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。
2、已知：苯醌与环戊二烯在25℃下进行液相二烯合成反应 A+B→C
(-r A)=；k=9.92×10-3[m3/kmol·s]；C AO=0.1[kmol/m3]；C BO=0.08[kmol/m3]；x A=0.95；
t/=1[h]；每天处理300kg环戊二烯。求：反应器有效容积？
； (-r A)==
[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多少？
解：（1）t=C A0∫0XA f dX A/(-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大小无关，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、
《工程力学》复习资料 1．画出（各部分）的受力图 （1）（2） （3） 2．力F作用在边长为L正立方体的对角线上。设Oxy平面与立方体的底面ABCD 相平行，两者之间的距离为h，试求力F对O点的矩的矢量表达式。
解：依题意可得： cos cos F F x sin cos F F y sin F F z 其中3 3sin 3 6cos 45 点坐标为： h l l ,,则 3 ) ()(33 33 33 3j i h l F k F j F i F F M 3．如图所示力系由 F 1，F 2，F 3，F 4和F 5组成，其作 用线分别沿六面体棱边。已知：的F 1=F 3=F 4=F 5=5kN, F 2=10 kN ，OA=OC/2=1.2m 。试求力 系的简化结果。 解：各力向O 点简化 0.0.0 .523143C O F A O F M C B F A O F M C O F C O F M Z Y X 即主矩的三个分量 kN F F Rx 55 kN F F Ry 102kN F F F F RZ 54 3 1 即主矢量为: k j i 5105合力的作用线方程 Z y X 24．多跨梁如图所示。已知：q=5kN ，L=2m 。试求A 、B 、D 处的约束力。
取CD 段0 ci M 0 212 ql l F D 解得 kN F D 5取整体来研究，0iy F 0 2D B Ay F l q F F 0ix F 0 Ax F 0 iA M 0 32l F l ql l F D B 联合以上各式，解得 kN F F Ay A 10kN F B 255．多跨梁如图所示。已知：q=5kN ，L=2m ，ψ=30°。试求A 、C 处的约束力。（5+5=10分） 取BC 段0iy F 0 cos 2C B F l q F 0ix F 0 sin C Bx F F 0 ic M 0 22l l q l F By
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: %1002 21004.27?+ +--y x y x =6.983%
空气： %1002 210023279.54?+ +-- y x y x =40.19% 水： %10022100281.17?+ +++y x y x =34.87% HCHO: %10022100?+ +y x x =17.26% CO 2: %1002 2100?+ +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 2 1.46 0.82
绪论． 1、化学反应工程是一门研究（）的科学。（化学反应的工程问题） 2.（）和（）一起，构成了化学反应工程的核心。〔三传；反应动力学〕 3.不论是设计、放大或控制，都需要对研究对象作出定量的描述，也就要用数学式来表达个参数间的关系，简称( )。（数学模型） 4.化学反应和反应器的分类方法很多，按反应系统涉及的相态分类，分为：（）和（）。 5.化学反应和反应器的分类方法很多，按操作方法分为（）操作、（）操作和（）操作。 6.化学反应和反应器的分类方法很多，按传热条件分为（）、（）和（）。 选择1. ( ) “三传一反”是化学反应工程的基础，其中所谓的一反是指。 A 化学反应 B 反应工程 C 反应热力学 D 反应动力学, 2. ( ) “三传一反”是化学反应工程的基础，下列不属于三传的是。A能量传递B质量传连C 热量传递D 动量传递 3. （）按反应器的型式来分类，高径比大于30的为 A.管式反应器B槽式反应器C塔式反应器D釜式反应器 三、判断 1.物理过程不会改变化学反应过程的动力学规律，即化学反应速率与温度浓度之间的关系并不因为物理过程的存在而发生变化。（） 2.流体流动、传质、传热过程不会影响实际反应的温度和参与反应的各组分浓度在时间、空间上的分布，最终影响反应结果。（） 四、简答 1.利用数学模型解决化学反应工程问题的步骤？ 第一章均相单一反应动力学和理想反应器 1.均相反应是指（）。
