反应体积为1m 时，需要多长的反应时间？3，（ 2）（ 2）若反应器的反应体积为2m ，所需的反应时间又是多少？解：（ 1）(2)因为间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关，所以反应时间仍为。
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 NaHCO3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。
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等于，要求转化率达到 95%。
（1）（ 1）若辅助时间为，试计算反应器的有效体积；（2）（ 2）若装填系数取，试计算反应器的实际体积。
62kg/kmol,每小时产解：氯乙醇，碳酸氢钠，和乙二醇的分子量分别为,84和乙二醇： 20/62= kmol/h每小时需氯乙醇：每小时需碳酸氢钠：原料体积流量：氯乙醇初始浓度：反应时间：反应体积：（2）（ 2）反应器的实际体积：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程度，在不同的反应时间下取出10ml 反应液用的NaOH溶液滴定，以确定未反应盐酸浓度。
不同反应时间下，NaOH溶液用量如下表所示：时间， min0 10 20 30 50∝NaOH用量， ml现拟用与实验室反应条件相同的间歇反应器生产丙酸，产量为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。
化学反应工程第三章答案
3 釜式反应器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l，反应速率常数等于。
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多少？解：（1）(2) 因为间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关，所以反应时间仍为。
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水溶液及30%（重3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。
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等于，要求转化率达到95%。
（1）（1）若辅助时间为，试计算反应器的有效体积；（2）（2）若装填系数取，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,84 和 62kg/kmol,每小时产乙二醇：20/62= kmol/h每小时需氯乙醇：每小时需碳酸氢钠：原料体积流量：氯乙醇初始浓度：反应时间：反应体积：（2）（2）反应器的实际体积：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程度，在不同的反应时间下取出10ml反应液用的NaOH溶液滴定，以确定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分别表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CA=×l时，所对应的反应时间为48min。
《化学反应工程》第三版(陈甘堂著)课后习题答案
《化学反应工程》第三版(陈甘堂著)课后习题答案第二章均相反应动力学基础2－4三级气相反应2NO+O22NO2，在30℃及1kgf/cm2下反应，已知反应速率常数2kC=2.65×104L2/(mol2 s)，若以rA=kppApB表示，反应速率常数kp应为何值？解：原速率方程rA=dcA2cB=2.65×104cAdt由气体状态方程有cA=代入式（1）2－5考虑反应A课所以kp=2.65×104×(0.08477×303) 3=1.564后当压力单位为kgf/cm2时，R=0.08477，T=303K。
答p p 2rA=2.65×10 A B =2.65×104(RT) 3pApBRT RTp表示的动力学方程。
解：.因，wwnAp=A，微分得RTVdaw案24网pAp，cB=BRTRT3P，其动力学方程为( rA)=dnAn=kA。
试推导：在恒容下以总压VdtVδA=3 1=21dnA1dpA=VdtRTdt代入原动力学方程整理得wdpA=kpAdt设初始原料为纯A，yA0=1，总量为n0=nA0。
反应过程中总摩尔数根据膨胀因子定义δA=n n0nA0 nA若侵犯了您的版权利益，敬请来信通知我们！Y http://.cn.co（1）mol/[L s (kgf/cm2) 3]m（1）则nA=nA01(n n0)δA1(P P0)δA（2）恒容下上式可转换为pA=P0所以将式（2）和式（3）代入式（1）整理得2－6在700℃及3kgf/cm2恒压下发生下列反应：C4H10发生变化，试求下列各项的变化速率。
