《化学反应工程》课后习题答案
化学反应工程第三版郭锴课后答案
化学反应工程第三版郭锴课后答案第一章简介1.1 化学反应工程的定义化学反应工程是研究化学反应过程及其工程应用的学科，它涉及到反应热力学、反应动力学、反应装置设计等方面的内容。
1.2 化学反应工程的发展历史化学反应工程的发展可以追溯到19世纪末，随着化学工业的迅速发展，越来越多的化学反应需要在工业生产中得到应用。
随着对化学反应规律认识的深入，化学反应工程逐渐形成了独立的学科体系，并取得了重要的成果。
1.3 化学反应工程的重要性化学反应工程在化工生产中起着重要的作用。
通过对反应过程的研究和优化，可以提高反应的产率和选择性，降低生产成本，实现资源的高效利用。
因此，化学反应工程对于提高工业生产效益和推动可持续发展具有重要意义。
2.1 反应焓的计算反应焓的计算是反应热力学的重要内容之一。
在计算反应焓时，我们需要知道反应物和生成物的热力学性质，例如标准生成焓、标准摩尔熵等。
通过热力学数据库或计算软件，可以方便地获取这些数据。
2.2 反应平衡常数的计算反应平衡常数是反应热力学的另一个重要概念。
它可以用来描述化学反应的热力学平衡状态。
在计算反应平衡常数时，我们需要知道反应物和生成物的标准生成焓、标准摩尔熵等数据，并应用热力学公式进行计算。
2.3 选择性和产率的计算在化学反应工程中，选择性和产率是评价反应过程的重要指标。
选择性指在反应中所得到的目标产品所占的比例，而产率指目标产品的生成量与反应物的摩尔数之比。
选择性和产率的计算通常涉及到反应物的消耗量、产物的生成量等信息。
3.1 反应速率方程的推导反应速率方程是描述反应速率与反应物浓度之间关系的数学表达式。
在推导反应速率方程时，需要考虑反应机理和速率常数等因素。
根据速率方程，可以预测反应速率随时间的变化，从而优化反应条件。
3.2 反应速率常数的测定实验测定反应速率常数是研究反应动力学的重要手段之一。
常用的测定方法包括测定反应物的消耗量、观察产物的生成量等。
通过实验数据拟合，可以得到反应速率常数的数值。
《化学反应工程》教材课后习题答案 李绍芬 天津大学
0.65 0.04 1.79
0.34
故 CO 的转化速率为
C A0
PA0 0.1013 0.03 6.38 104 mol / l RT 8.314 103 573
rA C A0
dX A 6.38 10 4 1.79 1.14 103 mol / l .min d (VR / Q0 )
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： 反应时间（h） 1.0 CA(mol/L) 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0
原料气 循环压缩
Bkg/h 粗甲醇
Akmol/h
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 H2 CO2 CH4 N2 26.82 68.25 1.46 0.55 2.92 15.49 69.78 0.82 3.62 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,H2 1.76g,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） （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，计算进料原料气 组成以质量分率表示如下： 组分 摩尔质量 yi0(mol%) Fi0(kmol/h) 质量分率 xi0% CO H2 CO2 CH4 N2 总计 28 2 44 16 28 26.82 68.25 1.46 0.55 2.92 100 26.82 68.25 1.46 0.55 2.92 100 72.05 13.1 6.164 0.8443 7.844 100
化学反应工程第二版习题解答
目 录第一章习题 ............................................................... 错误!未定义书签。
第二章习题 ............................................................... 错误!未定义书签。
第三章习题 ............................................................... 错误!未定义书签。
第四章习题 ............................................................... 错误!未定义书签。
第五章习题 ............................................................... 错误!未定义书签。
第六章习题 ............................................................... 错误!未定义书签。
第七章习题 ............................................................... 错误!未定义书签。
第八章习题 ............................................................... 错误!未定义书签。
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。
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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
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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：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），组分摩尔分率y i0 摩尔数n i0(mol)CH32/（2+4+1.3）=0.2740 27.40OH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 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组分摩尔数（mol）摩尔分率%7.672 6.983CH3OH18.96 17.26HCHOH2O 38.3 34.87CO2 0.7672 0.6983O2 0.8788 0.7999N2 43.28 39.392 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）式可知代入速率方程式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
《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
化学反应工程第二版课后答案
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》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
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
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。
化学反应工程第三版课后答案
