反应工程1,2章答案

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 1.000 100.0A 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 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（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 39.391. 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，大部分经循环压缩原料气 Bkg/h 粗甲醇 Akmol/h100kmol 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。

1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应：3222C H O H O 2H C H O 2H O +→+32222C H O H 3O 2C O 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 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 mol n N =n N0=43.28 mol所以，反应器出口气体组成为：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 39.392.3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 C OC O r k y y k m o lk g 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 。

作业第1题对于反应级数n＞0的不可逆气相等温反应，为降低反应器体积，应选用_______。

您的答案：A题目分数：0.5此题得分：0.5批注：《化学反应工程简明教程》P24第2题分批式操作的完全混合反应器非生产性时间不包括下列哪一项_______。

您的答案：B题目分数：0.5此题得分：0.5批注：《化学反应工程简明教程》P24第3题下列单位不属于反应速率的是_______。

您的答案：B题目分数：0.5此题得分：0.5批注：《化学反应工程简明教程》P12第4题下面反应器中不属于理想反应器的是_______。

您的答案：D题目分数：0.5此题得分：0.5批注：《化学反应工程简明教程》P12第5题下面哪种反应器组合形式可以最大程度降低反应器体积_______。

您的答案：B题目分数：0.5此题得分：0.5批注：《化学反应工程简明教程》P31第6题“三传一反”是化学反应工程的基础，其中所谓一反是指_______。

您的答案：D题目分数：0.5此题得分：0.5批注：《化学反应工程简明教程》P12第7题“三传一反”是化学反应工程的基础，不属于三传的是_______。

您的答案：A题目分数：0.5此题得分：0.5批注：《化学反应工程简明教程》P2第8题比较下面四个活化能，当反应活化能为_______，反应温度降低10℃时，其速率常数变化最大？您的答案：D题目分数：0.5此题得分：0.5批注：《化学反应工程简明教程》P14第9题下列不属于间歇反应器特点的是_______。

您的答案：D题目分数：0.5此题得分：0.5批注：《化学反应工程简明教程》P23第10题下列不属于全混流反应器特点的是_______。

您的答案：B题目分数：0.5此题得分：0.5批注：《化学反应工程简明教程》P25第11题下列反应其中，_______的返混程度最大。

您的答案：B题目分数：0.5此题得分：0.5批注：《化学反应工程简明教程》P25第12题下列反应其中，_______的返混程度最小。

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。

第二章 均向反应动力学1.在473K 等温及常压下进行气相反应：（1）3→A R 1.5R A r C = （2）2→A S0.5S Ar C =（3）→A T 2.1TA r C= 式中C A 为反应物A 的浓度（kmol/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：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：10.53AR R A r r C ==10.252AS S A r r C == 2.1AT T A r r C== 总反应速率为： 2.85A AR AS AT AR r r r C =++= 以一摩尔反应物A 为基准，总摩尔变化数为：0.50.25 2.13210.4392.85 2.85 2.85A δ=⨯+⨯+-=初始浓度为：200030.10130.5 1.28810/8.31410473A A P y C kmol l RT --⨯===⨯⨯⨯则有：2300(1) 1.288100.151.62810/110.50.4390.85A A A A A A C X C kmol ly X δ---⨯⨯===⨯++⨯⨯332.85 2.85 1.62810 4.64010/(.min)A A R C kmol l --==⨯⨯=⨯2.可逆一级液相反应PA −−←−→−，已知0,m kmol 5.0P030=⋅=-c c A ；当此反应在间歇反应器中进行，经过8min 后，A 的转化率为33.3%，而平衡转化率是66.7%，求此反应的动力学方程式。

解：()()x c k x c k txc t c x c c x c c c c k c k c k c k tc r A02A01A0A A0P A0A A A02A 1P 2A 1AA 1d d d d )1(d d --==-=-=--=-=-=-⎩⎨⎧=====+-+-=xx t t x t txk k k xx k k k tx,0,0d )(d )(d d 2112118333.022667.01667.01)1()(ln 121e e e 0A e 0A Ae Pe 21121121=====-=-=-====+-+-t x k k K x x x c x c c c k k K t k xk k k k k ()PA A A 1211212121212102888.005776.0d d min02888.0min 05776.02/08664.086931.05.0ln 18333.02111ln 1c c tcr k k k k k k k k k k k k -=-=-⎩⎨⎧==⎩⎨⎧==+=+=+-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+--- 3.液相自催化反应的动力学方程A+P-P+P 速率表达式00()/(.) c 0.95/ c 0.05/AA A P A P dc r kc c mol l h mol L mol L dt -=-===，1h 后测得速率最大值，求反应速率常数。