2.如果反应体系中多于一个反应物，在定义转化率时，关键组分A 的选取原则是（ ）。 3. 当计量方程中计算系数的代数和等于零时，这种反应称为( ) ，否则称为( ) . 4. 化学反应速率式为β αB A C A C C K r =-，如用浓度表示的速率常数为C K ，用压力表示的速率常数P K 则 C K ＝( )P K . 5. 活化能的大小直接反映了( )对温度的敏感程度. 6.化学反应动力学方程有多种形式。对于均相反应，方程多数可以写成（ ）或（ ）。 7.对于反应器的开发根据（ ）来选择合适的反应器，结合（ ）和（ ）两方面特性来确定操作方式和优化操作条件。 8.物料在反应器的混合，依据停留时间分为（ ）（ ）。 9.按返混情况的不同，理想流动反应器可分为（ ）、（ ）、（ ）。 10.在设计和分析反应器时，经常涉及（ ）、（ ）、（ ）、（ ）四个量。其中定义为反应器有效容积V R 与流体特征体积流率V 0之比值为（ ）。 二、选择 1.其定义为反应器有效容积V R 与流体特征体积流率V 0之比值的量为（ ） A 反应时间t r B 停留时间t C 空间时间τ D 空间速度S V 2. 下列那一项不属于间歇反应器中的非反应时间（ ） A 投料时间 B 放料时间 C 清洗时间 D 搅拌时间 3.化学反应222222NO H N H O +?+，其中化学反应计量系数为+2的是哪种物质( ) A.NO B.H2 C.N2 D.H2O 4对于一非恒容均相化学反应B A B A αα?，反应组分A 的化学反应速率 A r -= （ ） A ．Vdt dn r A A -=- B. Vdt dn r A A =- C. dt dC r A A =- D.dt dC r B A =- 5．对于反应aA + bB 一pP ＋sS ，则=p r （ ）(-A r )
4-1 试求题4-1图所示各梁支座的约束力。设力的单位为kN ，力偶矩的单位为kN ?m ，长度单位为m ，分布载荷集度为kN/m 。(提示：计算非均布载荷的投影和与力矩和时需应用积分)。 解： (b)：(1) 整体受力分析，画出受力图(平面任意力系)； (2) 选坐标系Axy ，列出平衡方程； 0: 0.40 0.4 kN x Ax Ax F F F =-+==∑ ()0: 20.80.5 1.60.40.720 0.26 kN A B B M F F F =-?+?+?+?==∑ 0: 20.50 1.24 kN y Ay B Ay F F F F =-++==∑ 约束力的方向如图所示。 (c)：(1) 研究AB 杆，受力分析，画出受力图(平面任意力系)； (2) 选坐标系Axy ，列出平衡方程； 2 ()0: 3320 0.33 kN B Ay Ay M F F dx x F =-?-+??==∑? A B C D 0.8 0.8 0.4 0.5 0.4 0.7 2 (b) A B C 1 2 q =2 (c) M=3 30o A B C D 0.8 0.8 0.8 20 0.8 M =8 q =20 (e) A B C 1 2 q =2 M=3 30o F B F Ax F A y y x dx 2?dx x A B C D 0.8 0.8 0.4 0.5 0.4 0.7 2 F B F Ax F A y y x
2 0: 2cos300 4.24 kN o y Ay B B F F dx F F =-?+==∑? 0: sin300 2.12 kN o x Ax B Ax F F F F =-==∑ 约束力的方向如图所示。 (e)：(1) 研究CABD 杆，受力分析，画出受力图(平面任意力系)； (2) 选坐标系Axy ，列出平衡方程； 0: 0 x Ax F F ==∑ 0.8 ()0: 208 1.620 2.40 21 kN A B B M F dx x F F =??++?-?==∑? 0.8 0: 20200 15 kN y Ay B Ay F dx F F F =-?++-==∑? 约束力的方向如图所示。 4-16 由AC 和CD 构成的复合梁通过铰链C 连接，它的支承和受力如题4-16图所示。已知均布载荷集度q=10 kN/m ，力偶M=40 kN ?m ，a=2 m ，不计梁重，试求支座A 、B 、D 的约束力和铰链C 所受的力。 解：(1) 研究CD 杆，受力分析，画出受力图(平面平行力系)； (2) 选坐标系Cxy ，列出平衡方程； 0()0: -20 5 kN a C D D M F q dx x M F a F =??+-?==∑? 0: 0 25 kN a y C D C F F q dx F F =-?-==∑? (3) 研究ABC 杆，受力分析，画出受力图(平面平行力系)； A B C D 0.8 0.8 0.8 20 0.8 M =8 q =20 F B F Ax F A y y x 20?dx x dx A B C D a M q a a a C D M q a a F C F D x dx qdx y x y x A B C a q a F ’C F A F B x dx qdx