（1）乙烯分压；（2）H2的物质的量，mol；（3）丁烷的摩尔分数。
解：P=3kgf/cm2，（1）课MC4H10=58，（2）w.krC2H4=2( rC4H10)=2×2.4=4.8kgf/(cm2 s)PC4H10=PyC4H101 dpC4H10= P dt2.4-1==0.8 s 3w（3）nC4H10=nyC4H10=n0(1+δC4H10yC4H10,0xC4H10)yC4H10dnH2dtdnH2dt=hdaw后n0=nC4H10,0=δC4H10rC4H10=反应开始时，系统中含C4H*****kg，当反应完成50%时，丁烷分压以2.4kgf/(cm2 s)的速率dyC4H10dt答1rCH=2.4224wdnC4H10dt案116×1000=2000mol582+1 1==21网dyC4H10=n0(1+δC4H10yC4H10,0xC4H10) dt=2000×(1+2×1×0.5)×0.8=3200 mol/s若侵犯了您的版权利益，敬请来信通知我们！Y http://.cno2C2H4+H2，dP=k[(δA+1)P0 P]=k(3P0 P)dtm（3）dpA1dP= dtδAdt2－9反应APS，( r1)=k1cA , ( r2)=k2cp，已知t=0时，cA=cA0 ，cp0=cS0=0, k1/k2=0.2。
化学反应工程王承学课后答案第三章
2A→R
rR 0.5cA[kmol / m3 h]
cA0 cB0 2kmol / m3
试计算反应 2h 时 A 的转化率和产物 P 的收率？
解 A+R→P（目的） rp 2cA
2A→R
rR 0.5cA
rA 2rR rp 3cA ， k 3h1
xAf
1 1 0.143
k 1 3 2 1
xA1 0.725
1
x A1 kcA0 (1 xA1)2
0.483ks
VRi v0i 0.278 0.483 0.134
VR 2VRi 2 0.134 0.268m3
因此，采用两个等体积釜相串联，反应器的总体积减小近 3 倍。
3-5 在等温全混流釜式反应器中进行下列液相反应：
A+R→P（目的） rp 2cA[kmol /(m3 h)]
Sp
rp rA
2 3
Yp
S p xA
2 3
0.143
9.52%
3-6 图解设计一个四釜等体积串联釜式反应器， A 0 ，A 初始浓度为
2mol/L，要求转化率为 80%， rA 3cAmol / L min ，求每釜的空时 i
和总反应空时。 解 图解法公式
rAi
1
i
cAi1
1
i
cAi ，
10L 2L / min
5min
CA0 CAf
rAf
rAf
CA0 CAf
(0.1 0.04)mol / L 5 min
0.012mol / L min
rBf 2rAf 0.024mol /(L min) rCf rAf 0.012mol /(L min)
3-3 一个液相反应：
吴元欣版反应工程答案解析
第一章 例题与习题解答例1每100 kg 乙烷（纯度100%）在裂解器中裂解，产生45.8 kg 乙烯，乙烷的单程转化率为59%，裂解气经分离后，所得到的产物气体中含有4.1kg 乙烷，其余未反应的乙烷返回裂解器。
求乙烯的选择性、收率、总收率和乙烷的总转化率。
解：以B 点的混合气体为计算基准进行计算即得到单程转化率和单程收率，而以对A 点的新鲜气体为计算基准进行计算得到全程转化率和全程收率。
新鲜原料通过反应器一次所达到的转化率，单程转化率（反应器进口为基准）；新鲜原料进入反应系统起到离开系统止所达到的转化率，全程转化率（新鲜原料为基准）。
现对B 点进行计算，设B 点进入裂解器的乙烷为100 kg 。
新鲜乙烷产品由于乙烷的单程转化率为59%，则在裂解器中反应掉的原料乙烷量为1000.5959H kg =⨯=E 点乙烷的循环量100 4.110059 4.136.9Q H kg =--=--=A 点补充的新鲜乙烷量为10010036.963.1F Q kg =-=-=乙烯的选择性为45.8/2845.8/28100%100%83.172%/3059/30S H =⨯=⨯=乙烯的单程收率45.8/28100%49.07%100/30y =⨯=乙烯的总收率（摩尔收率）45.8/2845.8/28100%100%77.77%/3063.1/30Y F =⨯=⨯= 乙烯的总质量收率'45.845.8100%100%72.58%63.1Y F =⨯=⨯= 乙烷的总转化率 %.%.%59310016359100＝＝＝⨯⨯F H X 例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：OH CH H CO 322⇔+ ））（O H O CH H CO 223242+⇔+ O H CH H CO 2423+⇔+ O H OH H C H CO 2942384+⇔+222H CO O H CO +⇔+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。
化学反应工程 第三章习题答案
