化学反应工程第五版课后习题答案
化学反应工程习题第7章答案
第7章化学反应工程习题答案7-1 试述物理吸收与化学吸收的区别。
解：对于物理吸收过程*=A A A P H C 0 对于化学吸收过程**+=AA BA P P C C αα10,式中A KH =α，其中K 为化学平衡常数；0B C 为吸收剂中的活性组分浓度；0A C 是与A 组分分压*A P 平衡的气体浓度；A H -A 组分溶解度系数。
从以上两式可以看出物理吸收和化学吸收区别如下：1．物理吸收气体溶解度与气体压力呈正比关系，化学吸收呈渐近线关系，当分压较高时，气体溶解度趋近化学计量的极限，因此为了减低能耗，导致操作方式不同，压力较低宜采用化学吸收，压力较高宜采用物理吸收。
2．热效应不同，物理吸收热效应较小，每摩尔数千焦耳，而化学吸收可达数万焦耳。
导致吸收剂的再生方式不同，物理吸收过程吸收剂减压再生为主，化学吸收过程的吸收剂再生除减压外还需加热。
3．物理吸收选择性主要体现各种气体在溶解度系数的差异，而化学吸收取决于A KH =α，由于化学反应特定性，吸收选择性不同。
化学吸收选择性高于物理吸收。
7-2解释下列参数的物理意义：无因次准数M 、增大因子β及液相利用率η。
分别写出一级不可逆和二级不可逆反应无因次准数M 的计算式。
解：无因次准数M 的物理意义通过液膜传递速率液膜内的化学反应速率增大因子β的物理意义为速率单纯物理吸收时的传质过气液界面的传质速率液膜内有化学反应时通液相利用率η的物理意义为的反应速率液相均处于界面浓度下吸收速率对于一级不可逆反应211LAL L L k kD k k M ==δ对于二级不可逆反应22LBLAL k C k D M =7-3 纯二氧化碳与氢氧化钠水溶液进行反应，假定液相上方水蒸气分压可不计，试按双膜模型绘出气相及液相二氧化碳浓度分布示意图。
解：气模 液膜 P CO2,gP CO2,iC CO2,i C CO2,L7-4应用双模理论对下列情况分别绘出气相及液相中反应物及反应产物浓度分布示意图：（1）反应两种气体A、B被同一吸收剂S同时吸收，A的吸收是0=ALC的中速反应，B的吸收是1〈〈MaL慢；（2）反应两种气体A、B被同一吸收剂S同时吸收，A的吸收是气膜控制的瞬间反应，B的吸收是1〉〉MaL慢速反应。
化学反应工程第四章习题答案
3
=vt =0.86.187 =4.95(m)
°02-2
=°t E(t)dt -t
2G
2
= 47.25 -(6.187)=8.971
8.971
2
(6.187)
= 0.234
73. 某反应器用示踪法测其流量，
不可逆反应，此反应若在活塞流反应器中进行，转化率为 出口转化率。
据如下：
t(min)
0
5
10
15
20
25
30
35
G(g/i)
0
3
5
5
4
2
1
0
2 2试根据实验数据确定E(t)曲线的方差G和二二。 解：首先对实验数据进行一致性检验，此时应满足：
M80
CAdtCo100
0v00.8
5
CAdt [0-2(5-41)- 4(3 - 5 - 2 -0)]=100
03
•••实验数据的一致性检验是满足的。
03
72.有一管式反应装置经脉冲示踪法实验测得如下表所示的数:
V(0=0.8 m3/min;m=80kg；「.C0=80/0.8=100
t(分)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
3
CX (kg/m)
0
6.5
12.5
12.5
10
5.0
2.5
1.0
0
2 _ 2试根据表列数据确定该装置的有效容积V、平均停留时间t、方差匚t和二戈
，则表明混合〕
不均匀。
(1)
36.微观流体混合的混合态称为
《化学反应工程》第五版(朱炳辰)课后习题答案
第一章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A P出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数nA 、nP和nc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(nW ）、氧气（nO）和氮气(nN）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 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：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.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.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CO 2 9.82g,CO 9.38g,H 2 1.76g,CH 4 2。
