1 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100mol时，则反应器的进料组成为
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（1-7）和（1-9）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：
nA=nA0(1-XA)=7.672 mol
nP=nA0YP=18.96 mol
nC=nA0(XA-YP)=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：
nW=nW0+nP+2nC=38.30 mol
nO=nO0-1/2nP-3/2nC=0.8788 mol
nN=nN0=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%
CH3OH 7.672 6.983
HCHO 18.96
17.26
H2O 38.3
34.87
CO2 0.7672 0.6983
O2 0.8788
0.7999
N2 43.28 39.39
解二：（1）根据定义：目的产物收率 LAY=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
学习必备 欢迎下载
化学反应工程学问点梳理
第一章 化学反应工程简介
化学反应工程是讨论化学反应和工程问题的科学
动量传递，热量传递，质量传递及化学动力学，可概括为“三传一反”－－第三个里程碑；
其次章 均相反应动力学
A A
- dn
A
Vdt B
S S R
B R
（由于反应而消耗的
A的摩尔
数） (- r )
A
(单位反应区域
)( 单位时间
)
dn
dt 1
V 1 dn
S
r
S A
( r )
A
V dt
反应进度：
n
A n
A 0
A n
B n
B 0
B n
R n
R 0
R n
P n
P0
P n
K
i 0
x
i x
K
某反应物的转化量
该反应物的起始量 n
i 0 n
K 0
n
K 0 n
K
转化率：
x K
K
n
n
K 0 n
0
n
K n
n
0 (n
n
0 )
膨胀因子：
K
K
n
K 0 x
K n y x
0 K 0 K
y
i K 0
y ( 1 x )
i 0 K
y ( 1
x
i ) y
i
i 0 K 0
y
i
1 y x 1 y x
K K 0 K K K 0 K
n
A
V n
A 0 (1 x
A ) (1 x
A )
A y
A0 x
A )
C
A C
A0
V
0 (1
A y
A0 x
A )
(1
E
RT (
r
A ) kC
A C
B k
C ( RT )
k
P k k e
0
E
RT ln k
ln k
0
不行逆反应
AA
B B
SS
dC
C
A 0
A
kt
a
b
B C C
C
A
A
dC
A
dt a b
(
r
A ) kC
A C
B
第 1 页，共 5 页
学习必备 欢迎下载
均相催化反应
CC 为催化剂浓度
dC
A
dt ( r ) (kC )C
A C A
自催化反应 →
A + C 2C + R
dC
A
dt ( r
A ) kC
AC
C
R+S
串联反应 P
A + B
总收率
n
P
n
A0 n
P 0
n
A P
单位时间内生成
单位时间内消耗 P的摩尔
第一章 绪论 1、化学反应工程是化学工程学科的一个分支，通常简称为反应工程。其内容可概括为两个方面，即反应动力学和反应器设计与分析。2、传递现象包括动量、热量和质量传递，再加上化学反应，这就是通常所说的三传一反。3、反应组分的反应量与其化学计量系数之比的值为定值，ξ叫做反应进度且恒为正值。、本书规定反应物的化学计量系数一律取负值，而反应产物则取正值。8、工业反应器有三种操作方式： ① 间歇操作；② 连续操作；③ 半间歇(或半连续)操作 9、反应器设计的基本内容一般包括：1）选择合适的反应型式 ；2）确定最佳操作条件 ；3）根据操作负荷和规定的转化程度，确定反应器的体积和尺寸 。
10.反应器按结构原理的特点可分的类型： 管式，釜式 ，塔式，固定床，流化床，移动床，滴流床反应器。
第二章 3、温度对反应速率的影响 如果反应速率方程可以表示为：r=f1 (T)f2(c )，f1(T)是温度的影响。当温度一定时，其值一定。通常用阿累尼乌斯方程（Arrhenius‘ law）表示反应速度常数与温度的关系，
即， 为指前因子，其因次与k相同；E为反应的活化能；R为气体常数。两边取对数，则有 ： lnk=lnA0－E/RT ，lnk对 1/T作图，可得－直线，直线的斜率=－E/RT 。
注意：不是在所有的温度范围内上面均为直线关系，不能外推。
其原因包括：(1)速率方程不合适； (2)反应过程中反应机理发生变化；(3)传质的影响；(4)指前因子A0与温度有关。
速率极大点处有： 对应于极大点的温度叫做最佳温度Top。速率为零点处有: rA=0
6、多相催化与吸附 1）、催化剂的用途：①加快反应速度②定向作用(提高选择性)－化学吸附作用结果 2）、催化剂的组成：主催化剂－金属或金属氧化物，用于提供反应所需的活性中心。
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tcrddAA，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 (1)
D4CA3DD4CA3C22BA1CC22BA1BD4CA3C22BA1A22ckcckrckcckckcckrckcckrckcckckcckr
(2)
E6DC5D4CB3DE6DC5D4CB3C22BA1CD4CB3C22BA1BC22BA1A22ckcckckcckrckcckckcckckcckrckcckckcckrckcckr