3-1 在反应体积为31m 的间歇操作釜式反应器中，环氧丙烷的甲醇溶液与水反应生成丙二醇32232COHCHOHCH H →+O H COCHCH H该反应对环氧丙烷为一级，反应温度下的速率常数为0.981-h，原料液中环氧丙烷的浓度为2.1kmol/3m ，环氧丙烷的最终转化率为90%。
若辅助时间为0.65h ，一天24h 连续生产，试求丙二醇的日产量为多少？ 解 32232COHCHOHCH H →+O H COCHCH H( A ) ( B ) 一级反应h x k C C k t Af Af A 35.29.011ln 98.0111ln 1ln 10=-=-==h m h m t t V v /31)65.035.2(13300=+=+=丙二醇日产量=Af A x C v 0024=天/12.159.01.23124kmol =⨯⨯⨯kmol k /g 76M B=丙二醇日产量天/kg 2.111492.11576Q =⨯= 3-2一个含有A 和B 液体)/0.04molc /10.0c (B00L L mol A ==、 以体积流量2L/min 流入容积V R =10L 的全混流反应器，物料在最佳的条件下进行反应A →2B+C 。
已知由反应器流出的物料中含有A 、B 和C ，L mol c Af /04.0=。
试求：在反应器内条件下，A 、B 和C 的反应速率？解 空时min 5min/2100===L Lv V R τmin5/)04.01.0(00L mol C C r r C C AfA Af AfAfA -=-==-ττmin /012.0∙=L molmin)/(024.02∙==L mol r r Af Bfmin)/(012.0∙==L mol r r Af Cf3-3 一个液相反应： A+B →R+S其中，min)/(71∙=mol L k ，min)/(32∙=mol L k 。
化学反应工程第三章
流入=流出+反应消耗
m ol 时间
dCA dCA 2 r D( ) r D( )出 K s C A (2 r x) dx dx
2
整理后：
2K S dCA dCA ( )出 ( )入 CA 0 dx dx Dr
当x 0 时
d 2 C A 2K S CA 0 2 Dr dx
dC A 0 dx
C AS M 1 M 2
dCA mx mx M1 m e M 2 m e dx
x 0 xL
m0
M 1e
;
mL1
M 2e
mL 2
M1 e 2 mL M2 C AS M2 M1 2 mL m2 ( 1) M 2 (e 1) M2 C AS e mL mL e e mL C AS e mL mL mL e e
解之：
1 K B PB 1 K B PB K A PA 1 b A 1 K B PB 1 K A PA 1 K A PA K B PB 1 ab 1 K B PB K A PA
K B PB 同理， B 1 K A PA K B PB
R S Kr A B
U KU V PU
V PS Ks s
1 A B R S V U
V PR V PS
KR KS V PR PS 1 K K B PB V A K B K R K S PB A
1 1 V 1 A B 1 K A PA K B PB 1 K i Pi
化学反应工程第三章答案
整理得： 解得：XAf=反应器出口A,B得浓度分别为：
在一多釜串联系统，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0.01m3，反应温度为100℃，酯化反应的速率常数为×10-4l/,逆反应（酯的水解）的速率常数为×10-4l/。反应混合物的密度为864kg/m3,欲 使醋酸的转化率达60%，求此串联系统釜的数目。
醋酸丁酯产量=
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，大反应器在后 联立二式，且将XA2=代入，化简后得到
解得：XA1=
所以有：
醋酸丁酯产量=
（2）大反应器在前，小反应器在后解得XA1=
所以有：
产量同前。说明对此一级反应，连接方式没有影响。
等温下进行级液相不可逆反应： 。反应速率常数等于5m，A的浓度为2kmol/m3的溶液进入反应装置的流量为1.5m3/h，试分别计算下列情况下A的转化率达95%时所需的反应体积：（1）全混流反应器;（2）两个等体积的全混流反应器串联； （3） 保证总反应体积最小的前提下，两个全混流反应器串联。
时间，min
0
10
20
30
50
∝
NaOH用量，ml
现拟用与实验室反应条件相同的间歇反应器生产丙酸， 产量为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。
丙酸的产量为：500kg/h=min。 所需丙酸钠的量为:=min。
原料处理量为：
反应器体积： 实际反应体积：
化学反应工程课后习题答案
化学反应工程课后习题答案化学反应工程课后习题答案化学反应工程是化学工程学科中的重要分支之一，它研究的是化学反应在工业生产中的应用。
通过对反应过程的分析和优化，可以提高反应的产率、选择性和经济性。
在学习化学反应工程的过程中，我们经常会遇到一些习题，下面我将为大家提供一些常见习题的解答。