第一章 例题与习题解答例1每100 kg 乙烷（纯度100%）在裂解器中裂解，产生45.8 kg 乙烯，乙烷的单程转化率为59%，裂解气经分离后，所得到的产物气体中含有4.1kg 乙烷，其余未反应的乙烷返回裂解器。

求乙烯的选择性、收率、总收率和乙烷的总转化率。

解：以B 点的混合气体为计算基准进行计算即得到单程转化率和单程收率，而以对A 点的新鲜气体为计算基准进行计算得到全程转化率和全程收率。

新鲜原料通过反应器一次所达到的转化率，单程转化率（反应器进口为基准）；新鲜原料进入反应系统起到离开系统止所达到的转化率，全程转化率（新鲜原料为基准）。

现对B 点进行计算，设B 点进入裂解器的乙烷为100 kg 。

新鲜乙烷产品由于乙烷的单程转化率为59%，则在裂解器中反应掉的原料乙烷量为1000.5959H kg =⨯=E 点乙烷的循环量100 4.110059 4.136.9Q H kg =--=--=A 点补充的新鲜乙烷量为10010036.963.1F Q kg =-=-=乙烯的选择性为45.8/2845.8/28100%100%83.172%/3059/30S H =⨯=⨯=乙烯的单程收率45.8/28100%49.07%100/30y =⨯=乙烯的总收率（摩尔收率）45.8/2845.8/28100%100%77.77%/3063.1/30Y F =⨯=⨯= 乙烯的总质量收率'45.845.8100%100%72.58%63.1Y F =⨯=⨯= 乙烷的总转化率 %.%.%59310016359100＝＝＝⨯⨯F H X 例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：OH CH H CO 322⇔+ ））（O H O CH H CO 223242+⇔+ O H CH H CO 2423+⇔+ O H OH H C H CO 2942384+⇔+222H CO O H CO +⇔+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。

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 A dt2.2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 RA A A A A A A AdF r dV F F X Q C X dF Q C dX 故反应速率可表示为：0000(/)==A A A A A R R dX dX rQ 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。

0.650.04 1.790.34α-==故CO 的转化速率为 40030.10130.03 6.3810/8.31410573--⨯===⨯⨯⨯A A P C mol l RT4300 6.3810 1.79 1.1410/.min (/)--==⨯⨯=⨯A A A R dX r C mol l d V Q2.3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 C O2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 。

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：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 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 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。

