反应工程课后习题参考答案
反应工程课后习题参考答案
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）反应的选择性；（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），当进入反应器的总原料量为100mol 时，则反应器的进料组成为2由甲醇的转化率达72%2y x +=72%; 4.27x=69.2% 解得x=18.96; y=0.77 所以，反应器出口气体组成为： CH 3OH:%100221004.27⨯++--y x yx =6.983%空气：%1002210023279.54⨯++--y x y x =40.19% 水： %10022100281.17⨯++++y x y x =34.87%HCHO: %10022100⨯++y x x=17.26%CO 2: %10022100⨯++y x y=0.6983%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放空气体 Akmol/h原料气和冷凝分离后的气体组成如下：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 21.460.82CH40.55 3.62N22.92 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。
《化学反应工程》(第四版)课后习题答案详解
VR 1 V02 k 1 k 1 k1 k 2 1 2 2 2
V02 k1 k2 k1 / k2 1 2 1 1 V01 2k1 k2 2k1 / k2 1 4 1 3
1 V02 V01 3
加料速率减小到原来的1/3倍，可使转化 率达到0.5。
CA0 CB0 0.02mol/ L
2 rA kCACB 5.6CA
根据：t
x Af kCA0 (1 x Af )
3 3
当VR 1m 和2 时： (反应时间与反应体积无关） 0.95 t 169.64(min) 5.6 0.02(1 0.95)
习题3-3解答
3
（3）两个CSTR串联
VR C A0 x A1 C A0 ( x A2 x A1 ) 根据 V0 rA1 rA2
m 1 m2
C A0 x A1 C A0 ( x A2 x A1 ) kCA0 (1 x A1 )C A0 x A1 kCA0 (1 x A2 )C A0 x A2 1 ( x A2 x A1 ) ; (1 x A1 ) (1 x A2 ) x A2
x A2 0.98 x A1 0.85
VR1 1 1 V0 kCA0 (1 x A1 ) 0.01 2 (1 0.85)
VR1 333.33V0 333.33 0.002 0.67(m )
3
VR 2VR1 2 0.67 1.34(m )
（2）单个CSTR
VR C A0 x Af 根据 V0 rA
C A0 x Af VR V0 kCA0 (1 x Af )[C A0 C A0 (1 x Af )] 1 2500( s) 0.01 2 (1 0.98)
(完整版)化学反应工程课后习题答案.
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%H2,33.33%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：
组分
摩尔分率yi0
摩尔数ni0(mol)
CH3OH
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
100.0
设甲醇的转化率为XA，甲醛的收率为YP，根据（1.3）和（1.5）式可得反应器出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数nA、nP和nc分别为：
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
M’m=∑yiMi=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)
20
30
40
50
60
70
试求当进口原料气体流量为50ml/min时CO的转化速率。
解：是一个流动反应器，其反应速率式可用（2.7）式来表示
化学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：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，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：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 CO 26.82 15.49 H 2 68.25 69.78 CO 2 1.46 0.82 CH 4 0.55 3.62 N 22.9210.29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。
化学反应工程教材课后习题答案-李绍芬-天津大学
0.76 6.1
0.125mol
/
l .h
由（2.6）式可知反应物的水解速率为
rA
dC A dt
0.125mol
/ l.h
2.2 在一管式反应器中常压 300℃等温下进行甲烷化反应：
CO 3H2 CH4 H2O
催化剂体积为 10ml，原料气中 CO 的含量为 3%，其余为 N2,H2 气体，改变进口原料 气流量 Q0 进行实验，测得出口 CO 的转化率为：
0.65 0.04 0.34
1.79
故 CO 的转化速率为
C A0
PA0 RT
0.1013 0.03 8.314 103 573
6.38 104 mol / l
rA
C A0
dX A d (VR / Q0
)
6.38
104
1.79
1.14
103
mol
/
l . min
2.3 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：
解：利用（2.10）式及（2.28）式可求得问题的解。注意题中所给比表面的 单位换算成 m2/m3。
(1)kv bkw 1.13 103 0.0535 60.46kmol / m3 .h
(2)kg
b av
kw
b
b 30 103
kw
1.78 106kmol
/ m2.h
(3)k p
(
1 P
1绪 论
1.1 在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应：
2CH3OH O2 2HCHO 2H2O 2CH3OH 3O2 2CO2 4H2O
化学反应工程课后习题解答全解
min)
3-5 在等温全混流釜式反应器中进行下列液相反应：
A + B → P（目的）rP = 2cA [kmol/(m3.h)
2A → R
rR= 0.5cA [kmol/(m3.h)
cA0 = cB0 = 2kmol/m3.