1. 习题一：对于一个一级反应A→B，初始浓度为C0的A，经过一段时间t后，浓度为Ct。
求该反应的速率常数k。
解答：根据一级反应的速率方程，可以得到d[A]/dt = -k[A]，其中d[A]/dt表示A的浓度随时间的变化率。
根据题意，我们可以得到d[A]/dt = (Ct - C0)/t。
将这两个式子相等，可以得到(Ct - C0)/t = -k[A]。
由于初始浓度为C0的A，所以[A] = C0。
将这个值代入上式，可以得到(Ct - C0)/t = -kC0。
整理一下，就可以得到k = (C0 - Ct)/C0t。
2. 习题二：对于一个二级反应A + B→C，初始浓度分别为C0的A和C1的B，经过一段时间t后，浓度分别为Ct的A和Ct+1的B。
求该反应的速率常数k。
解答：根据二级反应的速率方程，可以得到d[A]/dt = -k[A][B]，d[B]/dt = -k[A][B]。
根据题意，我们可以得到d[A]/dt = (Ct - C0)/t，d[B]/dt = (Ct+1 - C1)/t。
将这两个式子相等，可以得到(Ct - C0)/t = (Ct+1 - C1)/t = -k[A][B]。
由于初始浓度分别为C0的A和C1的B，所以[A] = C0，[B] = C1。
将这两个值代入上式，可以得到(Ct - C0)/t = (Ct+1 - C1)/t = -kC0C1。
整理一下，就可以得到k = (C0- Ct)/(C0C1t) = (Ct+1 - C1)/(C0C1t)。
3. 习题三：对于一个零级反应，初始浓度为C0的A，经过一段时间t后，浓度为Ct。
化学反应工程 第三章 理想反应器(3)
a( )
d
d
其中，
f (, x) 1 rA
(1 )
f ( , x) rA 1
rA
f [ , b( )] 1
rA2
db( ) dxA2 0 d d
d[ ,a( )] 1
rA1
da( ) d
d
d
[ 1
xA2]
xA2
(1 )2
dx xA2
A
r xA1
解：分别计算两种联结方式下出口反应 物浓度
–若CSTR在前，PFR在后时
对CSTR
对PFR
1
C A0 C A1 kC A1
C A1
C A0
1 k1
2
dC C A1
A
1
ln CA1
kC C A 2
A
k
C A2
CA2 CA1 exp(k 2 )
由此，出口反应物A的浓度为
C A2
A
1
rA1
(1
xA2
)2
0
–即：
dx x A 2
A
r xA1
A
1 rA1
xA2
(1 )
–而， xA2
1
xA2
x A1
–由此，可得：
1
dx xA2
A
r x A1
A
rA1 x A2 x A1
–或者，
1
rA1 ( xA2 xA1 )
dx xA2 A
r xA1
A
1
rA1 ( xA2 xA1 )
为理想气体)
解：
V
v0
C A0
xA dx A 0 rA
–而
《化学反应工程》第一至第六章作业答案
第一章1. Fogler 《化学反应工程》（英文版）Page 31，P1-11B.解：摩尔衡算：0Vj j j j dN F F r dV dt-+=⎰C ：the corn steep liquor ；R ：RNA ；P ：penicillin.假设细胞为全混釜反应器，C 完全反应，R 不排出反应器，P 全部排出反应器 在非稳态操作条件的摩尔平衡：（质量平衡类似，将各量表示成以质量为基准就行）0C F =，0CdN dt=，00C C F r V += 00R F =，0R F =，R R dN r V dt=0P F =，0CdN dt=，0P P F r V -+=2. Fogler 《化学反应工程》（英文版）Page 33，P1-15B.解：由题目给出的条件可知，对于A B →的反应F A0=5 mol/h ，v 0=10 L/h ，C A0=0.5 mol/L对于CSTR ： 摩尔衡算：0A AAF F V r -=- 动力学：（1）A r k -=（2）A A r kC -=（3）2A A r kC -=摩尔流率与浓度关系：000A A F C v =0A A A F C v C v ==浓度为变量的摩尔衡算方程：00000A A A AA AC v C v C C V v r r --==--当消耗99%的组分A 时，00.01A A C C =，代入上式可得：000000.010.99A A A A AC C C V v v r r -==--代入动力学： （1）00000.990.99A A A C C V v v r k==- 代入数据得到：V=99 L （2）000000000.990.990.9999(0.01)A A A A A A C C C v V v v v r kC k C k====- 代入数据得到：V=2750 L （3）000000022000.990.990.999900(0.01)A A A A A A A C C C v V v v v r kC k C kC ====- 代入数据得到：V=66000 L对于PFR ： 摩尔衡算：AA dF r dV= 动力学：（1）A r k -=（2）A A r kC -=（3）2A A r kC -=摩尔流率与浓度关系：000A A