化学反应工程第五版课后习题答案
反应工程1,2章答案
若将A 的初始浓度均为3mol/h 若将A和B的初始浓度均为3mol/h 的原 料混合后进行反应，求反应4 min时 料混合后进行反应，求反应4 min时A的 转化率。 转化率。
习题2.4解题思路 习题2.4解题思路 2.4
习题2.1解题思路及答案 习题2.1解题思路及答案 2.1
利用反应时间与组分 的浓度变化数据， 先作出 ＣＡ～t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 rA=-dCA/dt求得水 解速率。 答案： 水解速率
习题２ 习题２.２
在一管式反应器中等温下进行甲烷化反应： 在一管式反应器中等温下进行甲烷化反应：
习题2.4答案 习题2.4答案 2.4
A的转化率 XA=82.76%
习题2.5 习题2.5
氨合成塔入口的气体组成为3.5％ 氨合成塔入口的气体组成为3.5％的 3.5 ,20.87％ ,62.6％ ,7.08％ NH3,20.87％的 N2,62.6％的 H2,7.08％ Ar,及5.89％ CH4。该塔是在30 的Ar,及5.89％的CH4。该塔是在30 MPa 压力下操作。 压力下操作。已知催化剂床层中某处的 温度为490℃ 反应气体中氨含量为10 490℃， 温度为490℃，反应气体中氨含量为10 ％（mol）。试计算该处的反应速率 mol）。试计算该处的反应速率。 ％（mol）。试计算该处的反应速率。 Fe催化剂上氨合成反应速率式为 催化剂上氨合成反应速率式为： 在Fe催化剂上氨合成反应速率式为：
习题1.1 习题1.1
在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应：
化学反应工程第一章习题参考答案
2010级第一章习题参考答案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：0.629YS0.961196.11%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A P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 mol解二：（1）根据定义：目的产物收率L AY=A消耗于主产物上的关键组分的量进入反应系统的的初始量目的产物选择率L AS=A消耗于主产物上的关键组分的量转化了的关键组分的量反应物的转化率AAAx转化了的关键组分的量＝进入反应系统的的初始量转化率、收率和选择率的关系Y=SAx已知：x CH3OH = 72% Y HCHO = 69.2%则%11.96%72%2.693===OHCHHCHOxYS（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：N CH3OH = 2*(1-72%) =0.56molN HCHO = 2*69.2%=1.384molN H2O =1.3+2*69.2%+2*(72%-69.2%)*4/2=2.796molN CO2 = 2*(72%-69.2%)=0.056molN 空气 = 4-2*69.2%*1/2-2*(72%-69.2%)*3/2=3.224mol(其中N O2 = 4*21%-2*69.2%*1/2-2*(72%-69.2%)*3/2=0.064molN N2 = 4*79%=3.16mol ）总物质的量为：N T = 0.56+3.224+1.384+2.796+0.056=8.02mol各组分组成为：y CH3OH =0.56/8.02*100%=6.98%y 空气 = 3.224/8.02*100%=40.20%（其中y O2=0.80%,y N2=39.4%）y HCHO =1.384/8.02*100%=17.26%y H2O =2.796/8.02*100%=34.86%y CO2 = 0.056/8.02*100%=0.70%1-5 某气-固一级不可逆催化反应，按单位质量催化剂表示的本征动力学方程为A w A f k dW dN =-，式中f A 为反应组分A 的逸度。
(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解答全解PPT教案
pA 0.0586t3 3.3119t2 82.305t 996.12
（3）对回归方程求导，得到微分方程
dpA 0.1758t2 6.6238t 82.305 dt
（4）由微分方程求各点的斜率，如下表
第78页/共94页
时间 0.0 2.5 5.0 10.0 15.0 20.0
/min
总压 1000 1400 1666 2106 2386 2586
/Pa
.5 .5 .4 .4
pA 1000 800 666. 446. 306. 206.