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。

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1-2章答案（华东理工大学张濂版课后习题）第一章1-1 乙苯循环量：46kg/h 补充的新鲜乙苯：100-46=54 kg/h单程转化率=（100-46）/100×100%=54%选择率=（48/105）/(54/107)×100%=90.6%单程摩尔收率=（48/105）/(100/107)×100%=48.9% 单程质量收率=48/100×100%=48% 总摩尔收率=（48/105）/(54/107)×100%=90.6% 总质量收率=48/54×100%=88.9%单耗（摩尔）=1/90.6%=1.104 单耗（质量）=1/88.9%=1.1241-2以100kg进口气体为基准，设甲醛转化量为xkg则：进口出口100kg 100kg甲醛：10kg 1.6kg丁炔二醇：0kg 7.65kg转化率=（10-1.6）/10×100%=84%选择率=（7.65/86）/((10-1.6)/30)×100%=31.76%单程质量收率=7.65/100×100%=7.65%总质量收率=7.65/(10-1.6)×100%=91.07%1-3得到的顺丁烯二酸酐：20.27×34.5%=6.99t质量收率：6.99/7.21×100%=96.9%摩尔收率：(6.99/98)/(7.21/78)×100%=72.7%第二章2-1 化学计量方程式不影响速率表达式，因此以反应物B和产物P表示的反应速率表达式为：(-r B)=k B C B2C p22-2k C=(-r A)/C A n k P=(-r A)/P A nn=0 (-r A)=k C=k P mol/m3﹒hn=1 k C =(-r A)/C A=( mol/m3﹒h)/(mol/L)=(103h)-1k P=(-r A)/P A=( mol/m3﹒h)/Mpa=mol/m3﹒h﹒Mpan=2 k C=(-r A)/C A2=( mol/m3﹒h)/ (mol/L)2=(106h﹒mol)-1k P=(-r A)/P A2=( mol/m3﹒h)/(Mpa)2= mol/m3﹒h﹒Mpa2 2-3 t1=8d=11520min T1=20℃=293Kt2=10min T2=120℃=393Kln(r2/r1)=ln(k2/k1)=E/R(1/T1-1/T2)ln(11520/10)=E/8.314(1/293-1/393)E=67751J/mol2-4 ln(r2/r1)=ln(k2/k1)=E/R(1/T1-1/T2)1）r2/r1=2 T1=473K E1=156.9kJ/molln2=156.9×103 /8.314(1/473-1/T2)T2=482.3K=209.3℃△T=9.3℃2)同1），ln2=104.6×103 /8.314(1/473-1/T2)T2=489K=216℃△T=16℃2-5 ln(r2/r1)=ln(k2/k1)=E/R(1/T1-1/T2)ln2=E1/8.314(1/300-1/310) E1=57616J/mol同理：ln2=E2/8.314(1/400-1/410) E2=94607J/mol ln2=E3/8.314(1/500-1/510) E3=144040J/molln2=E4/8.314(1/600-1/610) E4=208332J/mol。

反应工程实验实验 1 连续搅拌釜式反应器液体停留时间分布及其流动模型的测定⑴ 何谓返混？答：返混是指不同的停留时间的微团之间的混合。

⑵ 返混的起因是什么？答：器内反应流体的流动状态、混合状态以及器内的传热性能等。

⑶ 限制返混的措施有那些？答：器内反应流体的流动状态和混合状态的复杂性，反应流体在反应器内浓度、温度和速度的分布造成返混。

⑷ 测定停留时间分布的方法有那些？答：脉冲法、阶跃法、周期示踪法和随机输入示踪法⑸ 本实验采用哪种方法？答：脉冲示踪法。

⑹ 何谓示踪剂？答：平推流和理想混合流。

⑺ 对于示踪剂有什么要求？答：反应器出口的反应物料的各质点具有不同的停留时间。

⑻ 本实验采用什么示踪剂？答：饱和KCL溶液。

⑼ 为什么说返混与停留时间分布不是一一对应的？答：器内物料的返混会导致各种不同的停留时间分布而有停留时间分布的反应器，器内未必一定有返混存在。

⑽ 为什么可以通过测定停留时间分布来研究返混？答：在定常态下的连续流动的系统中，相对于某瞬间的流入反应器的流体，在反应器出口流体的质点中在器内停留了⊿t的流体的质点所占的分率。

⑾ 模型参数与实验中反应釜的个数有何不同？答：多级全混流模型。

⑿ 模型参数与实验中反应釜的个数为什么不同？答：不同。

模型参数N的数值可检验理想流动反应器和度量非理想流动反应器的返混程度。

当实验测得模型参数N值与实际反应器的釜数相近时，则该反应器达到了理想的全混流模型。

若实际反应器的流动状况偏离了理想流动模型，则可用多级全混流模型来模拟其返混情况，用其模型参数N值来定量表征返混程度。

⒀ 如何保证各釜有效容积相等？答：要保持水的流量和釜内波面高度稳定。

⒁ 本次实验用什么来测电导率？如何清理？答：铂黑电极。

用丙酮清洗。

⒂ 实验过程中如何保持操作条件的恒定和测定仪器的稳定？答：每次实验前，需检查校正电导率仪指针的零点和满量程；保持电极插头洁净，用最好用丙酮擦拭干净；防止电极上气泡的形成，一旦有气泡必须及时清除(放水控干)。

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:%100221004.27⨯++--y x yx =6.983%空气：%1002210023279.54⨯++--y x y x =40.19% 水： %10022100281.17⨯++++y x y x =34.87%HCHO: %10022100⨯++y x x=17.26%CO 2: %10022100⨯++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 21.460.82CH40.55 3.62N22.92 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。