F C v =0A A A F C v C v ==浓度为变量的摩尔衡算方程：0()A A d C v r dV= 0AAdC dV v r = 00AA C AC AdC V v r =⎰代入动力学： （1）000000000000.99()(0.01)AA A A C C A AA A A A A C C A v v v dC dC V v v C C C C C r k k k k ===-=-=-⎰⎰ 代入数据得到：V=99 L （2）00000000ln ln ln1000.01AA C A A AC A A A v C v C v dC V v kC k C k C k ====-⎰代入数据得到：V=127.9 L （3）000020001111()()0.01AA C A C AA A A A v v dC V v kC k C C k C C ==-=--⎰ 代入数据得到：V=660 L 对于BR ： 摩尔衡算：AA dN r V dt= 动力学：（1）A r k -=（2）A A r kC -=（3）2A A r kC -=浓度为变量的摩尔衡算方程：AA C A A C dC dt r =⎰代入动力学： （1）000.001A A C C t k-=代入数据得到：t=9.99h （2）001ln0.001A A C t k C =代入数据得到：t=19.2h （3）00111()0.001A A t k C C =- 代入数据得到：t=666h3. Fogler 《化学反应工程》（中文版）Page 23，P1-12C.解：由题目条件可知，反应A B C →+，在恒体积、等温、完全混合的间歇釜中进行，且V=20 L ，N A0=20 mol ，C A0=N A0/V=1 mol/L （1） 摩尔衡算：AA dN r V dt= 动力学：A A r kC -=物质量与浓度的关系：A A N C V =浓度为变量的摩尔衡算方程：()A A d C V r V dt= A A dC V r V dt=AA dC dt r =0AA C AC AdC t r =⎰代入动力学：001ln AA C A A C A A C dC t kC k C ==-⎰代入数据得：t=7.99 min（2） 摩尔衡算：AA dN r V dt= 动力学：2A A r kC -=物质量与浓度的关系：A A N C V = 浓度为变量的摩尔衡算方程：()A A d C V r V dt= A A dC V r V dt=AA dC dt r =0AA C AC AdC t r =⎰代入动力学：020111()AA C A C AA A dC t kC k C C ==--⎰ 代入数据得：t=9.5 min（3）假设反应气体为理想气体： 状态方程：PV NRT =00208.31440033256000.02N RT P Pa Pa V ⨯⨯=== 408.31440066512000.02t t N RT P Pa Pa V ⨯⨯===第二章1. 在一个恒体积的间歇反应器中进行液相等温不可逆反应：A B →若反应为二级、一级、零级均相反应，分别求出转化率由0至0.9所需时间与转化率由0.9至0.99所需时间之比。
化学反应工程 第三章
第三章 理想流动反应器概述按照操作方式，可以分为间歇过程和连续过程，相应的反应器为间歇反应器和流动反应器。
对于间歇反应器，物料一次性加入，反应一定时间后把产物一次性取出，反应是分批进行的。
物料在反应器内的流动状况是相同的，经历的反应时间也是相同的。
对于流动反应器，物料不断地加入反应器，又不断地离开反应器。
考察物料在反应器内的流动状况。
有的物料正常的通过反应器，有的物料进入反应器的死角，有的物料短路（即近路）通过反应器，有的物料在反应器内回流。
在流动反应器中物料的流动状况不相同，造成物料浓度不均匀，经历的反应时间不相同，直接影响反应结果。
物料在反应器内的流动状况看不见摸不着。
人们采用流动模型来描述物料在反应器内的流动状况。
流动模型分类如下：理想流动模型 流动模型非理想流动模型特别强调的是，对于流动反应器，必须考虑物料在反应器内的流动状况；流动模型是专指反应器而言的。
第一节 流动模型概述3－1 反应器中流体的流动模型平推流模型全混流模型一、物料质点、年龄、奉命及其返混1.物料质点物料质点是指代表物料特性的微元或微团。
物料由无数个质点组成。
2.物料质点的年龄和寿命年龄是对反应器内质点而言，指从进入反应器开始到某一时刻，称为年龄。
寿命是对离开反应器的质点而言，指从进入反应器开始到离开反应器的时间。
3.返混（1）返混指流动反应器内不同年龄质点间的混合。
在间歇反应器中，物料同时进入反应器，质点的年龄都相同，所以没有返混。
在流动反应器中，存在死角、短路和回流等工程因素，不同年具的质点混合在一起，所以有返混。
（2）返混的原因a.机械搅拌引起物料质点的运动方向和主体流动方向相反，不同年龄的质点混合在一起；b.反应器结构造成物料流速不均匀，例如死角、分布器等。
造成返混的各种因素统称为工程因素。
在流动反应器中，不可避免的存在工程因素，而且带有随机性，所以在流动反应器中都存在着返混，只是返混程度有所不同而已。