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。
化学反应工程习题解答第五版
化学反应工程习题解答-第五版化学反应工程习题解答-第五版1.问题：对于以下反应方程式，请计算反应的平衡常数Kc值： 2A + 3B ⇌ C解答：反应的平衡常数Kc可以通过计算反应物和生成物的浓度之比得到。
根据方程式，反应物A和B的摩尔比为2：3，生成物C的摩尔比为1。
设反应物A和B的初始浓度分别为[A]0和[B]0，生成物C的初始浓度为[C]0。
在平衡状态下，反应物和生成物的浓度变化量为x，可以得到以下方程式： [A]0 - x = 2x [B]0 - 3x = 3x [C]0 + x = x解方程得到x = [A]0/5 = [B]0/10 = [C]0/11根据Kc定义，Kc = ([C]/[A]^2[B]^3) = (x/[A]0)^2 * (x/[B]0)^3 = ([A]0/5)^2 * ([A]0/10)^3 = [A]0^5/5000因此，反应的平衡常数Kc为[A]0^5/5000。
2.问题：对于以下反应方程式，请计算反应的平衡常数Kp值： 2A + B ⇌ 3C解答：反应的平衡常数Kp可以通过计算反应物和生成物的压力之比得到。
假设反应物A和B的初始压力分别为PA0和PB0，生成物C的初始压力为PC0。
在平衡状态下，反应物和生成物的压力变化量为x，可以得到以下方程式： PA0 - x = 2x PB0 - x = x PC0 + 3x = x解方程得到x = PA0/5 = PB0/3 = PC0/4根据Kp定义，Kp = (PC/PA^2PB) = (x/PA0)^3 * (x/PB0) = (PA0/5)^3 * (PA0/3) = PA0^4/375因此，反应的平衡常数Kp为PA0^4/375。
3.问题：在一定温度下，对于以下反应方程式，请计算反应的平衡常数Kc值： A + B ⇌ C + D已知在反应物和生成物的浓度分别为[A]0、[B]0、[C]0和[D]0的情况下，反应达到平衡时，反应物和生成物的浓度分别为[A]、[B]、[C]和[D]。
《化学反应工程》教材课后习题答案 李绍芬 天津大学
其中 xi=yiMi/∑yiMi。进料的平均摩尔质量 Mm=∑yiMi=10.42kg/kmol。 经冷凝分离后的气体组成（亦即放空气体的组成）如下：
组分 摩尔质量 摩尔分率 yi CO H2 CO2 CH4 N2 总计 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 对整个系统就所有物料作衡算得： 100×10.42=B+9.554A 联立（A） 、 （B）两个方程，解之得 A=26.91kmol/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 B=785.2kg/h (B) (A) 28 2 44 16 28 15.49 69.78 0.82 3.62 10.29 100
dX A dX A C A0 dVR d (VR / Q0 )
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 0.20 0.26 0.34 0.45 XA% 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0
FCO,0 FCO 26.82 4.435 16.18% FCO,0 138.4
产物粗甲醇所溶解的 CO2、CO、H2、CH4 和 N2 总量 D 为
D
(9.82 9.38 1.76 2.14 5.38)B 0.02848Bkmol / h 1000
化学反应工程第五版答案
化学反应工程第五版答案【篇一：化学反应工程第一章习题参考答案】txt>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）反应的选择性；（2）反应器出口气体的组成解一：（1）由（1-17）式得反应的选择性为：s???0.9611?96.11%x0.720（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设甲醇的转化率为ap醛和二氧化碳的摩尔数na、np和nc分别为： na=na0(1-xa)=7.672 molnp=na0yp=18.96 molnc=na0(xa-yp)=0.7672 mol结合上述反应的化学计量式，水（nw）、氧气（no）和氮气（nn）的摩尔数分别为：nw=nw0+np+2nc=38.30 molno=no0-1/2np-3/2nc=0.8788 molnn=nn0=43.28 mol解二：（1）根据定义：目的产物收率目的产物选择率y=消耗于主产物l上的关键组分a的量进入反应系统的a的初始量 s=消耗于主产物l上的关键组分a的量转化了的关键组分a的量反应物的转化率 xa＝转化了的关键组分a的量进入反应系统的a的初始量转化率、收率和选择率的关系y=xas已知：xch3oh= 72%yhcho = 69.2%s?