化学反应工程第三版课后答案【篇一：化学反应工程第二版课后习题】> 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? 345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?d10mkmols。
现以气相分压来表示速率方程，即(?ra)=kppapb，求kp=?（假定气体为理想气体）46-2-12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?若将反应速率写成?ra??dcadt，有什么条件?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? 78反应a(g) +b(l)→c(l)气相反应物a被b的水溶液吸收，吸收后a与b生成c。
反应动力学方程为：?ra=kcacb。
由于反应物b在水中的浓度远大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。
反应2h2?2no?n2?2h2o，在恒容下用等摩尔h2，no进行实验，测得以下数据总压/mpa 半衰期/s10 考虑反应a?3p，其动力学方程为?ra??容下以总压表示的动力学方程。
11 a和b在水溶液中进行反应，在25℃下测得下列数据，试确定该反应反应级数和反应速度常数。
116.8 319.8 490.2 913.8 1188 时间/s-312 丁烷在700℃，总压为0.3mpa的条件下热分解反应：c4h10→2c2h4+h2 (a) (r)(s)起始时丁烷为116kg，当转化率为50%时?dprdnsdya，?。
dtdtdtdpadt?0.24mpa?s?13-1-1-3-33-10.0272265 0.0326 186 0.0381 135 0.0435 104 0.0543 67求此反应的级数。
《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
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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
VR2 0.002 331 .63 0.66(m3)
习题3-8讲解
3-8 已知： A R
rA k1CA k2CR
x*A
2 3
;
xAf
1; 3
如何调节加料速率， 使xAf
1? 2
解： 当反应达到平衡转化率时
rA k1CA k2CR 0
平推流
k11
ln
1 1 xA1
;
1 2;
全混流
k2 2
xA2 1 xA2
k k0eE / RT
k2 k1
k eE / RT2 0
k eE / RT1 0
xA2 / ln 1 1 xA2 1 xA1
1 1 8.314 ln[ 0.7 / ln 1 ] 423 T2 83.68 1000 1 0.7 1 0.6
率达到0.5。
0.1 (8 0.7 0.2 1.7 0.8 0.8) 1.5 0.533
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;
rA
VR
CA0 xAf
V0 kCA0 (1 xAf )[CA0 CA0 (1 xAf )]
1
2500(s)
0.01 2 (1 0.98)
VR 2500 V0 2500 0.002 5(m3 )
（3）两个CSTR串联
根据 VR CA0 xA1 CA0 (xA2 xA1)
k 5.6L /(min mol);
根据：t
xAf
kCA0 (1 xAf )
rA
k CACB
5.6C
2 A
当VR 1m3和23时： (反应时间与反应体积无关）
t
0.95
169.64(min)
5.6 0.02(1 0.95)
习题3-3解答
解： （1）PFR k ln 1
V0 k cA0 0.5 (1 xA ) k 0.5 xA
2 k CA0
[ln
(1
x
A
xA
)
]0.98 0.5
2 3.892 0.01 2
389.2s
VR V0 0.002 389 .2 0.778 m3
（2）单个CSTR
根据 VR CA0 xAf
V0
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
VR V0
CA0 xA1 k CA21
CA0 (xA2 xA1) k CA2 2
0.25 7.14 103
35min
xA1 (1 xA1)2
xA2 xA1 (1 xA2 )2
0.8;
CA 1.5 (1 0.533) 0.7; CP CR CB0 xBf 1.0 0.8 0.8;
CB 1 (1 0.8) 0.2;
VR V0
CA0 xAf (rA ) f
;V0
VR (8CACB 1.7CPCR ) CA0 xAf
V0
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。
习题3-2解答
已知：A B C D; CA0 CB0 0.02mol / L
k1 CR CA0 CA0 (1 x*A ) x*A 2 / 3 2
k2 CA
CA0 (1 x*A )
1 x*A 1 2 / 3
VR CA0 xAf CA0 xAf V0 (rA ) f k1CA k2CR
CA0 xAf
xAf
k1CA0 (1 xAf ) k2CA0 xAf k1(1 xAf ) k2 xAf
4.35;ຫໍສະໝຸດ 1 6.98; 1 xA2
1 1 4.35; 1 xA2 1 0.62
1 xA2 1 6.98 0.86
（3）一个0.25m3的PFR ，后接一个0.25m3的CSTR
VR V0
CA0
dx xA1
A
0 k CA21
CA0 (xA2 k CA21
1 1 8.314 0.9347 ; T2 441K 423 T2 83.68 1000
习题3-5解答
1 CA0 2 3.0 1.5mol / L;
CB0
1 2
2.0
1.0mol
/
L
CP0 CR0 0;
xAf
CB0 xBf CA0
1.0 0.8 0.533; xBf 1.5
xA (1 xA )
当xA 0.5时，
1
0.5
t1 0.615 0.307 (1 0.5) 5.30(h)
当xA 0.9时，
t1
0.615
1
0.307
0.9 (1 0.9)
47.70(h)
当xA
0.99时，
t1
0.615
1 0.307
0.99 (1 0.99)
524 .70(h)
当cB0 / cA0 5时， (rA ) kcA20 (1 xA )(5 xA )
t2
1 k cA0
xA
dxA
0 (1 xA )(5 xA )
1 [ xA dxA xA dxA ]
4kcA0 0 (1 xA ) 0 (5 xA )
CA0
xA
dxA
0 k CA0 (1 xA )CA0 xA
1 k CA0
xA
dxA
0 (1 xA ) xA
被 积 函 数:
f
(x)
(1
1 xA )xA
是 关 于xA
0.5的 对 称 函 数;
原积分可改写为
VR 2 xA dxA 2 xA dxA
0 (1 xA1)2 xA1 (1 xA1)2
1 1 1 1 4.35
1 xA1
1 xA2 1 xA1
1 1 4.35; 1 xA1
1 5.35; 1 xA1
xA1 0.81;
1 5.35 4.35; 1 xA2
xA2
1
1 9.7
0.90
习题3-7讲解
习题3-1解答
解：根据CSTR基本方程
t cA0
xA dxA 0 (rA )
当cB0 / cA0 1时， (rA ) kcA20 (1 xA )2
t1
xA 0
dxA kcA0 (1 xA )2
1 k cA0
xA 0
d (1 xA ) (1 xA )2
1 k cA0
V0
rA1
rA2
m 1
m2
CA0 xA1
CA0 (xA2 xA1)
kCA0 (1 xA1)CA0 xA1 kCA0 (1 xA2 )CA0 xA2
1 (xA2 xA1) ; (1 xA1) (1 xA2 )xA2
xA2 0.98 xA1 0.85