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李绍芬版反应工程习题答案第二章

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 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 C A (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C A ～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。切线的斜率为

0.760.125/.6.1α-==-mol l h

由（2.6）式可知反应物的水解速率为

0.125/.-==dC A r mol 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：

2423+→+CO H CH H O

催化剂体积为10ml ，原料气中CO 的含量为3%，其余为N 2,H 2气体，改变进口原料气流量Q 0进行实验，测得出口CO 的转化率为：

Q 0(ml/min) 83.3 67.6 50.0 38.5 29.4 22.2 X(%) 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

00000(1)(1)-=

=-=-=-A A R

A A A A A A A A

dF r dV F F X Q C X dF Q C dX

故反应速率可表示为：

0(/)==A A

A A A R R dX dX r Q C C dV d V Q

用X A ～V R /Q 0作图，过V R /Q 0=0.20min 的点作切线，即得该条件下的dX A /d(V R /Q 0)值α。

V R /Q 0min 0.12 0.148 0.20 0.26 0.34 0.45 X A % 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0

0.650.04 1.79

0.34

α-==

故CO 的转化速率为

40030.10130.03 6.3810/8.31410573--?

==???A A P C mol l RT

430

0 6.3810 1.79 1.1410/.min

(/)--==??=?A

A A R dX r C mol l d V Q

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： 20.850.4

/-=?w CO CO r k y y kmol kg h

式中y CO 和y CO2为一氧化碳及二氧化碳的瞬间摩尔分率，0.1MPa 压力及700K 时反应速率常数k W 等于0.0535kmol/kg.h 。如催化剂的比表面积为30m 2/g ，堆密度为1.13g/cm 3，试计算：

（1）（1）以反应体积为基准的速率常数k V 。

（2）（2）以反应相界面积为基准的速率常数k g 。

（3）（3）以分压表示反应物系组成时的速率常数k g 。

（4）（4）以摩尔浓度表示反应物系组成时的速率常数k C 。

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m 2/m 3。

33230.450.45

0.45(1) 1.13100.053560.46/.6(2) 1.7810/.3010

11(3)()()0.05350.15080.1013..()8.3110700(4)()(0.05350.333(0.1）ρρρρ-==??=-=

=???==?=??==?=v b w b

g w w

b n p w n

c w k k kmol m h k k k kmol m h a kmol k k P kg h MPa m RT k k P km 0.45)().kmol ol kg h

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： 1.50.5

0.8/min =?A A B r C C mol l

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 1.50.5222

00.80.80.8(1)===-A A B A A A r C C C C X

由（2.6）式可知

(1)??

???

?--==-=A A A A A A d C X dC dX r C dt dt dt 代入速率方程式

00.8(1)=-A A A A dX C C X dt

化简整理得

00.8(1)=-A

A A dX C dt

积分得

00.81=

-A

A A X C t X

解得X A =82.76%。

2.5氨合成塔入口的气体组成为

3.5%NH 3,20.8%N 2,62.6%H 2,7.08%Ar 及5.89CH 4。该塔是在30MPa 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%（mol ），试计算该处的反应速率。在Fe 催化剂上氨合成反应速率式为：

1.53

1.512

/=-?NH H N NH H p p r k p k kmol m h p p 逆反应的活化能4

17.5810/=? E J mol 。450℃时

30.5322277()/=?k m MPa m h ，且2

12/=P

k k K ，490℃时，Kp 可按下式计算： 472log 2047.8/ 2.4943log 1.25610 1.856410 3.206

--=--?+?+p K T T T T 注：m 3

为标准立方米。

解：题中给出450℃时的k 2值，而反应是在490℃下，故首先要求出490℃时的k 2值。

利用（2.27）试，求出频率因子A:

44217.5810/8.31472316

2'1617.5810/8.314723430.532exp()

exp()2277/ 1.14510exp() 1.14510 1.05510()/.-??-??-=-===?-==?=?

E k A RT E A k e RT E k A e m MPa m h

490℃的Kp 值由题给公式计算出

4722

log 2047.8/763 2.4943log763 1.25610763 1.8564107633.206 1.25245.59210 ---=--??+??+=-=?p p K K 求k 1值：

22'

2243 1.531(5.59210) 1.0551033()/.--=

==???=p p k K k K k k k m MPa m h

求各组分的分压值：

223

3122+?N H NH

5716

.0.14160*(-2)*2087.01.1416

0*2087.0*3-626.0 1y 13

y y 1904.0 .14160*(-2)*2087.01)1416.0-(12087.0 1y y y 1416.05.6914.45*(-2)*2087.01*2087.0*2

035.010.01y y y 22

123211 %87.20P

y , 1y y y 1000H H 000A A 00R 0R R 0000000＝＝－）

＋－（＝

，+=

δ+-=

=+=

δ+-===+--=

δ+νν

δ==δ+νν-

=δ+νν-

A A A A

A A

A A A A A A A

A A

A A A

A A

A A i i A

A A A A A

i i A

A A A A A

i i X y X X y X X X X X X y X y p X y X X y X p p p

P y i i p =

各组分的分率及分压值为

NH 3 10% p NH3=3MPa N 2 19.06% p N2=5.718MPa H 2 57.18% p H2=17.15MPa Ar+ CH 4 13.79% p Ar+ CH4=4.137MPa

反应速率为：

1.5 1.5

41.512

1.5

333317.15333.0 5.718 1.05510317.154.02310/.(179.6/.)