则yhchoxch3oh?69.2%72%?96.11%（2）为方便计算，设进入反应器的甲醇的物质的量为2mol，则即反应后混合气体中：nch3oh = 2*(1-72%) =0.56molnhcho = 2*69.2%=1.384molnh2o =1.3+2*69.2%+2*(72%-69.2%)*4/2=2.796molnco2 = 2*(72%-69.2%)=0.056moln空气 = 4-2*69.2%*1/2-2*(72%-69.2%)*3/2=3.224mol(其中no2 = 4*21%-2*69.2%*1/2-2*(72%-69.2%)*3/2=0.064molnn2 = 4*79%=3.16mol）总物质的量为：nt = 0.56+3.224+1.384+2.796+0.056=8.02mol各组分组成为：ych3oh=0.56/8.02*100%=6.98%y空气= 3.224/8.02*100%=40.20%（其中yo2=0.80%,yn2=39.4%） yhcho=1.384/8.02*100%=17.26%yh2o=2.796/8.02*100%=34.86%yco2 = 0.056/8.02*100%=0.70%解：（1）?dnadna?kvrfa；??kwfa； dvrdwvr??b??bdvr?dw??dnadna????bkwfa dwdvr?b或者vr?sissdndna?p?w?i?pdvr?dw??a???i?p?kwfa dwsvsvdvrsvsi?psv即kvrsgsi??b?kw??p?kw?kw或 svsivr?sisdnadnasi?w?idvr?dw??????kwfa dwsgsgdvrsgsisgkvrsgsi??b?kw??p?kw?kw svsi（2）?dna?kwfa?kffa dw?kdnap?kcca?kca?cpa?kppa dwrgtrgtdnapyap?kcca?kc?kcya?kyya dwrgtrgt?对于理想气体，f接近于p，所以有kc?rgt?kp?rgt?kf?rgt?kw?rgtp?ky?dna?kwfa?kffa?kf?apa dwrgtp?ky kc?rgt?kp?rgt?kf?rgt?a?kw?1-6 有如下平行反应，0p为目的产物，各反应均为一级不可逆放热反应，反应活化能依次为e2e1e3，kj为j反应的指前因子，证明最佳温度top?e3?e2 k30(e3?e1)rln0k2(e1?e2)k1?k10e证明：?e1rte2rtncancanca0k2?k2e?k3?k30e因n相同，所以p的选择率 e?3rts??rprp?rs?rt1 1?s?trprp10k2k30(e1?e3)/rt(e1?e2)/rt1?0e?0ek1k1?令ds?0 dt所以0k30(e1?e3)/rtk2(e1?e2)/rtd(1?0e?0e)0k1k1k2e1?e2(e1?e2)/rtk3 0e1?e3(e1?e3)/rt???0e?0e?022dtk1rtk1rt1d()ds??dtdt0k2e1?e2(e1?e2)/rtk30e3?e1(e1?e3)/rte?0e整理，得022k1rtk1rtk30e3?e1e(e1?e2)/rt?0 (e1?e3)/rtk2e1?e2et?即ope3?e2k30(e3?e1) rln0k2(e1?e2)【篇二：化学反应工程作业答案】解： a?b?c?dra?k?c设a的转化率为xa，b的转化率为xb a?cbxa?na0?na??nanb0?nb??nb??xb? na0na0nb0nb0∵na0?nb0 ， ?na??nb ，∴ca?cb xaft=ca0?0dxa=ca0raxaf?011dxak=-=169.6 min2kc(1?x)ck?caa0afa0t与反应体积无关。
化学反应工程习题及答案
题目：全混流连续操作反应器，反应器内温度、浓度处处均匀一致，故所有物料粒子在反应器内的停留时间相同。
正确答案：错题目：相同条件下，分别用下列反应器处理物料，比较反应器有效容积的大小。
①单段全混流反应器（V R1）②四个体积相同的全混流反应器串联（V R2）③两个体积相同的全混流反应器串联（V R3）④平推流反应器（V R4）则（V R4）＞（V R2）＞（V R3）＞（V R1）正确答案：错题目：设备放大，造成微元停留时间分布和返混程度改变，放大时反应结果恶化。