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）， A 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 mol n 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 1. 1. 2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 原料气 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 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 ) 2 O 3.55%,C 3 H 9 OH 1.10%,H 2 O 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 2.14g,N 2 5.38g。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 i i i i i m i i 。 M’ m =∑y i M i =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N 2 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
反应工程期末考试试题集团文件发布号：（9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-
化学反应过程 简答填空名词解释 1.任何化工生产，从原料到产品都可以概括为原料预处理，化学反应过程和产物 的后处理三个组成部分，而化学反应过程是整个化工生产的核心。 2.工业反应器中对反应结果产生影响的主要物理过程是：1，由物料的不均匀混合 和停留时间不同引起的传质过程；2，由化学反应的热效应产生的传热过程； 3，多相催化反应中在催化剂微孔内的扩散与传热过程。 3.化学反应和反应器的分类：1.按反应系统设计的相态分类分为：○1均相反应， 包括气相均相反应和液相均相反应；○2非均相反应，包括气-固相、气-液相、液-固相、气-液-固相反应。2.按操作方式分类分为：间歇操作，连续操作和半连续操作。3.按反应器型式来分类分为：管式反应器，槽式反应器和塔式反应器。4.按传热条件分为：等温反应器，绝热反应器和非等温绝热反应器。化学反应工程的基本研究方法是数学模型法。 4.反应速率：单位反应体系内反应程度随时间的变化率。 5.反应动力学方程：定量描述反应速率与影响反应速率因素之间的关系式。 6.半衰期：反应转化率从0变成50%所需时间称为该反应的半衰期。 7.建立动力学方程的方法有：积分法、微分法、最小方差分析法。 8.反应器开发的三个任务：○1根据化学反应动力学特性来选择合适的反应器型 式；○2结合动力学和反应器两方面特性来确定操作方式和优化操作条件；○3根据给定的产量对反应装置进行设计计算，确定反应器的几何尺寸并进行评价。 9.反应器设计计算所涉及的基础方程式就是动力学方程式、物料衡算方程式和热 量衡算方程式。
化学反应工程习题（第五章） 5.1乙炔与氯化氢在HgCl 2-活性炭催化剂上合成氯乙烯的反应 2223C H HCl C H Cl +? ()A ()B ()C 其动力学方程式可有如下种种形式： (1) 2 (/)/(1)A B C A A B B C C r p p p K K p K p K p κ=-+++ (2) /(1)(1)A B A B B B C C A A r K K p p K p K p K p κ=+++ (3) /(1)A A B A A B B r K p p K p K p κ=++ (4) /(1)B A B B B C C r K p p K p K p κ=++ 试说明各式所代表的反应机理和控制步骤。 解：（1） A A σσ+? B B σσ+? A B C σσσσ+?+ （控制步骤） C C σσ?+ （2） 11A A σσ+? 