=-=??-??=?NH H N NH H p p r k p k p p m m cat h kmol m cat h

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。根据下面两图回答：

（1）（1）是可逆反应还是不可逆反应？（2）（2）是放热反应还是吸热反应？

（3）（3）在等温线上，A,D,O,E,M 点中哪一点速率最大，哪一点速率最小？（4）（4）在等转化率线上，H,C,R,O,F 及B 点中，哪一点速率最大，哪一点

速率最小？

（5）（5）在C,R 两点中，谁的速率大？

（6）（6）根据图中所给的十点中，判断哪一点速率最大？

解：图2.1 图2.2 （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。

2.7在进行一氧化碳变换反应动力学研究中，采用B106催化剂进行试验，测得正反应活化能为4

9.62910/?J mol ,如果不考虑逆反应，试问反应温度是550℃时的速率比反应温度是400℃时的速率大多少倍？

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。

400550

119629011()()550550

5508.314673823400400

400exp()23exp()（倍）

---=====-E R T T E A r k RT e e r k E A RT

2.8常压下，在钒催化剂上进行SO 2氧化反应，原料气组成为7%O 2及82%N 2。试计算转化率为80%时的最佳温度。二氧化硫在钒催化剂上氧化的正反应活化能为4

9.21110/?J mol ，化学计量数等于2，反应式为：

223

12+?SO O SO

其平衡常数与温度的关系为：

log 4905.5/ 4.6455=-p e K T

该反应的热效应4

9.62910/-=?r H J mol 。

解：（1）求出转化率为80%时各组分的分压：以100mol 为基准

x SO 2 O 2 SO 3 N 2 ∑ 0 7.0 11.0 0 82.0 100.0 0.80 7(1-0.80)=1.4 11-5.6×0.5=8.2 5.60 82.0 97.2

2222332233320.1013 1.4/97.2 1.4610()0.10138.2/97.28.5510()0.1013 5.6/97.2 5.8410()0.101382/97.28.5510()

----==?=?==?=?==?=?==?=?SO SO O O SO SO N N p Py MPa p Py MPa p Py MPa p Py MPa

（2）求与上述组成对应的平衡常数K P 值：

0.5

335.841043.261.46108.5510---?? ?

==??SO P SO o

p K p p

(3)求平衡温度Te

log 4905.5/ 4.6455

4905.5780.96.282

=-==p e e K T T K

(4)利用（2.31）式求逆反应活化能E 值

459.629109.21110 1.40310/2ν-??=-=?-=? r

r H E E J mol

(5)利用（2.31）式求最佳温度T OP

780.9739.0048.314780.914.031ln 1ln 9.211(14.039.211)10=

==?++-?- e

OP e T T K

RT E E E E

2.9在一恒容反应器中进行下列液相反应：

+→A B R 3

1.6/=?R A r C kmol m h 2→A D 238.2/=?D A

r C kmol m h 式中r R ,r D 分别表示产物R 及D 的生成速率。反应用的原料为A 与B 的混合物，

其中A 的浓度为2kmol/m 3，试计算A 的转化率达到95%时所需的反应时间。

解：反应物A 的消耗速率应为两反应速率之和，即 2

2 1.616.4 1.6(110.25)=+=+=+A R D A A A A R r r C C C C

利用（2.6）式

1.6(110.25)-

=+A

A A dC C C dt

积分之

0001(1)10.2510.2511.6()ln(1)ln 10.2511110.250.6463/1.60.4038??

-+??=--=--+???++????==A A A

C A A A C A A A X C t dC X C C C t h

2.10在催化

剂上进行三甲基苯的氢解反应：

643226534(）+→+C H CH H C H CH CH

反应器进口原料气组成为66.67%H 2,33.33%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：

0.5

36300/=?A A B r C C kmol m h 0.533400/=?E C B r C C kmol m h

则出口处二甲基苯的生成速率是多少？

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）用物料衡算求出口气体组成：

组分名称 X=0时 X=0.8时三甲基苯(A) 33.33 33.33（1-X ）氢（B ） 66.67 66.67-33.33X-Y 二甲基苯(C) 0 33.33X-Y 甲烷(D) 0 33.33X+Y 甲基苯（E ） 0 Y