试计算反应2h时A的转化率和产品P的收率。
解：A组分的总消耗速率
(-rA )= rP + 2rR = 2cA + cA = 3cA 将其代入CSTR设计方程
pA 1000 800 666.75 446.75 306.8 206.8 -dpA/dt 82.305 66.844 53.581 33.647 22.503 20.149
（4）对
rA
dpA dt
~
pA
分别取自然对数，得到数据如下表
pA 1000 800 666.75 446.75 306.8 206.8 -dpA/dt 82.305 66.844 53.581 33.647 22.503 20.149
nH2O 17.8082 x 2 y
Y x x 0.692,即 nC0H3OH 27.3979
x 18.961
又nCH3OH
27.3979 x
y
n0 CH3OH
(1
xCH3OH
)
7.6714
y (27.397918.961 7.6714) 0.768
rA k1cAcB k2cRcS 7cAcB 3cRcS
7cB0 (1 xB )(cA0 cB0 xB ) 3(cB0 xB )2
只能指定B的转化率为75%，计算空间时间
VR cB0 xBf
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。
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 0.0510.0420.0360.0320.028 0.020用积分法求此反应的动力学方程式。
《化学反应工程》课后习题答案
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50
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70
试求当进口原料气体流量为50ml/min时CO的转化速率。
解：是一个流动反应器，其反应速率式可用（2.7）式来表示
故反应速率可表示为：
用XA～VR/Q0作图，过VR/Q0=0.20min的点作切线，即得该条件下的dXA/d(VR/Q0)值α。
VR/Q0min
0.12
0.148
（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
(4)O点速率最大，B点速率最小H点速率最大，B点速率最小
(5)R点速率大于C点速率C点速率大于R点速率
(6)M点速率最大根据等速线的走向来判断H,M点的速率大小。
2.7在进行一氧化碳变换反应动力学研究中，采用B106催化剂进行试验，测得正反应活化能为 ,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℃时的速率大多少倍？
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：
1001042b9554a联立ab两个方程解之得a2691kmolhb7852kgh反应后产物中co摩尔流量为fco01549a938b281000将求得的ab值代入得fco4431kmolhco的全程转化率为co0cococo0268244352682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co01000268272100015491384kmolh所以co的单程转化率为co0cococo0268244351384产物粗甲醇所溶解的co2coh2ch4和n2总量982938176214538b002848bkmolh1000粗甲醇中甲醇的量为bdx甲mm7852002848b08915322125kmolh所以甲醇的全程收率为y总212526827924甲醇的单程收率为y单212513841536反应动力学基础21在一体积为4l的恒容反应器中进行a的水解反应反应前的含量为1223重量混合物的密度为1gml反应物a的分子量为88
《化学反应工程》课后习题答案
5.16 9.7xA2 4.35 xA22 0
xA2 0.88
（4）两个0.25m3的PFR 串联
VR V0
CA0
dx xA1
A
0 k CA21
CA0
dx xA2
A
k C xA1
2 A2
0.25 7.14 10 3
35 min
xA1 dxA xA2 dxA 4.35
35kCA0
3517.4106 7.14103 4.35
4.35 9.7xA1 4.35 xA21 0; xA1 0.62
xA2 0.62 (1 xA2 )2
4.35
4.97 9.7xA2 4.35 xA22 0
xA2 0.80
（2）一个0.25m3的CSTR，后接一个0.25m3的PFR
(1 xAfp )
（2）CSTR k xAfc
(1 xAfc )
（1） （2）
操作条件不变，等体积反应器，则
k xAfc ln 1 ln 1 2.303
(1 xAfc ) (1 xAfp ) (1 0.9)
xAfc
2.303 3.303
0.697
习题3-4解答
3-7 已知： A P rA kCACP ; CP0 0 k 10 2 m3 /(kmol s); V0 0.002 m3 / s
CA0 2kmol / m3; 问xA 0.98时，
下列各种情况下的反应体积。
解： （1）单个PFR
根据
VR V0
CA0
xA dxA 0 rA
VR2 331 .63(s); V0