22 122111 B B A B C C C σσσσσσσσ+?+→+?+（控制步骤） （3） A A σσ+? B B σσ+? A B C σσ+→+ （控制步骤） （4） B B σσ+? A B C σσ+→ （控制步骤） C C σσ?+ 5.2 在Pd-Al 2O 3催化剂上用乙烯合成醋酸乙烯的反应为 243222321C H C H C O O H O C H C O O C H H O 2 ++ ?+ 实验测得的初速率数据如下[功刀等，化工志，71，2007（1968）.] 115℃, AcOH 200p mmHg =，2 92O p m m H g =。 24()C H p m m H g 70 100 195 247 315 465 5 010(/) r m ol hr g ??催化剂 3.9 4.4 6.0 6.6 7.25 5.4 注：1mmHg=133.322Pa
第一章 静力学基本概念与物体的受力分析 下列习题中，未画出重力的各物体的自重不计，所有接触面均为光滑接触。 1.1 试画出下列各物体（不包括销钉与支座）的受力图。 解：如图 (g) (j) P (a) (e) (f) W W F F A B F D F B F A F A T F B A 1.2画出下列各物体系统中各物体（不包括销钉与支座）以及物体系统整体受力图。 解：如图 F B B (b)
(c) C (d) C F D (e) A F D (f) F D (g) (h) EO B O E F O (i)
(j) B Y F B X B F X E (k) 1.3铰链支架由两根杆AB、CD和滑轮、绳索等组成，如题1.3图所示。在定滑轮上吊有重为W的物体H。试分别画出定滑轮、杆CD、杆AB和整个支架的受力图。 解：如图 ' D 1.4题1.4图示齿轮传动系统，O1为主动轮，旋转 方向如图所示。试分别画出两齿轮的受力图。 解： 1 o x F 2o x F 2o y F o y F F F' 1.5结构如题1.5图所示，试画出各个部分的受力图。
解： 第二章 汇交力系 2.1 在刚体的A 点作用有四个平面汇交力。其中F 1＝2kN ，F 2=3kN ，F 3=lkN ， F 4=2.5kN ，方向如题2.1图所示。用解析法求该力系的合成结果。 解 0 00 1 42 3c o s 30c o s 45c o s 60 c o s 45 1.29 Rx F X F F F F KN = =+- -=∑ 00001423sin30cos45sin60cos45 2.54Ry F Y F F F F KN ==-+-=∑ 2.85R F KN == 0(,)tan 63.07Ry R Rx F F X arc F ∠== 2.2 题2.2图所示固定环受三条绳的作用，已知F 1＝1kN ，F 2=2kN ，F 3=l.5kN 。求该力系的合成结果。 解：2.2图示可简化为如右图所示 23cos60 2.75Rx F X F F KN ==+=∑ 013sin600.3Ry F Y F F KN ==-=-∑ 2.77R F KN == 0(,)tan 6.2Ry R Rx F F X arc F ∠==- 2.3 力系如题2.3图所示。已知：F 1＝100N ，F 2=50N ，F 3=50N ，求力系的合力。 解：2.3图示可简化为如右图所示 080 arctan 5360 BAC θ∠=== 32cos 80Rx F X F F KN θ==-=∑ 12sin 140Ry F Y F F KN θ==+=∑ 161.25R F KN == ( ,)tan 60.25Ry R Rx F F X arc F ∠= = 2.4 球重为W ＝100N ，悬挂于绳上，并与光滑墙相接触，如题2.4 图所示。已知30α=，
工程力学-课后习题答案
4-1 试求题4-1图所示各梁支座的约束力。设力 的单位为kN ，力偶矩的单位为kN m ，长度 单位为m ，分布载荷集度为kN/m 。(提示： 计算非均布载荷的投影和与力矩和时需应用积分)。 A B C D 0.8 0.8 0.4 0 00.7 2 ( A B C 1 2 q ( M= 30o A B C D 0.8 0.8 0.8 2 0.8 M = q =(
解： (b)：(1) 整体受力分析，画出受力图(平面任意 力系)； (2) 选坐标系Axy ，列出平衡方程； 0: 0.40 0.4 kN x Ax Ax F F F =-+==∑ ()0: 20.80.5 1.60.40.720 0.26 kN A B B M F F F =-?+?+?+?==∑ 0: 20.50 1.24 kN y Ay B Ay F F F F =-++==∑ 约束力的方向如图所示。 (c)：(1) 研究AB 杆，受力分析，画出受力图(平 面任意力系)； A B C 1 2 q M= 30o F F A F A y x d 2?x A B C D 0.8 0.8 0.4 00 0.7 2 F F A F A y