∑ 100.0 100.0

由题给条件可知，混合气中氢的含量为20%，所以有：

66.67-33.33X-Y=20

解得Y=66.67-33.33×0.8-20=20.01kmol （甲苯量）生成的二甲基苯量：33.33×0.8-20.01=6.654kmol 生成的甲烷量：33.33×0.8+20.01=46.67kmol 剩余的三甲基苯量：33.33×（1-0.8）=6.666kmol 氢气含量为：20kmol 故出口尾气组成为：三甲基苯6.666%，氢气20%，二甲基苯6.654%，甲烷46.67%，甲基苯20.01%。

（2）（2）由题给条件可知，三甲基苯的出口浓度为：

00333300.10.33337.66910/8.31410523

(10.8)7.66910(10.8) 1.53410/----?=

==???=-=?-=?A A A A p C kmol m RT C C kmol m 6333264324

(()）+→+C H CH H C H CH CH

333

0.20 1.53410 4.610/0.06666

0.06654 1.53410 1.53210/0.06666

0.4667 1.53410 1.07410/0.06666

0.2001 1.53410 4.60310/0.06666--------=

??=?=??=?=??=?=??=?B C D E C kmol m C kmol m C kmol m C kmol m

0.50.5

330.5330.53630034006300 1.53410(4.610)3400 1.53210(4.610)0.65550.35330.3022/.----=-=-=????-????=-=C A E A B C B

R r r C C C C kmol m h

2.11在210℃等温下进行亚硝酸乙脂的气相分解反应：

2523251122→++C H NO NO CH CHO C H OH

该反应为一级不可逆反应，反应速率常数与温度的关系为

14411.3910exp( 1.89710/)()-=?-?k T s ，若反应是在恒容下进行，系统的

起始总压为0.1013MPa ，采用的是纯亚硝酸乙脂，试计算亚硝酸乙脂分解率为

80%时，亚硝酸乙脂的分解速率及乙醇的生成速率。若采用恒压反应，乙醇的生成速率又是多少？

解：（1）恒容过程，其反应式可表示为：

1122→++A B C D

反应速率式表示为：

0(1)==-A A A A r kC kC X

设为理想气体，反应物A 的初始浓度为：

2003140014260.1013 2.52310/8.31410483

(1) 1.3910exp(18973/)(1)

1.3910exp(18973/483)

2.52310(100.8) 6.11210/.----=

==???=-=?-?-=?-???=?A A A A A A A Py C mol l RT r kC X T C X mol l s

亚硝酸乙脂的分解速率为： 66.11210/.-==?A A R r mol l s

乙醇的生成速率为：

61 3.05610/.2-==?D A R r mol l s

（2）恒压过程，由于反应前后摩尔数有变化，是个变容过程，由（2.49）式可求得总摩尔数的变化。

10.50.51/1

δυυ++-===∑A t A

由于反应物是纯A ，故有：y A0=1。

由（2.52）式可求得组分的瞬间浓度：

22001426(1) 2.52310(10.8) 2.80310/11110.8

1.3910exp(18973/483)

2.80310

3.39510/.δ-----?-===?++??==?-??=?A A A A A A A A C X C mol l

y X r kC mol l s

乙醇的生成速率为：

1.69810/.2-==?D A R r mol l s

2.12甲烷与水蒸气在镍催化剂及750℃等温下的转化反应为：

422224+→+CH H O CO H

原料气中甲烷与水蒸气的摩尔比为1：4，若这个反应对各反应物均为一级，已知k=2l/mol.s,试求：

（1）（1）反应在恒容下进行，系统的初始总压为0.1013MPa ，当反应器出口

的CH 4转化率为80%时，CO 2和H 2的生成速率是多少？（2）（2）反应在恒压下进行，其他条件如（1），CO 2的生成速率又是多少？

解：（1）由题意可将反应速率表示为：

24+→+=C A B A B C D

r kC C

对于恒容过程，则有

0003003

330

0(1)20.10130.2 2.38210/8.314101023

44 2.382109.52810/----=-=-?===???==??=?A A A B B A A A A B A C C X C C C X P C mol l RT C C mol l

当X A0=0.8时

3403330043665(1) 2.382100.2 4.76410/29.528102 2.382100.8 5.71710/2 4.76410 5.71710 5.44710/.44 5.44710 2.17910/.----------=-=??=?=-=?-???=?===????=?==??=?A A A B B A A C C A B D C C C X mol l

C C C X mol l R r kC C mol l s R r mol l s

（2）对于恒压过程，是个变容反应过程，由（2.49）式可求得总摩尔数的变化

1412/2

δυυ+--===∑A t A

反应物A 的原始分率：

0.214=

=+A y

由（2.52）式可求得转化率为80%时的浓度：

3400(1) 2.38210(10.8)

3.60910/1120.20.8δ---?-===?++??A A A A A A C X C mol l

y X 33500029.528102 2.382100.8 4.33110/1120.20.8

δ----?-???===?++??B A A B A A A C C X C mol l

y X

45662 3.60910 4.33110 3.12610/.3.12610/.----==????=?==?A A B C C r kC C mol l s R r mol l s