正确答案：对题目：生产能力是相同条件下，单位时间、单位反应器体积所能获得的（产物量），或完成相同生产任务，所需反应器的（体积）。
题目：化工生产中应用于均相反应过程的化学反应器主要有（釜式）反应器和（管式）反应器。
题目：釜式反应器的基本结构主要包括反应器（壳体）、（搅拌器）、（密封装置）和（换热装置）等。
题目：手孔或人孔的安设是为了检查（内部空间）以及安装和拆卸设备（内部构件）。
题目：釜式反应器中夹套式换热器适用于传热面积（较小），传热介质压力（较低）的情况。
题目：基元反应的级数即为化学反应式的（计量系数），对非基元反应的级数通过（实验）确定。
题目：单一反应利用（转化率）可以确定反应物转化量与产物生成量之间的关系。
题目：间歇反应，只要C ＡＯ相同，无论处理量多少，达一定（转化率）每批所需的（反应时间）相同。
题目：对同一反应在相同条件下，达到相同转化率，全混釜反应器所需有效体积（最大），平推流反应器所需有效体积（最小），多釜串联全混釜所需有效体积（介于其间）。
题目：一级不可逆反应，其反应速率方程为（－r A =kC A a ）,反应时间与转化率的关系为（kt )x 11ln(A =-）。
题目：复合反应动力学为由两个以上（化学反应计量式）或（动力学方程式）表示的化学反应过程。
题目：间歇釜式反应器有效体积不但与（反应时间）有关，还与（非生产时间）有关。
《化学反应工程》(朱炳辰-第五版)第五章部分课后习题答案
a
+ 1 .7 5 = 3 9 .0 7ψ
a
,将 此 式 变 为 :
− 1 . 7 5ψ
a
a
− 8 .7 7 8 = 0
解 此 方 程 得 :ψ
= 0 .4 9 6 9
5-8 由直径为 3mm 的多孔球形催化剂组成的等温固定床,在其中进行一级不可逆反应,基于催化剂颗粒体积 -1 2 计算的反应速率常数为 0.8s ,有效扩散系数为 0.013cm /s,当床层高度为 2m 时,可达到所要求的转化率.为 了减小床层的压力降,改用直径为 6mm 的球形催化剂,其余条件均不变,,流体在床层中流动均为层流,试计
−3
查 ” 无 机 化 工 反 应 工 程 ”P108 图 4-1 得 ε =0.45, 混 合 气 的 物 性 数 据 按 空 气 计 算 误 差 不 大 ,733K 下 , ρ =0.4832kg/m3,μ=0.034 厘泊=3.4×10-5Pa.s,因此有:
f =
150 µ (1 − ε ) 1 5 0 × 3 .4 × 1 0 −5 (1 − 0 .4 5 ) + 1 .7 5 = 1 5 0 × + 1 .7 5 = + 1 .7 5 Re d pu0ρ 6 .0 0 5 × 1 0 −3 ( 2 1 .7 5 A −1 ) × 0 .4 8 3 2
(1 )
f =
∴
150 1− ε = 150 × µ Re d pu0 ρ
p2
f1 = d f2
/d
p1
(2)
(1),(2)式联立:
L1d p 2 d p 2 L ⎛ d p2 ∆ p1 = = 1 ⎜ ∆ p2 L 2d p1d p1 L2 ⎜ ⎝ d p1
化学反应工程习题答案
• K0=1641236.4 (1/h)
习题2.7
• 乙醇同乙酸在盐酸水溶液中的可逆酯化反应 CH3COOH+C2H5OH=H2O+CH3COOC2H5,实验测得 100℃时的反应速率常数为: rA=k1CACB-k2CpCs k1=4.76×10-4 m3/(min· kmol) k2=1.63×10-4 m3/(min· kmol) 今有一反应器,充满0.3785m3水溶液,其中含CH3COOH90.8kg, 含C2H5OH181.6kg,所用盐酸浓度相同,假定在反应器中的水 分不蒸发,物料密度恒定为1043kg/m3,求: (1) 反应120min后, CH3COOH转化酯的转化率; (2) 忽略逆反应影响,反应120min后,乙醇的转化率; (3)平衡转化率
习题 2.1
• 如果该题目改为:人对反应的水份不产生影响.且不 给出CO2的出口浓度,则:
20.96(1 x) 100% 16.1% 20.96(1 x) 79 0.04 20.96 x 20.96 x
1
CB 0 C A 0
(1 x ) C B0
• x=0.418 乙醇转化率: (CB0-CA0x)/CB0=0.839 • (3) 平衡转化率
rA k1C A0 (1 x)(CB 0 C A0 x) k2 (C p 0 C A0 x)C A0 x 0
• xe=0.5465
• 知识点:化学反应速率常数
习题2.6
• 有一反应,已知下列速率常数:
温度/℃ k/(1/h) 58.1 0.117 77.9 0.296
• 求该反应的活化能和指前因子
习题2.6
• 知识点:活化能、指前因子、Arrhenius方程
反应工程课后答案完整版.