《化学反应工程》课后习题答案
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
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。
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
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。在等温常压下不断取样分析，测的组分A的浓度随时间变化的数据如下：
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，改变进口原料气流量Q0进行实验，测得出口CO的转化率为：
化学反应工程原理第二版课后练习题含答案
化学反应工程原理第二版课后练习题含答案第一章：化学反应及其动力学1.1 选择题1.在一个二级反应中，反应物消耗的速率是：A. 指数级B. 线性级C. 平方级D. 无法确定答案：A2.在实验室里，观察到以下两个过程：I、反应物浓度显著降低时，反应速率也随之降低；II、加热环境下反应速率明显提高。
从以上两个过程可以推断：A. 反应是随机过程，和反应物数量无关B. 反应是由反应物占据的活性中心引发，活性中心数量随反应物浓度升高而增多C. 反应是由温度升高引起反应物动能升高而加快反应速率D. 反应是由催化剂引发的，加热可提高催化剂效率答案：C1.2 填空题1.在单级分步反应中，反应速率方程为 r=kC_A^m C_B^n ，其中，m+n=……答案：22.在第一级反应中，半衰期的定义为反应物浓度减少到初值的……答案：一半1.3 计算题1.在气相反应 A+B=C 中，当初浓度均为 2mol/L 时，反应速率为0.1mol/L*s，求 5s 后反应物含量（假设反应一级）。
答案：k = r/C_A = r/2 = 0.1/2 = 0.05kt = 0.05 5 = 0.25C_A = C_A0 * e^{-kt} = 2 * e^{-0.25} = 1.22mol/LC_B = C_B0 * e^{-kt} = 2 * e^{-0.25} = 1.22mol/LC_C = C_C0 + (C_A0-C_A) = 2 + (2-1.22) = 2.78mol/L2.在二级反应A+B→C 中，初时只有 A，它以 0.1mol/L的浓度存在；目标是 10min 之后浓度为 0.05mol/L。
反应速率常数为 0.0002L/mol∙min，计算 B 的增长者代表反应物的摩尔量。
答案：k = r/(C_AC_B)r = kC_AC_BdC_A/dt = -r = -kC_AC_BdC_B/dt = -r = -kC_AC_BC_A(t) = C_A0/(1+C_A0C_B0kt)C_B(t) = C_B0/(1+C_A0C_B0kt)10min = 600sC_A(600s) = 0.05mol/L = 0.1mol/L/(1+0.1mol/LC_B00.0002L/mol∙min600s)0.1mol/LC_B00.0002L/mol∙min600s = 1C_B0 = 5mol/L反应物摩尔量 = C_B0t = 5mol/L*600s = 3000mol。
《化学反应工程》(朱炳辰)课后习题答案
rA
=
0.8C
1A.5C
0.5 B
mol
/l
⋅ min
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
rA
=
0.8C
A1.5C
0.5 B
成反应速率式为：
r = k1 pN2
p1.5 H2
p
NH
− 3��
k
2
pNH 3
p1.5 H2
kmol
/
m
3
⋅
h
逆 反 应 的 活 化 能 E = 17.58 × 104 J / mol 。 450 ℃ 时
k2
=
2277m 3 ( MPa )0.5
/
m3
⋅
h ，且 k1
/
k2
=
K
2 P
，490℃时，Kp
α
=
0.65 − 0.04 0.34
=
1.79
故 CO 的转化速率为
C A0
=
PA0 RT
=
0.1013 × 0.03 8.314 × 10−3 × 573
= 6.38 × 10−4 mol / l
rA
=
C
A0
dX A d (VR / Q0
)
=
6.38
× 10−4
×
1.79
=
1.14
Hale Waihona Puke ×10−3 mol
故 CO 的全程转化率为
反应工程课后习题参考答案
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）反应的选择性；（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），当进入反应器的总原料量为100mol 时，则反应器的进料组成为2由甲醇的转化率达72%2y x +=72%; 4.27x=69.2% 解得x=18.96; y=0.77 所以，反应器出口气体组成为： CH 3OH:%100221004.27⨯++--y x yx =6.983%空气：%1002210023279.54⨯++--y x y x =40.19% 水： %10022100281.17⨯++++y x y x =34.87%HCHO: %10022100⨯++y x x=17.26%CO 2: %10022100⨯++y x y=0.6983%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放空气体 Akmol/h原料气和冷凝分离后的气体组成如下：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 21.460.82CH40.55 3.62N22.92 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。