2.13在473K 等温及常压下进行气相反应：

（1）3→A R 1.2/min =?R A r C mol l （2）2→A S 0.5/min =?S A r C mol l

（3）→A T 2.1/min =?T A r C mol l

式中C A 为反应物A 的浓度（mol/l ），原料中A 和惰性气体各为一半（体积比），试求当A 的转化率达85%时，其转化速率是多少？解：方法（1），先求出总摩尔变化数δA 。

首先将产物的生成速率变为对应的反应物的转化速率：

0.431

0.252

2.1======AR R A

AS S A

AT T A r r C r r C r r C

总反应速率为：

2.75=++=A AR AS AT A R r r r C

以一摩尔反应物A 为基准，总摩尔变化数为：

0.40.25 2.1

3210.3822.75 2.75 2.75δ=

?+?+-=A

初始浓度为：

0003

0.10130.5 1.28810/8.31410473--?=

==???A A P y C mol l RT

则有

230033(1) 1.288100.15

1.662510/110.50.380.85

2.75 2.75 1.662510 4.57210/.min δ-----??===?++??==??=?A A A A A A A A C X C mol l

y X R C mol l 方法（2），可将C A 表示为：

00(1)

131

21211

δδδδ-=

+-==-===∑A A A A Aj Aj

AR AS AT

C X C y X

23330.40.25

20.8510.850.32452.75 2.75

1.288100.15 1.662310/10.32450.5

2.75 2.75 1.662310 4.57110/.min δ----=?

?+??=??==?+?==??=?∑Aj Aj A A A X C mol l

R C mol l

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：

0002333(1)

0.06453

122 1.288100.064532 1.662310/2.75 2.75 1.662310 4.57110/.min

-------=

=++==???=?==??=?A R S T A A R A S

A AO A A A y y y y y y y y y C C y mol l R C mol l

其中：

0.40.4

(0.40.25 2.1) 2.75

0.250.25

(0.40.25 2.1) 2.750.4

0.850.12362.750.250.850.07727

2.75=

++==

++=

?==?=A R A A S A R S C S C C S C y y

2.14在Pt 催化剂上进行异丙苯分解反应：

65326636(）?+C H CH CH C H C H

以A,B 及R 分别表示异丙苯，苯及丙烯，反应步骤如下：

（1）σσ+?A A （2）σσ?+A B R

（3）σσ?+B B

若表面反应为速率控制步骤，试推导异丙苯分解的速率方程。

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：

θσσθθθ

+?=

=A V

A A A A V

A p A A K K p σσθθ?+=-

A A R

B A B R

r k kp

θσσθθθ?+==B V B B B B V

p B B K K p

以表面反应速率方程来代表整个反应的速率方程：

θθ=-

A A R

B r k kp

由于1θθθ++=A B V 将,θθA B 代入上式得：

1θθθ++=A A V B B V V K p K p

整理得：

1θ=

++V A A B B K p K p

将,,θθθA B V 代入速率方程中

()/111-=-=

++++++ A A R B B A B R P

A A A

B B A A B B A A B B kK p kp K p k p p p K r K p K p K p K p K p K p

其中

/== A P A B k kK K kK kK

2.15在银催化剂上进行乙烯氧化反应：

2422422+→C H O C H O

化作22()()2()+→A B R 其反应步骤可表示如下：

（1）σσ+?A A （2）222σσ+?B B （3）σσσσ+?+A B R

（4）σσ?+R R

若是第三步是速率控制步骤，试推导其动力学方程。

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：

(1)σσ

θθ+?=A A A V A A K p

2(2)22σσθθ+?=B B B V B B K p (4)σσθθ?+=R R R V R R K p 整个反应的速率方程以表面反应的速率方程来表示： θθθθ=-