1绪论1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应：2CH 3OH + O 2^2HCHO + 2H 3O 2CH 3OH + 3O :^2CO 2+4H 2O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：s= Y = W9 = 09611=96 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）， 进入反应器的总原料量为100mol 时，则反应器的进料组成为•A Y p 1.3 1.5 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 +2 n c =38.30 moln o =n 。
0-1/2 n p -3/2 n c =0.8788 mol n N =n N0=43.28 mol2反应动力学基础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）式可知二-叭二町5（1_兀）］呜A a at皿砒代入速率方程式5才曲（1一窃化简整理得积分得解得 X A=82.76%。
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。
化学反应工程课后习题答案 吴元欣
在“化工原理”课程中，“气体吸收”一章主
要讨论以液体吸收气体混合物中的有用物质，以制 取产品和除去其中有害的物质，其基本原理是利用 目的组分在溶剂中不同的物理溶解度，而与气体混 合物分离，称为物理吸收，所采用的设备主要是填 料吸收塔。
以溶剂中活性组分与目的组分产生化学反应而
增大溶解度和吸收速率的过程，称为化学吸收，“ 化工原理”课程只做了简要阐述。
Ei 是亨利系数。
第一节 气-液反应平衡
若气相为理想气体的混合物，即 i 1 ，则低
压下的气－液平衡关系为 pi p yi Ei xi
如果不是稀溶液，则还应引入活度和活度因 子，可参见其它专著。
亨利定律也可用容积摩尔浓度ci来表示，则
ci Hi fig
第一节 气-液反应平衡
在低压下则为 ci Hi pi
有机物加氢 烯烃加氢；脂肪酸酯加氢
其他有机反应 甲醇羟基化为醋酸；异丁烯被硫酸所吸收；烯烃在有机溶剂中聚合。
气体的吸收 合成产物
SO3被硫酸所吸收；NO2被稀硝酸所吸收；CO2和H2S被碱性溶液所吸收 。
CO2与液氨合成尿素；CO2与氨水生成碳铵；CO2与含NH3的盐水生成 NaHCO3和NH4Cl
DD的斜率大于 DE 的斜率(以绝对值而言)，这表明液膜 中进行的化学反应将使吸收速率较纯物理吸收大为 增加，若以 表 示吸收速率增强因子，则
DD的斜率 DE的斜率
1
第二节 气-液反应历程
如果化学反应进行得很快，则被吸收组分浓度 在液膜中的变化曲线将变得更向下弯曲一些，此时 增强因子将会提高；反之，化学反应进行得慢，浓 度曲线将更直一些，增强因子将会降低。
f* A(g )
cA* HA
《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》(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
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。
化学反应工程习题解答 第五版
习题１－１：银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应：2CH3OH+O2→2HCHO+2H2O2CH3OH+3O2→2CO2+4H2O进入反应器的原料中，甲醇：空气：水蒸气＝2：4：1.3。
反应后甲醇转化率为72％，甲醛的收率为69.2％。
试计算：（１）选择率；（２）出口组成。
解：（１）69.2%96.1%72%YSx===(2)设原料中甲醇、空气、水蒸气的物质的量分别是2mol、4mol和1.3mol. 则生成甲醛所耗的甲醇的物质的量为2×0.692=1.384mol副反应消耗的甲醇为:2×0.72-1.384=0.056mol由反应计量方程式可知:n（H2O）=1.3+1.384+2×0.056=2.796（mol）n（CO2）=0.056mol ;n(HCHO)=1.384moln(CH3OH)=2×(1-0.72)=0.56（mol）n(O2)=4×0.21-1.384×0.5-0.056×1.5=0.064（mol）n(N2等)=4×0.79=3.16（mol）则总的物质量为n= 0.56+0.064+1.384+2.796+0.056＋3.16=8.02（mol）y(CH3OH) =0.56/8.02=6.98%y(O2) =0.064/8.02=0.80%y(HCHO) =1.384/8.02=17.26%y(H2O) =2.796/8.02=34.86%y(CO2) =0.056/8.02=0.70%y(N2) = 3.16/8.02=39.40%习题1—６：丁烯制丁二烯48462C H C H H +，已知反应的步骤为4848484624646()()()()()()()()()A C H C HBC H C H H C C H C H +++ （１）请分别导出（A ）（C ）为控制步骤的均匀吸附动力学方程。