(2) 选坐标系Axy ，列出平衡方程； 2 0()0: 3320 0.33 kN B Ay Ay M F F dx x F =-?-+??==∑? 2 0: 2cos300 4.24 kN o y Ay B B F F dx F F =-?+==∑? 0: sin 300 2.12 kN o x Ax B Ax F F F F =-==∑ 约束力的方向如图所示。 (e)：(1) 研究C ABD 杆，受力分析，画出受力图 (平面任意力系)； (2) 选坐标系Axy ，列出平衡方程； 0: 0x Ax F F ==∑ 0.8 ()0: 208 1.620 2.40 21 kN A B B M F dx x F F =??++?-?==∑? 0.8 0: 20200 15 kN y Ay B Ay F dx F F F =-?++-==∑? 约束力的方向如图所示。 A B C D 0.8 0.8 0.8 20.8 M = q =F F A F A y x 20 x d
化环09030904反应工程复习大纲 一. 填空题 1.化学反应速率可以表为前提是▁▁▁▁。（反应体积恒定 考点：反应速率的定义，恒容） 2.化学反应过程按操作方法分为_______、_______、_______操作。（间歇操作、连续操作、半间歇操作）（理解连续与间歇） 3. 对于反应，则_______。（）（考点：反应物和产物的速率之比等于其化学计量系数之比） 4化学反应速率式为，用浓度表示的速率常数为，假定符合理想气体状态方程，如用压力表示的速率常数，则=_______。（）（以浓度表示的速率常数与分压速率常数的换算关系） 5在构成反应机理的诸个基元反应中，如果有一个基元反应的速率较之其他基元反应慢得多，该步骤的反应速率即代表整个反应的速率，其他基元反应可视为处于_______。（拟平衡态） （考点：理解拟平衡态、速率控制步骤的定义，用于推导非基元反应动力学） 6如果平行反应均为一级不可逆反应，若＞，提高选择性应_______。(提高温度)（考点：主反应活化能大于副反应活化能，升温提高选择性，反之则反，还应注意主反应级数高于副反应级数时应采用高浓度操作，对应应该采用什么样的加料方式或什么类型的反应器？） 7一级连串反应在平推流反应器中，为提高目的产物P的收率，应 ______。（降低）（考点：提高连串反应选择性的途径，还包括间歇反应釜中的最佳反应时间和连续反应器的体积（OR空时OR停留时间）问题） 8气体在固体表面上的吸附中物理吸附是靠_______结合的，而化学吸附是靠_______结合的。物理吸附的吸附热要_______化学吸附热，物理吸附是_______分子层吸附，而化学吸附是_______分子层吸附（范德华力、化学键力、小于、多、单）（考点：比较物理和化学吸附的区别，包括结合力）吸附层数，吸附热等区别） 9气体在固体表面上发生吸附时，描述在一定温度下气体饱和吸附量与吸附压力（或吸附物质在相中浓度）的关系式称为_______。（吸附等温方程）（吸附等温式的定义，注意是饱和吸附量） 10.在轴扩散模型中，彼克莱准数_______，（）Pe很大时，即扩散系数相对非常小，反应器中物料的流动形态接近______。（平推流或活塞
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。 2 A A min 18A0min 8A0A A A0d d 2 19.019.0181)(21 8.018.081)(11kc t c 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 A C k C k dt dC 21-=- 210021 22) 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 08664.08 2ln 3 132ln 18ln 1 -==+∴+=-+= k k k k x x x k k t A Ae Ae 121 1m in 02888.0m in 05776.0--==∴k k P A p A A C C C k C k dt dC 02888.005776.021-=-=- 5、恒温恒容的气相反应A →3P ，其动力学方程为V n k dt dn V r A A A =- =-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 t p f dt dp =的表达式。