反应工程课后详细答案
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 ∝0.1 0.08 0.0625 0.051 0.042 0.036 0.032 0.028 0.020分压p A/MPa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,ν=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0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=0.307mol/L，测得二级反应速率常数k=61.5×10-2L/（mol·h）,计算当C B0/C AO=1和5时，转化率分别为0.5,0.9,0.99所需要的反应时间，并对计算结果加以讨论。
反应工程课后答案解析
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,后，转化掉90 %，求表达此反应的动力学方程式。
kt丄一 C AO 1(kCA0)8min(kC Ao ) 18min假设正确，dC A "dTX AX A1 0.8 8 1 0.81 0.918 1 0.9动力学方程根据一级可逆反应积分式中系统总压p t 及组分A 的分压均为变量，试推导 — f ( P A )的表达式。
dt3、在间歇反应器中有一级液相可逆反应A P ,初始反应时C A0=0.5mol/L, C PO =O解:反应8min 后，A 的转化率为 式。
dC A dtk1C Ak2C pK —C Ae C AO (1C A0xAeX Ae ) 1/3 ，而平衡转化率是 2/3， 求此反应的动力学方程k i反应物转化掉 80 %，经过18minkc A1 2 1 2为X Ae t ——lnk 1 k 2 X AeX A1 k 1 k 22 In-^ 1 • 3k ik2ln280.08664min 1k 1 0.05776 min k 2 0.02888 mindC A dt0.05776C A 0.02888C P5、恒温恒容的气相反应 A 73P ,其动力学方程为(「A )1 dri A V dtn Ak丁，在反应过程dP tP t即 dP t"dT P A 3( P AOP t 2P A dp AP A ) P AO解：（「A ） (rA)2 dt 1 dn A v dt dC A n A dP t得dt 8、纯气相组分 数据, dt k 巴 RT 2kp A 时间/min分压 P A /M PakV1 dp A RT^dT1 dp A 1 dp t 2RT dt 2RT dtA 在一等温等容间歇反应器中按计量式 A 0.1 0.0 0.062 0.051 0.042 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之答禄夫天创作时间：二O二一年七月二十九日1、有一反应在间歇反应器中进行,经过8min后,反应物转化失落80％,经过18min后,转化失落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CA0=0.5mol/L,CP0=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pt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 ∝0.1 0.08 0.0625 0.051 0.042 0.036 0.032 0.028 0.020分压pA/MPa用积分法求此反应的动力学方程式.解：由于那时,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到达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几多？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：CA/mol/L 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1.0 1.3 2.0 (-rA)/mol/(L.min) 0.1 0.3 0.5 0.6 0.5 0.25 0.10 0.06 0.05 0.045 0.042 （1）若CA0=1.3mol/L,,则反应时间为几多？（2）若反应移至平推流反应器中进行,C=.5mol/L,FA0=1000mol/h,求xA0=0.30时所需反应器的年夜小.（3）当CA0=1.2mol/l,FA0=1000mol/h ,xA=0.75时,求所需全混流釜式反应器年夜小.