华东理工大学化学反应工程原理习题

xA 0
当 5时txA 0.5 0.78h, txA 0.9 2.78h , txA 0.99 5.81h
当C B0 /C A0 =β 越大，达到相同转化率所需的时间越短； 当C B0 /C A0 不变时，随x A 的增大，所需t 增大，且 x A 越高，t 增加越快
当 1时t cA0
xA
0
xA dx 1 2 2 kcA kcA0 (1 xA ) 0 (1 xA ) ( xA ) dxA 1 ln kc2 A0 (1 xA )( xA ) kcA0 ( 1) (1 xA )
txA 0.5 5.31h, txA 0.9 47.7h，txA 0.99 524.4h 当 1时t cA0
t t 2 t 1 10 min
3-2 n=1，等温，证明xA=99.9%时所需反应时间是xA=50%
时所需反应时间的10倍
1 kt ln 1 xA
Ea k k 0 exp( ) RT
等温时，k 一定
1 1 ln ln t2 1 xA2 1 9 9 .9 % 1 0 1 1 t1 ln ln 1 x A1 1 50%
A和B的初浓度均为2kmol/m^3,P为目的产物，试计算反应 为2h的A的转化率和产物P的收率。
( rA )1 rp 2c A ( rA ) 2 2rR c 2 A
xA
2c A c 2 A
dc A dt
t 0.5ln
c A0 (2+c A ) c A (2+c A0 )
1 1 n c kt (1 xA ) 1 n 1
n 1 A0
t 2 (1 x A 2 )1 n 1 t1 (1 x A 1 )1 n 1
18 (1 0 .9 )1 n 1 8 (1 0 .8)1 n 1
n=2
xA c A 0 kt 1 xA
(nP nP 0 ) / p (7.65% 0) / (1* M C4 H 6O2 ) 0.635 (nA0 nA ) / a (10% 1.6) / (2* M HCHO )
x A 0.534
循环操作 0.635
m w*mtotal n M M
cB 0 / c A0 1和5时，转化率分别为0.5，0.9，0.99时所需的反
应时间，并对计算结果进行讨论。
2 rA kcAcB kcA0 (1 xA )(cB0 cA0 xA ) kcA 0 (1 xA )(
cB0 cB0 2 xA ) kcA (1 x )( x ) ( 令 ) 0 A A cA0 cA0
t5 9980 s t10 9990 s
t1 9900 s
1 kt 对于二级反应，若1/CA>>1/CA0 ， cA
反应时间t与反应物初始浓度无关。
dc A kc AcS 3-10 生物化工中胰蛋白原转化成胰蛋白酶时， dt
达到最大值
在间歇反应实验中测得不同温度下反应速率于某时刻 t MAX
代入数据，求平均值
k1 =6.37 104 s 1 k2 =1.25 104 s 1
3-23* 在等温间歇釜式反应器中进行下列液相反应：
A B P 2 A R rp 2c A kmol / (m3 h) rR 0.5c 2 A kmol / (m3 h)
k1 0.2, k2 0.5。 时， 求在该温度下所能达到的最大转化率为多
少？若要使 xA 0.9，则需采取何种措施？
x Ae k1 0.2 K x Ae 0.286 k2 1 x Ae 0.5
若要使xA=0.9，可以降温或者移除产物。
ln
K1 H 1 1 ( ) K2 R T1 T2
假设xA=1时，时间为t3
1 2 1 2
1 2
xA2无解
t3 1 (1 xA3 ) 1 (1 1) 1 1 t1 1 (1 xA1 ) 2 1 (1 0.75) 2
t 3 2 0 m in
30 min后反应物A完全转化，xA=100%
3-4
间歇反应器，cA0=1mol/L，t=8min后，xA=0.8； t=18min后，xA=0.9，求该反应的动力学关系？
k2 E 1 1 ln ( ) k1 R T1 T 2
ln 2
Ea 1 1 ( ) R T T 10
E a 0.5763T (T 10)
T（K） 300 400 94.51 600 210.92 800 373.43 1000 582.05
Ea（kJ/mol） 53.59
（1）T T 2 T 1 8.4o C （2）T T 2 T 1 12.7 o C
1 T2 1 R k2 ln T 1 Ea k 1
若使反应速率提高一倍，活化能愈大，所需提高的温度愈小
2-6 反应温度上升10℃，反应速率加倍，Ea与T之间的关系？ 当T1(K)=300、400、600、800和1000K时，求Ea
2 0.0184 0.9908 2 cP cA dcP dcA dcA 又 2cA ， 1 0.5cA dcP 0 cA0 1 0.5c dt dcP A cP 2In
c A 0.0184
1 cA0 / 2 1 2 / 2 cP 2ln cP / 2 0.684 1 cA / 2 1 0.0184 / 2
第2章 化学反应动力学
2-4 间歇反应器：CA0和xA相同（T1=20℃时，反应时间
t1=8d；T2=120 ℃时，反应时间t2=10min），试估算 Ea
反应转化量 rA =kCAn 反应时间 反应区