解：A t A A A t A A A A A A A A t A A t A A A t kp dt dp RT p k kc V n k dt dp RT dt dp RT dt dp RT dt dc r V n k dt dn v r dt dp dt dp p p p p p p p 221211(1)(22)(3)0 0======-=-=-=-=--=--=-+=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 0.051 0.042 0.036 0.032 0.028 0.020 用积分法求此反应的动力学方程式。 解：由于当∞→t 时，02.0=A p 常数，因此假设为一级可逆反应。 ）即，即，达到平衡时，020220 20220212 121210215 1 (5.125.25.125.25.210)(5.2101002 .02.02.0)02.01.0(5.2)(5.25.2A A A A A A A A A A A Ae pe pe Ae A A p p A A p p k p k p k p k p k p k p p k p k dt dp k k p p k k RT p k RT p k MPa p p p c k c k dt dc p A e - =-=-+-=-?-=- ====∴ ==-=-=-=-→∞
4日1-1试画出以下各题中圆柱或圆盘的受力图。与其它物体接触处的摩擦力均略去。 解： 1-2 试画出以下各题中AB 杆的受力图。 (a) B (b) (c) (d) A (e) A (a) (b) A (c) A (d) A (e) (c) (a) (b)
98 解： 1-3 试画出以下各题中AB 梁的受力图。 (d) (e) B B (a) B (b) (c) F B (a) (c) F (b) (d) (e)
解： 1-4 试画出以下各题中指定物体的受力图。 (a) 拱ABCD ；(b) 半拱AB 部分；(c) 踏板AB ；(d) 杠杆AB ；(e) 方板ABCD ；(f) 节点B 。 解： (a) F (b) W (c) (d) D (e) F Bx (a) (b) (c) (d) D (e) W (f) (a) D (b) C B (c) B F D
2-2 杆AC 、BC 在C 处铰接，另一端均与墙面铰接，如图所示，F 1和F 2作用在销钉C 上， F 1=445 N ，F 2=535 N ，不计杆重，试求两杆所受的力。 解：(1) 取节点C 为研究对象，画受力图，注意AC 、BC 都为二力杆， (2) 列平衡方程： 1 21 4 0 sin 60053 0 cos6005 207 164 o y AC o x BC AC AC BC F F F F F F F F F N F N =?+-==?--=∴==∑∑ AC 与BC 两杆均受拉。 2-3 水平力F 作用在刚架的B 点，如图所示。如不计刚架重量，试求支座A 和D 处的约束 力。 (d) F C (e) W B (f) F F BC F 1 F
检测方法及方法确认作业指导书 天津大学：《反应工程》（第二版） 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（X）达72%，甲醛的收率（Y）为69.2%。试计算：（1 ）反应的选择性（S）；（2）反应器出口气体的组成（摩尔分率%）。 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）， 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 mol，n P=n A0Y P=18.96 mol，n 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 3 OH 7.672 6.983 HCHO 18.96 17.26 H 2 O 38.3 34.87 CO 2 0.7672 0.6983 O 2 0.8788 0.7999 N 2 43.28 39.39 组分摩尔分率y i0 摩尔数n i0 (mol) CH 3 OH 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
第一章 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）， A 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 mol n 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