解：由表作出曲线（1）0.1 0.2 0.3 0.4 05 0.6 0.7 0.8 1.0 1.3 2.00.1 0.3 0.5 0.6 0.5 0.25 0.1 0.06 0.05 0.045 0.04210 3.33 2 1.67 2 4 10 16.67 20 22.22 23.8（2）5、丙烷裂解为乙烯的反应可暗示为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.若系统坚持恒压p=0.1MPa,ν0=0.8m3/h(772℃,0.1MPa),求当xA=0.5时,所需平推流反应器的体积年夜小.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,反应温度应如何变动?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课件谜底rA????；k=9.92×10-3[m3/kmol·s]；CAO=0.1[kmol/m3]；CBO=0.08[kmol/m3]；xA=0.95；t/=1[h]；每天处置300kg环戊二烯.求：反应器有效容积？； (-rA)==[h]V=3、在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应：CH3COOC2H5+NaOH→CH3COONa+C2H5OH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.要求最终转化率到达95%. 试问：（1）当反应器的反应体积为1m3时,需要多长的反应时间？（2）若反应器的反应体积为2m3时,所需的反应时间又是几多？解：（1）t=CA0∫0XAfdXA/(-RA)=CA0∫0XAfdXA/[k2A0C2A0(1-XA)2]=1/(kCA0) ×XA/(1-XA) =1/(5.6×0.02)×0.95/(1-0.95)=169.6min（2.83h）（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.4、平推流反应器中进行二级反应,当进料初浓度从30％降到4％,若要求反应结果的残余浓度维持在0.1%,问进料流率应作如何调整？5、。
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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）反应的选择性；（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），当进入反应器的总原料量为100mol 时，则反应器的进料组成为2由甲醇的转化率达72%2y x +=72%; 4.27x=69.2% 解得x=18.96; y=0.77 所以，反应器出口气体组成为： CH 3OH:%100221004.27⨯++--y x yx =6.983%空气：%1002210023279.54⨯++--y x y x =40.19% 水： %10022100281.17⨯++++y x y x =34.87%HCHO: %10022100⨯++y x x=17.26%CO 2: %10022100⨯++y x y=0.6983%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放空气体 Akmol/h原料气和冷凝分离后的气体组成如下：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 21.460.82CH40.55 3.62N22.92 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,H21.76g,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）一氧化碳的单程转换率和全程转化率；（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：其中xi =yi 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：M’m=∑yiMi=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CO,0CO CO CO,0F F 26.82 4.435X 83.48%F 26.82--===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CO,0CO 'COCO,0F F 26.82 4.435X 16.18%F 138.4--===产物粗甲醇所溶解的CO 2、CO 、H 2、CH 4和N 2总量D 为(9.829.38 1.76 2.14 5.38)BD 0.02848Bkmol /h1000++++==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2.3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：20.850.4/-=⋅w CO CO r k y y kmol kg h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 等于0.0535kmol/kg.h 。