ktc
n 1 A0
1 1 n (1 x A) 1 n 1
k2 t1 k1 t2
当cB0/cA0=5时，二级反应可做拟一级反应处理 。
P ，已知 c A0 0.5mol / L , cP 0 0。当 3-20 可逆一级液相反应 A
此反应在间歇反应器中进行时，经过8 min A的转化率是 33%，而此时平衡转化率为66.7 %。此反应的动力学方程 。
C A0 C Ae x Ae (k1 k 2 )t ln ln C A C Ae x Ae x A
x Ae k1 0.667 K 2.003 k2 1 x Ae 1 0.667
( rA ) 0.0577c A 0.0288(c A0 c A )
*例3-8（p27）《化学反应工程原理——例题与习题》
P ，已知 (H ) 130959 J / mol 。已知210oC 3-21 可逆反应 A
k2 Ea 1 1 ln ( ) k1 R T1 T 2
Ea 67.55 kJ / mol
2-5 C2H4二聚反应：(1) T=200℃，Ea=156.9 kJ/mol； C2H6二聚反应：(2) T=200℃，Ea=104.6 kJ/mol。为使反应 速率加倍，要提高多少温度？
k2 Ea 1 1 ln ( ) k1 R T1 T 2
第1章 绪论
1-5 2 HCHO C2 H 2 C4 H 6O2 ，原料分离回收循环操作，
甲醛初始浓度10%（质量比），出反应器1.6%，丁炔二醇 初浓度0，出口浓度7.65%，求
x A , , ,
nA0 nA 10% 1.6% xA 0.84 nA0 10%
0.038 0.042
试问:k2 / k1 的转化率
的比值为多少？间歇反应器中P的最大浓度为多少？并求此时A
r1 k1c A
c p ; (其中k1 k1cB );同理r2 k2
k2 0.52 k1
t t1时，c A c A0 e k1t k1 cp c A0 (e k1t e k2 t ) k1 k2
3-13 在3-12题中，若 cB 0 / c A0 5 时，用拟一级反应方程式处理， 其计算结果与按二级反应处理相比较。
k kcB 1 k t ln 1 xA
t xA 0.5 0.73h , t xA 0.9 2.44h , t xA 0.99 4.88h
T2 441K
3-22 有一简单反应，原料A，产物P，实验测得下列数据，已知
c A0 1.89mol / L , cP 0 0 。
时间 A转化量 0 0 180 0.20 300 0.33 420 0.43 1440 1.05

1.58
试求平衡转化率和反应速率常数
c A0 c Ae 1.58 x Ae 0.836 c A0 1.89 x Ae k1 K k2 1 x Ae x Ae (k1 k2 )t ln x Ae x A
第3章 理想间歇反应器
3-1 间歇反应器，n=2，t1=5min时，转化率xA=50%;
若要xA=75%，需增加多长时间？
xA c A 0 kt 1 xA c A 0 kt 1 x A1 c A 0 kt 2 1 x A 1
t1 1 t2 3
xA2 1 xA2
t 2 15 min
3-26*
有一平行反应——串联液相反应：
1 A B P 2 B P R
r1 k1c AcB r2 k2 cB c p
cA0 在间歇反应器中，开始时溶液中含有A的浓度
及过量的B，得到如下数据：
时间T t1 t2 cA 0.055 0.01 cP
0.1kmol / m3
MAX
k1 k2 2k1 1 11/0.52 ( ) ( ) 0.492 k2 0.52
k1 k1 k2
k
1源自文库
c p MAX c A0MAX 0.0492kmol / m3 ; k1 xA 1 ( ) k2 0.744
C A0 (CT 0 C A ) CT 0 kt (C A0 CP 0 )kt In C A (CT 0 C A0 )
(C A )opt CT 0 C A0 CP 0 0.65+0.05 = = 0.35kmol/m3 2 2 2
293K :0.7 k1 2.4=In
k 0.5 L / (mol min)
3-8 在间歇反应器中进行二级反应 A P ，反应速率为
(-rA )=0.01c 2 A mol / s
当 c A0 分别为1，5，10 mol/L时，求反应到 c A =0.01 mol/L时， 所需反应时间。并对计算结果进行讨论。
kt
1 1 c A c A0
In
0.65(0.7 0.35) k1 ,同理 K 求k2 0.35(0.7 0.65)
k2 E 1 1 ( ) E 65.94kJ / mol k1 R T1 T2
3-12 在间歇釜式反应器中进行液相反应 A B P ，测得二级
61.5 102 L / (mol h) , c A0 0.307 mol / L ，计算当 反应速率常数：
3-3 n=1/2，10 min后xA=0.75, 30 min后转化率xA=?
1 n 1 n 1 C A 0 kt (1 x ) 1 A n 1
1 2 C kt 2 1 (1 x A ) 1 2 A0
t2 30 1 (1 xA2 ) 1 t1 10 1 (1 0.75)2