化学反应工程1_7章部分答案

第一章绪论

习题1.1 解题思路:

（1）可直接由式（1.7）求得其反应的选择性

（2）设进入反应器的原料量为100 ，并利用进入原料气比例，求出反应器的进料组成(甲醇、空气、水)，如下表：

组分摩尔分率摩尔数

根据式（1.3）和式（1.5）可得反应器出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数、和。并根据反应的化学计量式求出

水、氧及氮的摩尔数，即可计算出反应器出口气体的组成。

习题答案:

(1) 反应选择性

(2) 反应器出口气体组成：

第二章反应动力学基础

习题2.1 解题思路:

利用反应时间与组分的浓度变化数据，先作出的关系曲线，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。再由求得水解速率。

习题答案:

水解速率

习题2.3 解题思路

利用式（2.10）及式（2.27）可求得问题的解。注意题中所给比表面的单位应换算成

。利用下列各式即可求得反应速率常数值。

习题答案:

(1)反应体积为基准

(2)反应相界面积为基准

(3)分压表示物系组成

(4)摩尔浓度表示物系组成

习题2.9 解题思路:

是个平行反应，反应物A的消耗速率为两反应速率之和，即

利用式（2.6）积分就可求出反应时间。

习题答案:

反应时间

习题2.11 解题思路:

（1）恒容过程，将反应式简化为：

用下式描述其反应速率方程：

设为理想气体，首先求出反应物A的初始浓度，然后再计算反应物A的消耗速率

亚硝酸乙酯的分解速率即是反应物A的消耗速率，利用化学计量式即可求得乙醇的生成速率。

（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（2.49）可求得总摩尔数的变

化。这里反应物是纯A，故有：

由式（2.52）可求得反应物A的瞬时浓度，进一步可求得反应物的消耗速率

由化学计量关系求出乙醇的生成速率。

习题答案:

（1）亚硝酸乙酯的分解速率

乙醇的生成速率

（2）乙醇的生成速率

第三章釜式反应器

习题3.1 解题思路:

(1)首先要确定1级反应的速率方程式，然后利用式（3.8）即可求得反应时间。

(2)理解间歇反应器的反应时间取决于反应状态，即反应物初始浓度、反应温度和转化率，与反应器

的体积大小无关

习题答案:

(1)反应时间t=169.6min.

(2)因间歇反应器的反应时间与反应器的体积无关,故反应时间仍为169.6min.

习题3.5 解题思路:

（1）因为B过量，与速率常数k 合并成，故速率式变为

对于恒容过程，反应物A和产物C的速率式可用式（2.6）的形式表示。两式除可得：

解此微分方程可得与等的关系式并将数据代入此关系

式，化简可得：

解此式可得的关系式。

（2）最大转化率可用下式求解：

（3）产物C的最大收率由式（3.67）求得：

产物C的最大浓度：

习题答案:

（1）

（2）对应于C最大浓度时A的转化率

（3）产物C的最大浓度

习题3.8 解题思路:

(1) 首先写出该反应的反应速率方程式，然后将有关数值代入式（3.8）求得反应时间，再用式

（3.13）求取原料的流量，及苯酚的浓度，最后计

算出苯酚的产量。

（2）全混流反应器，将有关数据代入式（3.47）求得苯酚的流量Q0，即可计算出苯酚的产量。

（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，反应速率慢的原因。

（4）由于该反应为1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cA0增加一倍，故苯酚的浓度也增加一倍，故上述两个反应器中苯酚的产量均增加一

倍。

习题答案:

（1）间歇操作时的苯酚产量

（2）全混流反应器的苯酚产量

（3）全混反应器的产量小于间歇反应器的产量，因为全混反应器中反应物浓度低，反应速率慢。

（4）不论哪一种反应器，若原料处理量不变，而初始浓度增加1倍，则苯酚产量也增加1倍。

习题3.9 解题思路:

(1)本题已在习题2.9中求出，不再重复。

(2)产物R的收率为之比值，而值可用下式求得：

要求解上式必须知道产物R的瞬时选择性的表达式及转化率为95％时的cA值。

(3)若A的转化率仍为95％，且温度为常数，则D的瞬时选择性用下式表示：

D的收率可用式（3.55）来计算。

(4)对全混流反应器，若，则用下式求解：

(5)对全混流反应器，若，则R的收率用下式求解：

(6)依题意知半间歇反应器属于连续加料而间歇出料的

情况。为了求组分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。首先必须列

出物系A和R的物料衡算式

(7)由已知条件可计算出Q0和cA0 。将衡算式整理成一阶非线性微分方程组：

代入初始条件，用龙格－库塔法进行数值求解。取步长，直至求至即可。用

时的可以进行A的转化率及R的收率的计算

同理可以计算出R的收率：

习题答案:

(1)反应时间t=24.2min

(2)产物R的收率

(3)D的收率，能达到

(4)A的转化率，不能达到

(5)全混流时R的收率

(6)

第四章管式反应器

习题4.1 解题思路:

根据题意可知甲苯加氢反应为恒容过程。原料甲苯与氢的摩尔比等于1，即则

有：

式中下标T和H分别代表甲苯和氢，可采用理想气体方程求出甲苯的初始浓度和流量，同时还要将

反应速率方程进行化简，最后利用式（4.5）求得反应器体积，并根据反应管的直径计算出反应

器的长度。

习题答案:

反应器长度为：1531.7m

习题4.7 解题思路:

对于复合反应，选择的原则主要是使目的产物R的最终收率或选择性最大。据动力学特征，其瞬

时选择性为：

由此式可知要使S最大，越小越好，而越大越好；而题意又给出R与B极难分离，故又要求

不能太大，兼顾两者要求。

（1）原料配比，如果R与B极难分离为主要矛盾，则除去第