二、理想流动模型1.平推流模型（活塞流模型、理想置换模型、理想排挤模型）平推流模型认为物料进入反应器后沿着流动方向象气缸里的活塞一样向前移动，彼此不相混合。
化学反应工程 第三章
t xAf
x cA cAf 图3－3 等温间歇液相反应 过程反应时间t的图解积分4 cA0
图3－2 等温间歇液相反应 过程t/cA0的图解积分
1. 等温等溶液相单一反应 在间歇反应器中，若进行等容液相单一不可逆 反应，则关键反应物A的反应速率式为：
dc A (rA )V k c f (c A ) dt c Af dcA 所需反应时间为：t c k f (c ) A0 c A
2. 增加组分B的回收费用，所以这也是一个需优化的参数。
17
4. 反应温度 对于间歇釜式反应器，可以在反应时间的不同 阶段，反应物系处于不同组成时，调整反应温度。 一般说来，高转化率时，反应物的浓度减少，反应 速率也随之减少，可以通过提高反应温度，促进反 应速率常数增大而增加反应速率。 如间歇釜式反应器中的硝化反应，在反应前期， 温度为40～45℃；反应中期，温度为60℃；而反应 后期，温度提高到70℃。
19
解：首先计算原料处理量V0根据题给的乙酸乙酯产量， 12000 可算出每小时乙酸需用量为 16.23kmol / h
88 24 0.35
由于原料液中乙酸:乙醇:水=1:2:1.35，当乙酸为1kg 时，加入的总原料为1+2+1.35=4.35kg 由此可求单位时间需加入反应器的原料液量为：
rA 1.045c kmol /(m h)
2 A 3
对1kmol A而言，投料情况是：
醋 酸 A 1kmol 60kg 0.062m3
正丁醇 B
4.96kmol
368kg
0.496m3
可求出，投料总体积VR=0.559m3
c A0 nA0 1.79kmol / m3 VR
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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:325325+→+CH COOC H NaOH CH COONa C H OH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,反应速率常数等于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1m 3时,需要多长的反应时间？（2） (2) 若反应器的反应体积为2m 3,,所需的反应时间又就是多少？解:(1)00222000001()(1)110.95169.6min(2.83)5.60.0210.95===⨯---=⨯=⨯-⎰⎰AfAf X X A A AA A A A A AA 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大小无关,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:223222+→++CH ClCH OH NaHCO CH OHCH OH NaCl CO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与碳酸氢钠的摩尔比为1:1,混合液的比重为1、02。
该反应对氯乙醇与碳酸氢钠均为一级,在反应温度下反应速率常数等于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,与乙二醇的分子量分别为80、5,84 与 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:02000110.952.968(1) 5.2 1.23110.95===⨯=-⨯-⎰⎰AfAf X X A A A A B A A dX dX t C h kC C kC X 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:2525+⇔+C H COONa HCl C H COOH NaCl为二级可逆反应(对丙酸钠与盐酸均为一级),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程度,在不同的反应时间下取出10ml 反应液用0、515N 的NaOH 溶液滴定,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 分别表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(也就就是丙酸钠的浓度,因为其计量比与投量比均为1:1)为:0.515/10==⨯A B NaOH C C V mol l于就是可求出A 的平衡转化率:00052.510.50.852.590%0.890%0.720.515(1)52.5(10.72)0.051514.7/10--====⨯=⨯==-=⨯⨯-=⨯A Ae AeA A Ae A A A C C X C X X C C X mol l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大小无关,所以该生产规模反应器的反应时间也就是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 。