A A

B R V r k k

根据总覆盖率为1的原则，则有： 1θθθθ+++=A B R V

或 1θθθθ+++=A A V B B V R R V V K p K p K p

整理得：

θ=

++V A A B B R R K p K p K p

将,,,θθθθA B R V 代入反应速率方程，得：

2(/(1)θθ-=-=

+++ A B R A A A B B V R R V A A B B R R k p p p K r kK p K p kp K K p K p K p

其中

/==

A B

R k kK K K k kK

2.16设有反应→+A B D ，其反应步骤表示如下：

（1）σσ+?A A （2）σσ→+A B D （3）σσ?+B B

若（1）速率控制步骤，试推导其动力学方程。

解：先写出各步的速率式：

123(1)(2)(3)σσθθσσθσσ

θθ+?=-→+=?+=-aA A V dA A S A

dB B aB A V A A r k p k A B D r k B B r k k p

由于（1）是速率控制步骤，第（2）步是不可逆反应，其反应速率应等于（1）的吸附速率，故有： θθθ-=aA A V dA A S A k p k k

整理得：

θθ=

+aA A V A S dA k p k k

根据定态近似原则

0()(

)/θθθθθθθθθθ=-+==+=++=++B

S A dB B aA A V S aA A

dB B S A aA A V aB B V

S aA

S aA A

B aB B V dB

S aA

d k k k p dt

k k p k k k p k p k k k k p k p k k k

因为1θθθ++=A B V

将,θθA B 代入上式，化简后得：

1θ=

++V aA A

B B

S dA

k p K p k k

最后将,θθA V 代入吸附速率式，即为该反应的动力学方程式。

1()1-+=

+++++

++aA A aA A dA S dA

S aA A

aA A

S dA aA A S dA B B

B B

S dA

k p k p k k k k k p r k p k k k p k k K p K p k k

2.17一氧化碳变换反应：

222()()()()+→+CO A H O B CO C H D

在较低温度下，其动力学方程可表示为：

++A B

A A C C kp p r K p K p

试拟定该反应的合适的反应步骤。

解：根据题意，假设反应步骤如下：

(1)(2)(3)σσσσσσ+?+→+?+A A A B C D

C C

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： θ=S A B r k p

其余的两步可认为达到平衡，则有：

θθθθ==A A A V C C C V K p K p

由于1θθθ++=A B V ，有：

1θ=

++V A A C C K p K p

将,θθA V 代入速率式，得：

11=

++++S A A B A B

A A C C A A C C k K p p kp p r K p K p K p K p

式中=S A k k K 。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。

2.18利用习题2.1的数据，试用积分法和微分法求其动力学方程。

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：

A A dC r kC dt

积分得：

ln()

=A A C kt C

用

0ln()

A A C C ～t 作图。 t(h)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0ln()A A C C 0

0.442 0.831 1.253 1.609 2.108 2.457 2.862 3.438 3.84

3 作图得一直线，其斜率为0.425h -1，故假设一级反应是合理的，其动力学方程可

表示为：

0.425/.=-

A A dC r C mol l h dt

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，求得各切线的斜率即为对应的dC A /dt 之值，然后再以dC A /dt ～C A 作图，所求的dC A /dt 值如下表所示：

t(h) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 C A (mol/l) 1.40 0.90 0.61 0.40 0.28 0.17 0.12 0.08 0.045

0.03

dC A /dt(mol/l .h) 0.70 0.45 0.295 0.191 0.147 0.095 0.06 0.033 0.025 0.01

设为一级不可逆反应，用dC A /dt ～C A 作图得一直线，其斜率为0.5h -1

，其动力学方程可表示为：

0.5/.=-=A

A A dC r C mol l h dt

或将速率方程直线化，即两边取对数，得：

ln()ln ln -

=+A

A dC k n C dt

可简化为y=b+ax 形式，利用多元回归，可求得反应级数n=1.004≈1，反应速率

常数值为k=0.4996。

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。

2.19在Ni 催化剂上进行甲烷化反应：

2423+?+CO H CH H O

由实验测得200℃时甲烷的生成速率R CH4及CO 和H 2的分压p CO ,p H 2的关系如下：

p CO (MPa) 0.10 0.18 0.408 0.72 1.05 p H2(MPa) 0.1013 0.1013 0.1013 0.1013 0.1013 R CH4

()

min ?mol g

37.3310-? 21.3210-? 23.0010-? 25.2810-? 27.7010-? 若该反应的动力学方程可用幂函数表示，试用最小二乘法求一氧化碳的反应级数及正反应速率常数。

解：由题意可写出速率方程式： 42

'β

=a CH CO H

r k p p

但由于氢的分压保持为0.1013MPa 的恒定值，反应速率式可简化为：

4=a

CH CO r kp

式中

'β

=H k k p 。将速率式直线化：

4ln ln ln =+CH CO

r k a p 或=+y b ax

式中

ln ,ln ,ln ===+CH CO

y r

b k x p ，由残差平方和最小而导出最小二乘法的

系数计算式：

1-=

??-????=-??∑∑∑∑∑∑∑x y m xy a x m x

b y a x m

序号 y x

x 2

xy 1 -4.916 -2.303 5.302 11.32 2 -4.328 -1.715 2.941 7.421 3 -3.507 -0.897 0.804 3.144 4 -2.941 -0.329 0.108 0.966 5 -2.564 -0.049 0.002 -0.125 ∑ -18.26 -5.293