化学反应工程习题及答案
答案：在一般情况下，对低黏性均相液体混合，可选用任何形式的搅拌器；对非均相液体分散混合，选用 旋桨式、涡轮式搅拌器为好；在有固体悬浮物存在，固液密度差较大时，选用涡轮式搅拌器，固液密度差 较小时，选用桨式搅拌器；对于物料黏性很大的液体混合，可选用锚式搅拌器。 答案关键词：低黏性，非均相液体，固体悬浮物，密度差，黏性很大
xA
k1= k2
xA
=
x A1
t1cA0 1 x A t2cA0 1 xA
50%
75%
5 cA0 1 50% = t2 cA0 1 75%
t2 =15min
t
' 2
=t2
t1 =15-5=10min
计算的最后结果数字： 10min
题目编号： 0103 第 1 章 2 节 页码
题目编号： 0108 第 1 章 1 节 页码
难度系数： A (A B C 三级，A 简单，C 最难)
题目：试述釜式反应器的适用范围及特点？ 答案：主要应用于液-液均相反应过程，在气-液、液-液非均相反应过程也有应用。既可适用于间歇操作过 程，又可单釜或多釜串联适用于连续操作过程，而以在间歇生产过程中应用最多。它具有温度和压力范围 宽、适应性强，操作弹性大，连续操作时温度、浓度容易控制，产品质量均一等特点。但若应用在需要较 高转化率的工艺要求时，却有需要较大容积的缺点。通常在操作条件比较缓和的情况下操作，如常压、温 度较低且低于物料沸点时，应用此类反应器最为普遍。 答案关键词：液-液均相反应，非均相反应，间歇，连续，适应性强，操作弹性大，浓度容易控制，质量 均一
反应器和全混流反应器所需有效体积之比。反应级数越高，容积效率越低；转化率越高，容积效率越低。
《化学反应工程》(第五版)第二、第三章部分课后习题答案
2-13 乙烯直接水合制乙醇可视为对乙烯的一级不可逆反应， 300 7.09M 在300 ℃ 、7.09MPa下，k=0.09s-1,Deff=7.04 10-4cm2/s，采用直 =7.04×10 5 径与高均为5mm的圆柱形催化剂，求内扩散有效因子。 解： 由已知条件：
T = 300 + 273.15 K = 573.15 K ; P = 7.09 MPa; kVC = 0.09 s −1 ; Deff = 7.04 × 10 − 4 cm 2 / s
P
∗ C4 H 8
⇒P
∗ C4 H 8
=
PC4 H6 PH 2 KP
−5
ka = ，并令ka = k，可得： kd
rC4 H8＝
k pC4 H8－pC4 H6 pH 2 / K p） （
1＋bC4 H（pC4 H6 pH 2 / K p）＋bC4 H6 pC4 H6 8
（1）C为控制步骤
n
rC4 H6＝kdθC4 H6 − ka pC4 H6 (1 − ∑θi ) − − − 1
2-12 用空气在常压下烧去催化剂上的积碳，催化剂颗粒直径为 e 1molO 5nm 5nm，颗粒有效导热系数λe=0.35J/(m.s.K),每燃烧1molO2放出 5.4 760 热量5.4 108J，燃烧温度760 ,时，氧在催化剂颗粒内的有效 5.4×10 760℃, 5 10 扩散系数为5×10-7cm2/s /s。试估计定态下，催化剂颗粒表面与中 心的最大温差。 解： 由已知条件：
θ 0.50 1 = DNH 3e = × = 2.54 × 10−4 cm 2 / s δ 2.5 787.32
2-11 求下述情况下，催化剂孔道中的CO的有效扩散系数。已知 气体混合物中各组分的摩尔分数：yH2O=0.50 yCO=0.1 =0.50， =0.1， 400 0.709MPa yCO2=0.06 yN2=0.24; =0.06， =0.24;温度400 400℃，压力0.709MPa 0.709MPa。催化剂平均 10nm 0.50 2.06 直径10nm 10nm，孔隙率0.50 0.50，曲折因子2.06 2.06。 解： d = 2ra = 10 nm = 10 −9 m ⇒ ra = 5 × 10 −9 m = 5 × 10 −7 cm
《化学反应工程》(第五版)第三章课后习题答案 (经典)汇编
0.004L
/
min
V01
V02
V0 2
0.5 0.004
2mL / min
习题3-6解答
已知： rA kCA2; k 17.4ml /(mol min) 0.75g / ml; V0 7.14 L / min;
CA0 7.14mol / L; 试求下列方案的转化率。
解： （1）串联两个体积0.25m3的CSTR
0.78(h)
当xA 0.9时，
1
5 0.9
t2 4 0.615 0.307 ln 5 (1 0.9) 2.79(h)
当xA 0.99时，
1
5 0.99
t2 4 0.615 0.307 ln 5 (1 0.99) 5.81(h)
分析：等当量配料，随转化率提高，反应时间迅速增长； 若采用过量组分配料，随转化率提高，反应时间增长放慢。
2
L+ B
M
r1 k1CACB r2 k2CLCB
CA0 0.1kmol / m3 B大量过量，
t
cA
cM
t1
0.055
0.038
t2
0.01
0.042
(1) k2 ? k1
(2)BSTR : CL,max ? (3)xA ?
【分析与解答】