-（dp4A/）dt 对r8A 2.3ddptA66~.8pA
75 53.5
分7别5取自然8 对数，8 得到数据如下 33.6 22.5 20.1
pA 10500 84040 68616. 44476. 30036. 24096.
/min
总压 1000 1400 1666 2106 2386 2586
/Pa
【解】
（1）参照例2-.57将系.统5 总压.力4 转化.4为A
组分分压数
pA
pA0
P0 A
P
其中
A
31 2 1
pA
pA0
pA0 2
P
1.5 pA0
P 2
1500
0.5P
由此式可得到 A 组分分压随时间的变化数据见下表
因产物P的选择率为
S rP 2cA 2 0.6667 66.67% rP 2rR 3cA 3
所以产物P的收率为
YA S xA 0.66670.8571 0.5714 57.14%
第167页/共94页
3-9 A P T 555K, P 0.3MPa,
yA0 0.30, y惰0 0.65, FA0 6.3mol/ s,
化学反应工程 习题+1-1答案
解： c f L, D, , ,V , c0 , k
根据方程左右相等，则有：
L f g 3 a b 3c d e 3 f 3g 0 c d 0 d e g
假设 a,c,f 为已知数，则可求解其他参数如下：
a b a c f 1 c d c e c f 1 f g f 1
f 1
kc DL 0 VL
f 1
c kL 0 V
f 1
D L
f 1
代入原方程整理，得：
c c 0
L k D
a f 1
DV c0 kL V
mol a b M M L mol L L 3 3 3 L L LT T L
c d e f
L3 molT
g
mol La b3c d e3 f 3 g M c d mol f g T d e g 3 L
将上述系数代入原方程，则有：
c kLa D a c f 1 c cV c f 1c0f 1k f 1c0
L k D
a
DV kc0 D V
c
f 1
其中，最后一项变形如下：
kc0 D V
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》教材课后习题答案 李绍芬 天津大学
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
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 2O
2CH 3OH 3O 2 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：
2CO 4H 2 (CH 3 )2 O H 2O
CO 3H 2 CH 4 H 2O
4CO 8H 2 C4 H 9OH 3H 2O
CO H 2O CO 2 H 2
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 冷凝分离 合成
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》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
化学反应工程第一章习题答案
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。
基元反应符合质量作用定律。
基元反应的活化能指1摩尔活化分子的平均能量比普通分子的平均能量的高出值。
基元反应的反应级数是该反应的反应分子数。
一切不符合质量作用定律的反应都是非基元反应。
非基元反应的活化能没有明确的物理意义，仅决定了反应速率对温度的敏感程度。
非基元反应的反应级数是经验数值，决定了反应速率对反应物浓度的敏感程度。
3若将反应速率写成tc rd d AA -=-，有什么条件? 答：化学反应的进行不引起物系体积的变化，即恒容。
4 为什么均相液相反应过程的动力学方程实验测定采用间歇反应器?答：在间歇反应器中可以直接得到反应时间和反应程度的关系，而这种关系仅是动力学方程的直接积分，与反应器大小和投料量无关。
5 现有如下基元反应过程，请写出各组分生成速率与浓度之间关系。
