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化学反应工程第五版朱炳辰课后习题复习资料

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化学反应工程全套教学课件

化学反应工程全套教学课件

可逆反应 不可逆反应
❖ 按照反应分子数分
单分子反应 双分子反应
多分子反应
❖ 按照反应机理分 单一反应
多重反应
平行反应 同时反应 连串反应 平行连串反应 集总反应
平行反应：一例如：氯苯的再氯化 k1
C6H5Cl + Cl2
k2
对-C6H4Cl2 + HCl 邻-C6H4Cl2 + HCl
❖ 本征动力学：又称化学动力学，是在理想条件下研究化学反 应进行的机理和反应物系组成、温度、压力等参数，不包括 传递过程及反应器结构等参数对反应速率的影响。
❖ 宏观反应动力学与本征动力学的区别：宏观反应动力学除了 研究化学反应本身以外，还要考虑到质量、热量、动量传递 过程对化学反应的交联作用及相互影响，与反应器的结构设 计和操作条件有关。
❖传递工程：涉及到动量传递、热量传递和质量传递。
❖工程控制：反应器的运转正常与否，与自动控制水平 相关。
1.4 化学反应工程学中涉及的定义
❖ 宏观反应过程：在工业规模的化学反应器中，化学反应过程 与质量、热量及动量传递过程同时进行，这种化学反应与物 理变化过程的综合称为宏观反应过程。
❖ 宏观反应动力学：研究宏观反应过程的动力学称为宏观反应 动力学。
❖ 停留时间分布：在非理想流动中，不同的质点在反应器中的停 留时间不同，形成停留时间分布。
寿命分布：指质点从进入到离开反应
停留时间分布有两种
器时的停留时间分布
年龄分布：指仍然停留在反应器中的
质点的停留时间分布。
寿命和年龄的关系：寿命是反应器出口处质点的年龄。
❖ 返混：不同停留时间的质点或粒子的混合称为返混，又称为 逆向混合。是不同年龄质点的混合，逆向是时间的概念上的 逆向，不同于一般的搅拌混合。

(完整版)反应工程第五章习题答案

(完整版)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 AB A A B B r K p p K p K p κ=++ (4)/(1)B A B B BC 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+↔ （控制步骤）A B C σσσσ+↔+C C σσ↔+（2）11A A σσ+↔（控制步骤）22122111B B A BC C C σσσσσσσσ+↔+→+↔+（3）A A σσ+↔B B σσ+↔（控制步骤）A B C σσ+→+（4） B B σσ+↔ （控制步骤）A B C σσ+→ 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 CH COOH O CH COOC H H O2++↔+ 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 =292O p mmHg =24()C H p mmHg701001952473154655010(/)r mol hr g ⨯⋅催化剂 3.94.46.06.67.255.4注：1mmHg=133.322Pa如反应机理设想为2424242422423223232222O ()O O+AcOH AcOH C H C H AcOH C H HC H OAc O O HC H OAc O C H OAc H C H OAc C H OAc H H σσσσσσσσσσσσσσσσ+↔+↔+↔++↔+→+↔+↔控制步骤试写出反应速率并检验上述部分数据能与之符合否。

化学反应工程课后习题解答全解PPT教案

化学反应工程课后习题解答全解PPT教案

pA 0.0586t3 3.3119t2 82.305t 996.12
（3）对回归方程求导，得到微分方程
dpA 0.1758t2 6.6238t 82.305 dt
（4）由微分方程求各点的斜率，如下表
第78页/共94页
时间 0.0 2.5 5.0 10.0 15.0 20.0
/min
总压 1000 1400 1666 2106 2386 2586
/Pa
.5 .5 .4 .4
pA 1000 800 666. 446. 306. 206.
-（dp4A/）dt 对r8A 2.3ddptA66~.8pA
75 53.5
分7别5取自然8 对数，8 得到数据如下 33.6 22.5 20.1
pA 10500 84040 68616. 44476. 30036. 24096.
/min
总压 1000 1400 1666 2106 2386 2586
/Pa
【解】
（1）参照例2-.57将系.统5 总压.力4 转化.4为A
组分分压数
pA
pA0
P0 A
P
其中
A
31 2 1
pA
pA0
pA0 2
P
1.5 pA0
P 2
1500
0.5P
由此式可得到 A 组分分压随时间的变化数据见下表
因产物P的选择率为
S rP 2cA 2 0.6667 66.67% rP 2rR 3cA 3
所以产物P的收率为
YA S xA 0.66670.8571 0.5714 57.14%
第167页/共94页
3-9 A P T 555K, P 0.3MPa,
yA0 0.30, y惰0 0.65, FA0 6.3mol/ s,