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： 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 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 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 2.14g,N 25.38g 。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
绪论． 1、化学 反应 工程 是 一门 研究（ 题） 2.（ ）和（ ）一 起，构成了化学反应工程的核心。〔 三传；反 应动力学〕 3. 不论是 设计 、放大或控制，都需 要对 研究对 象作 出定 量的描述，也就 要 用数 学式 来表 达个 参数间 的关 系， 简称（ ）。（数 学模 型） 4. 化学反应和反应器的分类方法很多，按反应系统涉及的相态分类，分为： （ ）和（ ）。 5. 化学反应和反应器的分类方法很多， 按 操 作 方 法 分 为 （ ） 操 作 、（ ） 操 作 和（ ） 操作。 6. 化学反应和反应器的分类方法很多，按传热条件分为（ ）、（ ） 和（ ）。 选择 1. （ ） “三 传一 反” 是化 学反 应工程 的基础， 其中 所谓的 一反 是 指。 A 化 学反 应 B 反应 工程 C 反应 热力 学 D 反应 动力 学 , 2. （） “三传一反”是化 学反应工程的基础，下列 不属于三传的是。A 能量传递B 质量传 连C 热量传递D 动量传 递 3. （ ）按反应器的型式来分类，高径比大于 30 的为 A. 管式反应器 B 槽式反应器 C 塔式反应器 D 釜式反应器 三、判断 1. 物理过程不会改变化学反应过程的动力学规律， 即化学反应速率与温度浓度之间 的关系并不因为物理过程的存在而发生变化。 （ ） 2. 流体流动、传质、 传热过程不会影响实际反应的温度和参与反应的各组分浓度在 时间、空间上的分布，最终影响反应结果。 （ ） 四、简答 1. 利用数学模型解决化学反应工程问题的步骤？ 第一章 均相单一反应 动力学和理想反应器 1. 均相反应是指（ ）。 2. 如果反应体系中多于一个反应物，在定义转化率时，关键组分 （ ）。 3. 当计量方程中计算系数的代数和等于零时，这种反应称为 （ 为 （ ） . 4. 化学反应速率式为 rA KCCACB ，如用浓度表示的速率常数为 的速率常数心则 K —（ ） K p . 5. 活化 能的 大小 直接反 映了（ ） 对温度 的敏 感程 度. 6. 化学反应动力学方程有多种形式。 对于均相反应，方程多数可以写成 （ ） 或（ ）。 7. 对于反应器的开发根据（ ）来选择合适的反应器，结合 （ ）和（ ）两方面特性来确定操作方式和优化操作条件。 8. 物料在反应器的混合，依据停留时间分为（ ）（ ）。 ）的 科学。（ 化学 反应 的工 程问 A 的选取原则是 ） ，否则称 K C ，用压力表示
A B。试以产物B的 6.1、在半径为R的球形催化剂上，等温进行气相反应 浓度C B为纵座标，径向距离r为横座标，针对下列三种情况分别绘出产物B的浓度分布示意图。 （1）化学动力学控制 （2）外扩散控制 （3）内、外扩散的影响均不能忽略 图中要示出C BG，C BS及C Be的相对位置，它们分别为气相主体、催化剂外表面、催化剂颗粒中心处B的浓度，C Be是B的平衡浓度。如以产物A的浓度CA为纵座标,情况又是如何? 解(1)以产物B的浓度为纵座标 (2)以产物A的浓度为纵座标 6.3 某催化剂,其真密度为3.60g/cm3,颗粒密度为1.65g/cm3,比表面积为100m2/g.试求该催化剂的孔容,孔隙率和平均孔半径. 解: 6.13 在150℃,用半径100μm的镍催化剂进行气相苯加氢反应,由于原料中氢大量过剩,可将该反应按一级(对苯)反应处理,在内,外扩散影响已消除的情况下,测得反应速率常数k p=5min-1, 苯在催化剂颗粒中有效扩散系数为0.2cm2/s,试问: (1)在0.1Mpa 下,要使η=0.8,催化剂颗粒的最大直径是多少? (2)改在2.02Mpa下操作,并假定苯的有效扩散系数与压力成反比,重复上问 的计算. (3)改为液相苯加氢反应,液态苯在催化剂颗粒中的有效扩散系数10-6cm2/s. 而反应速率常数保持不变,要使η=0.8,求催化剂颗粒的最大直径. 