(1)A+2B ↔C A+C ↔ D (2)A+2B ↔C B+C ↔D C+D →E(3)2A+2B ↔CA+C ↔D 解(1)D4C A 3D D 4C A 3C 22BA 1C C22B A 1B D 4C A 3C 22B A 1A 22c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-=(2)E6D C 5D 4C B 3D E 6D C 5D 4C B 3C 22BA 1C D4C B 3C 22B A 1B C22B A 1A 22c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r +--=+-+--=+-+-=+-=(3)D4C A 3D D 4C A 3C 22B2A 1C C22B 2A 1B D 4C A 3C 22B 2A 1A 2222c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-=6 气相基元反应A+2B →2P 在30℃和常压下的反应速率常数k c =2.65×104m 6kmol -2s -1。
《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_习题集(含答案)
《化学反应工程》课程习题集一、单选题1.某反应的速率常数k=0.0462－1，又知初始浓度为0.1mol.dm－3，则该反应的半衰期为:(A) 1/(6.93×10-2×0.12) (B) 15分(C) 30分 (D) 1/(4.62×102×0.1)分2.某一级反应, 当反应物的浓度降为起始浓度的1％时,需要t1秒, 若将反应物的浓度提高一倍, 加快反应速率, 当反应物浓度降低为起始浓度的1％时, 需时为t2, 则:(A ) t1﹥t2 (B) t1=t2(C) t1﹤t2 (D) 不能确定二者关系3.某反应物反应掉7/8所需的时间恰好是它反应掉1/2所需时间的3倍, 则该反应的级数是:(A) 零级 (B) 一级反应 (C) 三级反应 (D) 二级反应4.若两个相同类型的气相双分子反应的△H⊙值相等, 又在400k时,它们的活化熵之差△S1⊙-△S2⊙=10 J.mol-1,则两反应的速率常数之比为:(A) K1/K2=0.300 (B) K1/K2=0.997(C) K1/K2=1.00 (D) K1/K2=3.335.对反应A+B→C, 由下列数据C A0/mol.dm-3 C B0/mol.dm-3 r0/ mol.dm-31.0 1.0 0.152.0 1.0 0.301.02.0 0.15则该反应的速率方程为:(A) r=K C B (B) r=K C A C B(C) r=K C A (D) r=K C A C B26.一个反应的活化能是33kJ·mol-1, 当 T = 300K 时，温度每增加1K，反应速率常数增加的百分数约是___。
A. 4.5%B. 90%C. 11%D. 50%7.下列叙述正确的是_ 。
A. 吸热反应的活化能比放热反应的活化能高B. 一个反应的反应速率与化学方程式中出现的所有作用物浓度都有关C. 催化反应的速率与催化剂的浓度无关D. 反应速率常数与作用物浓度无关8.关于催化剂的使用，下列叙述中不正确的是_ 。
化学反应工程梁斌习题答案
化学反应工程(梁斌)习题答案化学反应工程是研究和优化化学反应过程的学科，涉及到反应的热力学、动力学、传质和传热等方面。
在化学工程中，反应工程是一个非常重要的环节，它直接关系到产品质量、产量和能源消耗等方面。
下面是一些化学反应工程的习题及其答案：1. 对于以下反应：A → B + C，饱和蒸汽中的A浓度为0.1 mol/L。
在一连续流动反应器中，反应速率常数k为0.02 min^-1。
求当反应器长度为10 m时，反应程度的变化。
答案：反应程度可以通过反应物的浓度变化来表示。
根据连续流动反应器的质量平衡方程，可以得到：dC/dL = -kCA其中，C为B的浓度，L为反应器长度，CA为A的浓度。
将该方程进行积分，得到：∫dC/C = -k∫dLln(C/C0) = -kL其中，C0为初始反应物A的浓度。
代入相关数值，可以得到反应程度随反应器长度的变化。
2. 某一反应的活化能为50 kJ/mol，温度升高10 K时，反应速率增加2倍。
求该反应在298 K时的速率常数。
答案：根据阿累尼乌斯方程，可以得到：k1/k2 = exp[(Ea/R) * (1/T2 - 1/T1)]其中，k1和k2分别为温度T1和T2下的速率常数，Ea为活化能，R为气体常数。
代入相关数值，可以求得该反应在298 K时的速率常数。
3. 某一反应的反应速率方程为r = kCACB。
当CA = 0.1 mol/L，CB = 0.2 mol/L时，反应速率为0.05 mol/(L·min)。
求该反应的速率常数。
答案：根据反应速率方程，可以得到：r = kCACB代入相关数值，可以求得该反应的速率常数。
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》(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。