9.157 22.73

将累加值代入a,b 系数式中，得：

[]42

24(18.26)( 5.293)522.730.9571( 5.293)59.1571

18.260.957( 5.293) 2.6395

7.144107.14410/.min

---?--?==≈--?=

--?-=-=?==?CH CH CO a b k R r p kmol g

2.20在铂催化剂上，乙烯深度氧化的动力学方程可表示为：

2(1)=

+A B

B B kp p r K p

式中p A ,p B 分别表示乙烯及氧的分压。在473K 等温下的实验数据如下：

号 p A ×103MPa p B ×103MPa r ×104mol/g.min 1 8.990 3.230 0.672 2 14.22 3.000 1.072 3 8.860 4.080 0.598 4 8.320 2.030 0.713 5 4.370 0.890 0.610 6 7.750 1.740 0.834 7 7.750 1.820 0.828 8 6.170 1.730 0.656 9 6.130 1.730 0.694 10 6.980 1.560 0.791 11 2.870 1.060 0.418

试求该温度下的反应速率常数k 和吸附平衡常数K B 。

解：首先将动力学方程式直线化：

1(1)

?=++A B

A B B B B B kp p p p K

r p K p r k k

或y=b+ax 。其中

1,,,=

===A B B

B p p K y b a x p r k k

序号

x ×103 x 2×105

xy ×103 r 〞×104 δ,% 1 0.657 3.320 1.043 2.123 0.678 0.90 2 0.631 3.000 0.900 1.892 1.126 5.0 3 0.778 4.080 1.665 3.172 0.568 5.0 4 0.487 2.020 0.412 0.988 0.829 16.3 5 0.253 0.890 0.079 0.225 0.582 4.6 6 0.402 1.740 0.303 0.700 0.833 0.1 7 0.413 1.820 0.331 0.751 0.816 1.4 8 0.403 1.730 0.299 0.698 0.665 1.4 9 0.391 1.730 0.299 0.676 0.661 4.8 10 0.371 1.560 0.243 0.579 0.787 0.5 11

0.270

1.060

0.112

0.286 0.369 11.7

∑ 5.056 22.87 5.668

12.09

4.7δ=

()

22245

232

2.28710 5.05611 1.20910169.12.2871011 5.688101 5.056169.1 2.287100.10811

85.73

169.185.73 1.5661085.731 1.56610

-----??-??==?-????=-??=??====?=?=

+?B A B

a b k b K a k p p r p

平均偏差 4.7%δ=，结果是令人满意的。

反应工程课后习题参考答案

1 绪论 1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应： 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

化学反应工程第二版课后答案

(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 22B A 1B C 22 B 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 22 B 2A 1C C 22B 2A 1B D 4C A 3C 22 B 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 -1-363111 2643c P 2 B A p A 2 B A c 2 B 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

反应工程第五章习题答案

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

化工反应工程答案_第二章

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。在等温常压试求反应时间为的的水解速率解：利用反应时间与组分A 的浓度变化数据，作出Q ?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。切线的斜率为器 °- 125mOl/Lh 由（2.6 ）式可知反应物的水解速率为 2.2 「A dC A dt °.125mol / l.h F A dF A 故反应速率可表示为: F A °（1 X A ） Q °C A °（1 X A ） Q °C A°dX A 「A Q 0C A0 dX A dV R C A0 dX A d(V R /Q 。) dX A /d(V R /Q °) 0.65 °.°4 0.34 故CO 的转化速率为 1.79 C A0 P A0 RT 0.1013 0.03 6.38 10 4mol/l 在一管式反应器中常压300C 等温下进行甲烷化反应： CO 3H 2 CH 4 H 2O 催化剂体积为10ml ，原料气中CO 的含量为3%其余为N,H 2气体，改变进口原料气流量Q 0进行实验，测得出口 CO 的转化率为：试求当进口原料气体流量为 50ml/min 时CO 勺转化速率。解：是一个流动反应器，其反应速率式可用（2.7 ）式来表示 dF A dV R 用X A ?V R /Q 。作图，过V R /Q 0=0.20min 的点作切线，即得该条件下的值 a 。

r A C AO d —A 6.38 10 4 1.79 1.14 10 3mol /l.min d (V R / Q o ) 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： r k w y COSOf kmol/kg h 式中y cO 和 y 为一氧化碳及二氧化碳的瞬间摩尔分率，0.1MPa 压力及700K 时反应速率常数 k W 等于0.0535kmol/kg.h 。如催化剂的比表面积为30n i /g ，堆密度为 1.13g/cm 3，试计算: 1) ( 1)以反应体积为基准的速率常数 k V o (2) (2)以反应相界面积为基准的速率常数 k g o (3) (3)以分压表示反应物系组成时的速率常数 k g o (4) (4)以摩尔浓度表示反应物系组成时的速率常数 k c o 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nVm 3。 (1)k v b k w 1.13 103 0.0535 60.46kmol/m 3 .h — A 1 —A 解得—=82.76% b 3k w 1.78 b 30 103 (1 )0.45 0.0535 '0.1013， (8.31 10 3 700).45 6 2 10 6kmol /m .h °1508kgg 5 c, )45 0.0535 0.333(7^7)0.45(4^) 0.1 kmol kg .h 2.4在等温下进行液相反应A+4C+D 在该条件下的反应速率方程为： r A 0.8C A .5c B .5mol /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： 1.5mol/l 「A 由 ( 2.6 ) 由题中条件知是个等容反应过程，且，故可把反应速率式简化，得 O.8C A .5CB .5 0.8C A 0.8C A 0(1 式可知 A 和 B 的初始浓度均相等，即为 — A )2 dC A dt 代入速率方程式 c d —A A0 dt 化简整理得 d —A 「A d C AO (1 —A ) c C A0 dt d —A dt 2 2 O.8C AO (1 —A ) (1 —A ) 积分得 0.8C A0dt 0.8C A°t w n k w