液相反应，前后体积不变；由此可确定L浓度。
B组分大大过量，近似为一级反应；由此可简化速率方程。
结果为：
r1 k1CACB k1CA;
r2 k2CLCB k2CL
t
cA
cL
t1
0.055 0.007
t2
0.01
0.048
解：（1）由于是间歇反应器，所以
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第一章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：（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：（2）进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：（摩尔比），当A P醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数nA 、nP和nc分别为：nA =nA0(1-XA)= molnP =nA0YP= molnC =nA0(XA-YP)= mol结合上述反应的化学计量式，水（nW ）、氧气（nO）和氮气（nN）的摩尔数分别为：nW =nW0+nP+2nC= molnO =nO0-1/2nP-3/2nC= molnN =nN0= 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：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 H 2 CO 2 CH 4 N 2粗甲醇的组成为CH 3OH %,(CH 3)2O %,C 3H 9OH %,H 2O %,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CO 2 ,CO ,H 2 ,CH 4 ,。
若循环气与原料气之比为（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，计算进料原料其中xi =yi i i i m i iM’m =∑yiMi=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：28×1000+= (A)对整个系统就所有物料作衡算得：100×=B+ (B) 联立（A）、（B）两个方程，解之得A=h B=h反应后产物中CO摩尔流量为FCO=+(28×1000)将求得的A、B值代入得FCO= 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×+×100×= 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/Mm= ×32= kmol/h所以，甲醇的全程收率为Y总==%甲醇的单程收率为Y单==%2 反应动力学基础解：利用反应时间与组分A的浓度变化数据，作出C A～t的关系曲线，用镜面法求得t=时该点的切线，即为水解速率。
切线的斜率为由（）式可知反应物的水解速率为解：是一个流动反应器，其反应速率式可用（）式来表示故反应速率可表示为：用X A～V R/Q0作图，过V R故CO的转化速率为解：利用（）式及（）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。
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l，故可把反应速率式简化，得由（）式可知代入速率方程式化简整理得积分得解得X A=%。
解：题中给出450℃时的k2值，而反应是在490℃下，故首先要求出490℃时的k2值。
利用（）试，求出频率因子A:490℃的Kp值由题给公式计算出求k1值：求各组分的分压值：各组分的分率及分压值为反应速率为：解：图图（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。
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。
解：（1）求出转化率为80%时各组分的分压：以100mol（2）求与上述组成对应的平衡常数K P值：(3)求平衡温度Te(4)利用（）式求逆反应活化能值(5)利用（）式求最佳温度T OP解：反应物A的消耗速率应为两反应速率之和，即利用（）式积分之解：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）解得Y=（甲苯量）生成的二甲基苯量：×生成的甲烷量：×+=剩余的三甲基苯量：×（）=氢气含量为：20kmol故出口尾气组成为：三甲基苯%，氢气20%，二甲基苯%，甲烷%，甲基苯%。
（2）（2）由题给条件可知，三甲基苯的出口浓度为：解：（1）恒容过程，其反应式可表示为：反应速率式表示为：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化，是个变容过程，由（）式可求得总摩尔数的变化。
由于反应物是纯A，故有：y A0=1。