如催化剂的比表面积为30m 2/g ，堆密度为1.13g/cm 3，试计算：（1）以反应体积为基准的速率常数k V 。
（2）以反应相界面积为基准的速率常数k g 。
（3）以分压表示反应物系组成时的速率常数k g 。
（4）以摩尔浓度表示反应物系组成时的速率常数k C 。
解：利用（2.10）式及（2.27）式可求得问题的解。
注意题中所给比表面的单位换算成m 2/m 3。
33230.450.45330.45(1) 1.13100.053560.46/.6(2) 1.7810/.301011(3)()()0.05350.15080.1013..()8.3110700(4)()(0.05350.333(0.1）ρρρρ-==⨯⨯=-===⨯⨯⨯==⨯=⨯⨯==⨯=v b w bbg w wvb n p w nc w k k kmol m h k k k kmol m h a kmol k k P kg h MPa m RT k k P km 0.45)().kmol ol kg h2.6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）是可逆反应还是不可逆反应？ （2）是放热反应还是吸热反应？（3）在等温线上，A,D,O,E,M 点中哪一点速率最大，哪一点速率最小？ （4）在等转化率线上，H,C,R,O,F 及B 点中，哪一点速率最大，哪一点速率最小？（5） C,R 两点中，谁的速率大？（6）根据图中所给的十点中，判断哪一点速率最大？ 解： 图2.1(1)可逆反应，因为存在平衡线(2)放热反应，因为随反应温度升高，平衡转化率下降(3)M 点速率最大，A 点速率最小，温度一定时，随着转化率增大，反应速率增大(4)O 点速率最大，B 点速率最小，转化率一定时，距离最佳温度线最近的点反应速率最大，B 点在平衡线上，反应速率为零。
(5)R 点速率大于C 点速率，R 点比C 点离平衡线近(6)M 点速率最大。
等转化率线上，O 点速率最大；等温线上，M 点速率最大。
而M 点速率大于O 点速率，所以十点中M 点速率最大。
图2.2(1)可逆反应。
因为存在平衡线(2)吸热反应，因为随反应温度升高，平衡转化率增加(3)M 点速率最大，A 点速率最小。
温度一定时，随着转化率增大，反应速率增大(4)H 点速率最大，B 点速率最小，吸热反应，转化率一定时，反应速率随温度升高而增大(5)C 点速率大于R 点速率，吸热反应，转化率一定时，反应速率随温度升高而增大，C 点温度高于R 点(6)无法直接判断，需要根据等速线的走向来判断H,M 点的速率大小。
2.14在Pt 催化剂上进行异丙苯分解反应：65326636(）⇔+C H CH CH C H C H以A,B 及R 分别表示异丙苯，苯及丙烯，反应步骤如下：（1）σσ+⇔A A （2）σσ⇔+A B R （3）σσ⇔+B B若表面反应为速率控制步骤，试推导异丙苯分解的速率方程。
解：根据速率控制步骤及定态近似原理，除表面反应外，其它两步达到平衡，描述如下：θσσθθθ+⇔==A VA A A A VAp A A K K pσσθθ⇔+=-A A R B A B Rr k kpθσσθθθ⇔+==B VB B B B VBp B B K K p以表面反应速率方程来代表整个反应的速率方程：θθ=-A A R B r k kp由于1θθθ++=A B V 将,θθA B 代入上式得：1θθθ++=A A V B B V V K p K p整理得：11θ=++V A A B B K p K p将,,θθθA B V 代入速率方程中BB A A P R B A B B A A R B B A A A P K P K K P P P k P K P K P P K k P K k r ++-=++-=1)/(1其中/==AP A B k kK K kK kK2.15在银催化剂上进行乙烯氧化反应：2422422+→C H O C H O化作22()()2()+→A B R 其反应步骤可表示如下：（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骤，试推导其动力学方程。
解：根据速率控制步骤及定态近似原理，除表面反应步骤外，其余近似达到平衡，写出相应的覆盖率表达式：(1)σσθθ+⇔=A A A V A A K p2(2)22σσθ+⇔=B V B B(4)σσθθ⇔+=R R R V R R K p整个反应的速率方程以表面反应的速率方程来表示：θθθθ=-A A B R V r k k根据总覆盖率为1的原则，则有：1θθθθ+++=A B R V或1θθθ+++=A A V V R R V V K p K p整理得：θ=V将,,,θθθθA B R V 代入反应速率方程，得：22θθ=-=A A V R R Vk r kK p K p kp K 其中/==R k kK K K k kK3 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） 当反应器的反应体积为1m 3时，需要多长的反应时间？ （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===⨯---=⨯=⨯-⎰⎰AfAf X X A A AA A A A A A A AdX 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 。