化学工程基础(李德华第二版)习题解答参考-反应工程

2. () ()() ()s t k t k x k t A 3099.01ln 1309.01ln 1301ln 1 =???? ??? ? --=+--=--= 6. 1) () 3 123.002.07 .017 .038.01111m x x k q V x x k q V A A v A A v =?-?=-?=?-? == τ 2) ()()()() 3063.07.01ln 38 .002 .01ln 1ln 1 m x k q V x k q V A v A v =-?-=-?- =?-?-== τ 7. () 1 2 ,0 2,3.0122411411-?=?=++-++-= l m o l C s k k C k k C A A A τττττ 7.01 3 .0102,0=-=-=A A A A C C C x 8. ?∑=?==?=?== t m i v t t E dt t E t F t C t C t C M q t E 0 1 0)()()()(1.0)(2 2.0)()( ()s t t E t t E t t i i i i i i i 23.56975 .065 .3)()(8 1 8 1== ??= ∑∑==-

10. () () s t t E t t E t t t C t C M q t E g t C t q M i i i i i i i v i v 39.37)() ()(23 1.0)()(23)(8 1 8 108 1 0=??= ?== =?=∑∑∑==- = CSTR: () 1122.082 .0182.039.37111 -- - -= -?=-?= s x x t k A A 97.0)()(81 8 1=??= ∑∑==- i i i i i i Ai A t t E t t E x x E (t ) Time / min F (t ) Time /min

化学反应工程第二章

第二章均相反应动力学基础均相反应均相反应是指参予反应的各物质均处同一个相内进行化学反应。在一个相中的反应物料是以分子尺度混合的，要求： ①必须是均相体系 (微观条件) ②强烈的混合手段 (宏观条件) ③反应速率远小于分子扩散速度一、计量方程反应物计量系数为负，生成物计量系数为正。计量方程表示物质量之间关系，与实际反应历程无关；计量系数只有一个公因子；用一个计量方程表示物质量之间关系的体系称为单一反应，反之称为复合反应。二、化学反应速率单位时间、单位反应容积内组分的物质的量（摩尔数）的变化称之为该组分的反应速率。反应物：生成物：对于反应三、化学反应速率方程 r 是反应物系的组成、温度和压力的函数。 3 2223NH H N =+032223=--N H NH A A A dn r Vd d t C dt =- =-R R R dn r Vdt dC dt == A B S R A B S R αααα+=+S A B R A B S R r r r r αααα= = = A A A B r [k (T)][f( C ,C ,)] =

有两类；双曲函数型和幂函数型。 k-化学反应速率常数； a(b)-反应级数。 (1)反应级数 (i) 反应级数与反应机理无直接的关系，也不等于各组份的计量系数； (ii) 反应级数表明反应速率对各组分浓度的敏感程度； (iii) 反应级数是由实验获得的经验值，只能在获得其值的实验条件范围内加以应用。 (2)反应速率常数k [k]: s -1 ·(mol/m 3)1-n E ：是活化能，把反应分子“激发”到可进行反应的“活化状态”时所需的能量。 E 愈大，通常所需的反应温度亦愈高，反应速率对温度就愈敏感。 k 0 —指前因子,其单位与反应速率常数相同； E — 化学反应的活化能,J/mol ； R — 气体常数,8.314J/(mol .K)。 a b A A B r kC C =2 2 2 0.5 12H Br HBr HBr Br k c c r c k c = + exp[]E k k RT =-01 ln ln E k k R T =-? lnk 1/T

天津大学反应工程第二版课后习题答案

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

反应工程课后答案

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。 2A 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 2 ln 3 1 3 2ln 18ln 1-== +∴+=-+=k k k k x x x k k t A Ae Ae 121 1min 02888.0min 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 1212 10215 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 - =-=-+-=-?-=- ====∴ ==-=-=-=-→∞

化学反应工程第二版课后答案

(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 22B A 1B C 22 B 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 22 B 2A 1C C 22B 2A 1B D 4C A 3C 22 B 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 2 B 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