由（）式可求得组分的瞬间浓度：乙醇的生成速率为：解：（1）由题意可将反应速率表示为：对于恒容过程，则有当X A0=时（2）对于恒压过程，是个变容反应过程，由（）式可求得总摩尔数的变化反应物A的原始分率：由（）式可求得转化率为80%时的浓度：解：方法（1），先求出总摩尔变化数。
首先将产物的生成速率变为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，总摩尔变化数为：初始浓度为：则有方法（2），可将C A表示为：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,因而可求出产物R及S的收率y R,y S,求得A转化率为85%时的分率：其中：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：以表面反应速率方程来代表整个反应的速率方程：由于将代入上式得：整理得：将代入速率方程中其中解：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：整个反应的速率方程以表面反应的速率方程来表示：根据总覆盖率为1的原则，则有：或整理得：将代入反应速率方程，得：其中解：根据题意，假设反应步骤如下：并假设第二步是控制步骤，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，有：将代入速率式，得：式中。
故上述假定与题意符合。
但上述假定的反应步骤不是唯一的。
解：先用积分法求其动力学方程。
设为一级不可逆反应，其速率表达式为：积分得：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，为了准确可采用镜面法，求得A A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，反应速率常数值为k=。
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。
3 釜式反应器解：（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。
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：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。
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是48min。
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：解：(1)（由数值积分得出）(2)若A全部转化为R,即XA=,则由上面的积分式知，t→∝,这显然是不可能的。
解：(1)因为B过量，所以：恒容时：（A）(B)（B）式除以（A）式得：解此微分方程得：（C）将t1,CA,CC及t2,CA,CC数据代入（C）式化简得：解之得：(2)先求出最大转化率:(3)产物C的最大收率：产物C的最大浓度：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：(A)当时，（A）式变为 (B)当时，（A）式变为 (C)当时，（A）式变为 (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：(1)(2)(3)由题意知初始条件为：(4)联立求解此微分方程组可得：(5)(6)(7)式中，由如下式确定：(8)(9)现在可用上述结果对本题进行计算：（1）由（5）～（9）式得（2）当t→∝时，由（5）～（9）式得（3）此时为的情况，当t→∝时，由得：解：（1）由上式知，欲使S增加，需使CA 低，CB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。
（2）保证CA 低，CB高，故可用下图所示的多釜串联方式：（3）用半间歇反应器，若欲使CA 低，CB高，可以将B一次先加入反应器，然后滴加A.解：（1）苯酚浓度苯酚产量（2）全混流反应器苯酚产量（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，其原料处理量不变，但由于CAB 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。
解：（1）第二章题已求出t==(2)(3)若转化率仍为，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=,则有解之得：CA=所以：这说明在这种情况下转化率达不到95%。
（1）（5）对全混流反应器，若X=,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 的浓度随时间的变化关系，现列出如下的微分方程组：对A: （1）对R:（2）（3）在反应时间（t=,为方便起见取t ≈）内将 m3的A均速加入反应器内，故采用间歇釜操作时，原料为A与B的混合物，A的浓度为2kmol/ m3.现采用半间歇釜操作，且，故可算出原料A的浓度为：由于：代入（1），（2）式则得如下一阶非线性微分方程组：（4）（5）初始条件：t=0,CA =0,CR=0可用龙格---库塔法进行数值求解。