原料处理量为: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:+→A B R其反应速率方程为:143110001.110exp()/.=⨯-A A B r C C kmol m hT式中组分A 及B 的浓度C A 及C B 以kmol/m 3为单位,温度T 的单位为K 。
该反应的热效应等于-4000kJ/kmol 。
反应开始时溶液不含R,组分A 与B 的浓度均等于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,就是否可能？为什么？ 解:(1)[]00000.04(4000)()()32332339.014.102⨯---∆=+-=+=+A r A A A AF C H T T X X X X C0000014220()91.32110001.110exp()(1)32339.01==-==⨯--+⎰⎰⎰Af Af X X AA A A A AB AA A A AdX dX t C C R kC C dX C hC X X(由数值积分得出)32339.010.85356.2=+⨯=T K(2)若A 全部转化为R,即X A =1、0,则由上面的积分式知,t →∝,这显然就是不可能的。
3、5在间歇反应器中进行液相反应:12+→=+→=A A B D C B A B C r k C C C B Dr k C CA 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） k 2/k 1;（2） 产物C 的最大浓度;（3） 对应C 的最大浓度时A 的转化率。
解:(1)因为B 过量,所以:''''1212,,===-=-A A D C C A D A C r k C r k C r r r k C k C恒容时:'1-=A AdC k C dt (A) ''12-=-C A CdC k C k C dt (B)(B)式除以(A)式得:'2'11-=-C C A A dC k C dC k C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:0.420.550.380.10.420.550.380.1⨯-⨯=⨯-⨯x x解之得:'22'110.525===k k x k k(2)先求出最大转化率:21111,max21()0.7425-=-=k k A k X k(3)产物C 的最大收率:()()21,max211110.49051⎡⎤=---=⎢⎥⎣⎦-k k C A A Y X X k k产物C 的最大浓度:3,max 0,max 0.10.49050.0491/==⨯=C A C C C Y kmol m3、6 在等温间歇反应器中进行液相反应31123⇔←−→−−→k k A A A初始的反应物料中不含A 2与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,其实质就是下述反应的特例:12123←−→←−→k k A A A (A)当'20=k 时,(A)式变为123⇔→A A A (B) 当'10=k 时,(A)式变为123→⇔A A A (C) 当''120,0==k k 时,(A)式变为123→→A A A (D) 其中式(D)即为书讲的一级不可逆连串反应。
可见只要得到(A)式的解,则可容易化简得到(B),(C)及(D)式的解。
对于(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 t k 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⎧⎫⎡⎤⎪⎪=+-⎨⎬⎢⎥-⎪⎪⎣⎦⎩⎭t t 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1230.5592/0.5098/0.931/===A A A C mol l C mol l C mol l(2)当t →∝时,由(5)～(9)式得12302.0/==→A A A C C C mol l(3)此时为'10=k 的情况,当t →∝时,由11 4.0min ,-=k 1'1221.5min , 3.6min --==k k 得:12301.412/0.588/===A A A C C mol lC mol l3、7拟设计一反应装置等温进行下列液相反应:212222+→=+→=R A B S A B A B R r k C C A B Sr k C C目的产物为R,B 的价格远较A 贵且不易回收,试问:（1） (1) 如何选择原料配比？（2） (2) 若采用多段全混流反应器串联,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 的价格高且不易回收,故应按主反应的计量比投料为好。