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。

在等温常压下不断解：利用反应时间与组分A的浓度变化数据，作出C～t的关系曲线，用镜A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?0.76???0.125mol/l.?h 6.1）式可知反应物的水解速率为由（2.6?dCA?0.125mol/lr?.h Adt2.2在一管式反应器中常压300℃等温下进行甲烷化反应：CO?3H?CH?HO242气体，改变进口原10ml催化剂体积为，原料气中CO的含量为3%，其余为N,H22料气流量Q进行实验，测得出口CO的转化率为：022.2 38.5 29.4 83.3 67.6 50.0 Q(ml/min) 07060 40 20 30 50 X(%)的转化速率。

50ml/min时CO试求当进口原料气体流量为解：是一个流动反应器，其反应速率式可用（2.7）式来表示?dF A?rA dV R F?F(1?X)?QC(1?X)AAAA000A dF??QCdX AA00A故反应速率可表示为：dXdX AA r?QC?C A00AA0dVd(V/Q)0RR)作图，过V用X～/QV/Q的点作切线，即得该条件下的=0.20mindX/d(V/Q0RA0RA0Rα。

值0.45 0.20 0.26 0.34 0.148 min V/Q0.12 0R70.020.0 % X30.0 60.0 40.0 50.0 A0.65?0.04??1.79?0.34 CO故的转化速率为P0.030.1013?4?0A??10lmol/C??6.380A RT?3??8.31410573dX?4?3A mol/l?1.14?10?6.38r?C?10.min1.79?0AA d(V/Q)0R催化剂上水煤气变换反应的正反应动力学方程为：Fe-Mg2.3已知在0.40.85?h?kmolr?kyy/kg COwCO2时反700Ky式中y和为一氧化碳及二氧化碳的瞬间摩尔分率，0.1MPa压力及CO2CO2堆密度为/g，0.0535kmol/kg.h。

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。

化学反应⼯程⼆,三章答案第⼆章习题1.动⼒学⽅程的实验测定时，有采⽤循环反应器的，为什么?答：循环反应器⾏为与全混流反应器相同，可以得到反应速率的点数据，⽽且反应器进出⼝浓度差⽐较⼤，对分析精度要求不很⾼。

2.为什么可逆吸热反应宜选平推流反应器且在⾼温下操作，⽽可逆放热反应却不是?根据可逆放热反应的特点，试问选⽤何种类型反应器适宜?为什么?答：可逆吸热反应的反应速率与化学平衡都随温度的升⾼⽽升⾼，⾼温下操作对⼆者都有利。

可逆放热反应的化学平衡随温度的升⾼向反应物⽅向移动，对达到⾼转化率不利。

对此类反应，可选⽤多段绝热反应器或换热条件较好的管式反应器。

3.⼀级反应A→P，在⼀体积为V P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V m，则V m/V p应有何关系?当转化率为0.6时，如果使V m=V p，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：)1ln()1()exp()1ln()1()1(CSTR )1ln(11d 1)(d PFR )exp()(A A Ap mA A A pm A 0A AA0m A A00AA A00A A A0P A 0A A AAx x x RT ERT E x x k kx V V x k c x F V x kc x x kE k kc r x x ----=---=-=--=-=-=-==-?)1ln()1()1ln()1( IF A A A A A P m m p x x x x x k k x V V T T A---=---==()()K07.43215.42302064.015.423876.234929.015.423876.23exp 6109.0637.115.42315.423314.884000 exp 1)6.01ln(6.016.0exp 10.6and 1IF m m mmmmm m m P m P A Pm =-=--=--=-=-- --===T T T T T T T TT T T T T R E x V V mnn n n kc x F V c V V cAf A0m 1Am1m 2A1m 1m 1AAA0m 2/1A 1m 2/1m 2/1A A A0m A1m 2m 2A A 0A m 1,1,2/11,2====-=======---或4. 在体积V R =0.12m 3的全混流反应器中，进⾏反应S R B A 21+??←?→?+kk，式中k 1=7m 3kmol -1min -1，k 2=3m 3kmol -1min -1，两种物料以等体积加⼊反应器中，⼀种含2.8kmolA ·m -3，另⼀种含1.6kmolA ·m -3。