解: 用试差法从上二式可解得当η=0.8时,需d p<6.36cm (2)2.02Mpa时,De≈0.2×0.101/2.02=0.01 cm2/s,与此相对应: 同上法可求得当η=0.8时,需d p<1.42cm (3)液相反应时,De=1×10-6cm2/s,与此相应的φ为21.51dp,同上法可求得当η=0.8时,需d p<0.0142cm. 6.14 一级不可逆反应A B,在装有球形催化剂的微分固定床反应器中进行温度为400℃等温,测得反应物浓度为0.05kmol/m3时的反应速率为 2.5 kmol/m3床层﹒min ,该温度下以单位体积床层计的本征速率常数为k v=50s-1,床层孔隙率为0.3,A的有效扩散系数为0.03cm2/s,假定外扩散阻力可不计,试求: (1)反应条件下催化剂的内扩散有效因子 (2)反应器中所装催化剂颗粒的半径 实验测得(-R A)=0.0417 kmol/s﹒m3床层, 解上二式得η=0.0167,可见内扩散影响严重. 由η=1/φ=1/8.13dp=0.0167,可解出dp=7.38cm,即反应器所装催化剂的颗粒半径为3.69cm. 6.15 在0.10Mpa,530℃进行丁烷脱氢反应,采用直径5mm的球形铬铝催化剂,此催化剂的物理性质为:比表面积120m2/g,孔容0.35cm3/g,颗粒密度1.2g/cm3,曲节因子 3.4.在上述反应条件下该反应可按一级不可逆反应处理,本征反应速率常数为0.94cm3/gs,外扩散阻力可忽略,试求内扩散有效因子. 解:丁烷分子量为58,λ=10-5cm,
化学反应工程试题答案 一、单选题：（共60小题，每题0.5分） 1、化学反应工程是研究如下问题的学科：（A） A、化学反应器工程问题 B、化工单元操作 C、反应器特性 D、传递特性 2、化学反应工程研究的对象是：（A） A、化学反应器 B、单元操作 C、化工流程 D、化学工艺 3、连续操作的反应器的独立变量为（C） A、浓度 B、反应时间 C、反应器体积大小 4、理想混合的间歇反应器的独立变量为（B） A、反应速率 B、反应时间 C、反应空间 5、连续操作的理想混合流反应器的独立变量是：（C） A、反应物浓度 B、反应时间 C、反应空间 6、间歇操作的反应器所具有的特点包括：（A） A、参数随时间变化 B、参数随空间变化 C、累积量为零 D、累积量不为零 7、在对理想的全混流反应器进行物料衡算时，下面哪些量为零：（D） A、流入量 B、流出量 C、反应量 D、累积量 8、在对定常态操作的反应器进行物料衡算时，下面哪些量为零：（D） A、流入量 B、流出量 C、反应量 D、累积量 9、稳定的定常态操作点符合如下条件：（A） A、移热速率大于放热速率 B、移热速率小于放热速率 C、移热速率等于放热速率 10、若CSTR的某一操作点是稳定的定常态操作点，则该操作状态具有的特点是：（C） A、移热速率大于放热速率 B、移热速率小于放热速率 C、移热速率等于放热速率 11、在CSTR中进行一级不可逆反应，最多可以有几个定常态操作点？（D） A、0 B、1 C、2 D、3 E、4 12、对于反应级数大于零的反应，下述情况哪种容积效果最高？（C） A、单釜CSTR B、多釜CSTR C、PFR
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t c r d d A A - =-，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 ?C
A+C ?D 解 (1) D 4C A 3D D 4C A 3C 22 B A 1C C 22B A 1B D 4C A 3C 22 B 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) E 6D C 5D 4C B 3D E 6D C 5D 4C B 3C 22 B A 1C D 4C B 3C 22 B A 1B C 22B 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) D 4C A 3D D 4C A 3C 22B 2A 1C C 22B 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。现以气相分压来表示速率方程，即(?r A )=k P p A p B 2 ，求k P =?（假定气体为理想气体） 解 () 3 -1-363 111 2643c P 2 B A p A 2 B A c 2B A c A 1264c kPa s m kmol 10655.1K 303K kmol kJ 314.8s kmol m 1065.2)(s kmol m 1065.2K 30330273--------??=???= ==-? ? ? ??==-= ?==+=RT k k p p k r RT p RT p k c c k r RT p c k T