李绍芬版反应工程(第二版)完整答案

1绪论 1.1解：（1）由（1.7 ）式得反应的选择性为： S = Y = 0.621 = 0.9611 二96?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），当进入反应器的总原料量为100mol时，则反应器的进料组成为设甲醇的转化率为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皿、n p和n c分别为：n=n AO（1-X A）=7.672 mol n p=n AO Y P=18.96 mol n c=n AO（X A-Y P）=0.7672 mol 结合上述反应的化学计量式，水（nv）氧气（n。）和氮气（n N）的摩尔数分别为： nw=n w+n p+2n c=38.30 mol n o=no//2n p-3/2n C=0.8788 mol n N=n N O=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： CO 2H 2 二 CH 3OH 2C0 4H 2 (CH 3)2O H 2O CO 3H 2 CH 4 H 2O 4CO 8H 2 C 4H 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 Bkg/h 粗甲醇 lOOkmol 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原料气 Akmol/

化学反应工程(朱炳辰第二版)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： 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 +?+

李绍芬《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： 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），组分摩尔分率y i0 摩尔数n i0(mol) CH 3OH 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 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 组分摩尔数（mol ）摩尔分率% CH 3OH 7.672 6.983 HCHO 18.96 17.26 H 2O 38.3 34.87 CO 2 0.7672 0.6983 O 2 0.8788 0.7999 N 2 43.28 39.39 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 +?+

化学反应工程第二章解析

第二章均相反应动力学基础均相反应均相反应是指参予反应的各物质均处同一个相内进行化学反应。在一个相中的反应物料是以分子尺度混合的，要求： ①必须是均相体系 (微观条件) ②强烈的混合手段 (宏观条件) ③反应速率远小于分子扩散速度一、计量方程反应物计量系数为负，生成物计量系数为正。计量方程表示物质量之间关系，与实际反应历程无关；计量系数只有一个公因子；用一个计量方程表示物质量之间关系的体系称为单一反应，反之称为复合反应。二、化学反应速率单位时间、单位反应容积内组分的物质的量（摩尔数）的变化称之为该组分的反应速率。反应物：生成物：对于反应三、化学反应速率方程 r 是反应物系的组成、温度和压力的函数。 3 2223NH H N =+0 32223=--N H NH A A A dn r Vd d t C dt =- =-R R R dn r Vdt dC dt == A B S R A B S R αααα+=+S A B R A B S R r r r r αααα= = = A A A B r [k (T)][f( C ,C ,)] =

有两类；双曲函数型和幂函数型。 k -化学反应速率常数； a(b)-反应级数。 (1)反应级数 (i) 反应级数与反应机理无直接的关系，也不等于各组份的计量系数； (ii) 反应级数表明反应速率对各组分浓度的敏感程度； (iii) 反应级数是由实验获得的经验值，只能在获得其值的实验条件范围内加以应用。 (2)反应速率常数k [k]: s -1·(mol/m 3)1-n E ：是活化能，把反应分子“激发”到可进行反应的“活化状态”时所需的能量。 E 愈大，通常所需的反应温度亦愈高，反应速率对温度就愈敏感。 k 0 —指前因子,其单位与反应速率常数相同； E— 化学反应的活化能,J/mol ； R — 气体常数,8.314J/(mol .K)。 a b A A B r kC C =222 0.512H Br HBr HBr Br k c c r c k c = + 0exp[]E k k RT =-01 ln ln E k k R T =-?ln k lnk 0 slop=-E/R 1/T

反应工程总复习题(答案)

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

2021年反应工程课后答案

第二章均相反应动力学欧阳光明（2021.03.07） 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-=- 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 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。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： 1001 1 min 0429.070 3 1min 3.233 70 )7.01(1.07.0) 1()(min 083.012 1 1 min 12min 1.07.01ln 12111ln 111ln ---== = ∴==-?= -= =-==== ====-=∴-=c v A A A A A f A A A c v BR A A x k x kc x c r x c CSTR t PFR x t k x kt τδττδ中在空速中所需的空时在 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 (-r A )/mol/(L.min) 0.1 0.3 0.5 0.6 0.5 0.25 0.10 0.06 0.05 0.045 0.042 （1）若C A0=1.3mol/L ，，则反应时间为多少？（2）若反应移至平推流反应器中进行，C A =.5mol/L ， F A0=1000mol/h ，求x A0=0.30时所需反应器的大小。（3）当C A0=1.2mol/l ，F A0=1000mol/h ，x A =0.75时，求所需

【建筑工程管理】化学反应工程郭锴第二版习题解答

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，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) (2) (3) 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=2.65×104m6kmol-2s-1。现以气相分压来表示速率方程，即(?r A)=k P p A p B2，求k P=?（假定气体为理想气体） 7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。 8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：?r A=kc A c B。由于反应物B在水中的浓度远大于A，在反应过程中可视为不变，而反应物A溶解于水的速率极快，以至于A在水中的浓度恒为其饱和溶解度。试求此反应器中液相体积为5m3时C的生成量。已知k=1m3kmol-1hr-1，

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