《化学反应工程》(朱炳辰 第四版)课后习题第二章 答案详解

《化学反应工程》(朱炳辰 第四版)课后习题第二章 答案详解

10
15
C
2 A
(
RT
)2
mol
/(g s)
7.696
10 15
8.314
2
773 2
10
12
C
2 A
3.1787
10
5
C
2 A
[
mol
/( g
s)]
k w 3.1787 10 5 [cm6 /(mol g s)]
kV P kw 0.8 3.1787105[cm3 /(mol s)]
2-7
西南科技大学应化 0902
2011-10-31
解：由
dcA dt
k cA K cA
可得， ( K
k
1 . cA
1 k )dcA
dt
即，
K k
lnc A
1 k
cA
t
代入表格中数据有， K ln 1 1 (1.0 10.0) 7.45103
k 10.0 k
K ln 0.25 1 (0.25 10.0) 9.56103 k 10.0 k
化学反应工程朱炳辰第四版课后习题第二章答案详解
西南科技大学应化 0902
2011-10-31
《化学反应工程》教材 P75-76 作业参考答案
2-5 解：（1）分别写出 a、c 为控制步骤的均匀吸附动力学方程；
(a) (1) rA＝raA rdA＝kaA pA0 kdA A
(2)
0＝1＋bA
1 pA＋bB
1
n
yj yAN j / NA
n
y j 0.09
17 / M j
即 DAm
jA
DAj
jA

化学反应工程第五版答案

化学反应工程第五版答案

化学反应工程第五版答案【篇一：化学反应工程第一章习题参考答案】txt>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：s???0.9611?96.11%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ap醛和二氧化碳的摩尔数na、np和nc分别为： na=na0(1-xa)=7.672 molnp=na0yp=18.96 molnc=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 molno=no0-1/2np-3/2nc=0.8788 molnn=nn0=43.28 mol解二：（1）根据定义：目的产物收率目的产物选择率y=消耗于主产物l上的关键组分a的量进入反应系统的a的初始量 s=消耗于主产物l上的关键组分a的量转化了的关键组分a的量反应物的转化率 xa＝转化了的关键组分a的量进入反应系统的a的初始量转化率、收率和选择率的关系y=xas已知：xch3oh= 72%yhcho = 69.2%s?则yhchoxch3oh?69.2%72%?96.11%（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：nch3oh = 2*(1-72%) =0.56molnhcho = 2*69.2%=1.384molnh2o =1.3+2*69.2%+2*(72%-69.2%)*4/2=2.796molnco2 = 2*(72%-69.2%)=0.056moln空气 = 4-2*69.2%*1/2-2*(72%-69.2%)*3/2=3.224mol(其中no2 = 4*21%-2*69.2%*1/2-2*(72%-69.2%)*3/2=0.064molnn2 = 4*79%=3.16mol）总物质的量为：nt = 0.56+3.224+1.384+2.796+0.056=8.02mol各组分组成为：ych3oh=0.56/8.02*100%=6.98%y空气= 3.224/8.02*100%=40.20%（其中yo2=0.80%,yn2=39.4%） yhcho=1.384/8.02*100%=17.26%yh2o=2.796/8.02*100%=34.86%yco2 = 0.056/8.02*100%=0.70%解：（1）?dnadna?kvrfa；??kwfa； dvrdwvr??b??bdvr?dw??dnadna????bkwfa dwdvr?b或者vr?sissdndna?p?w?i?pdvr?dw??a???i?p?kwfa dwsvsvdvrsvsi?psv即kvrsgsi??b?kw??p?kw?kw或 svsivr?sisdnadnasi?w?idvr?dw??????kwfa dwsgsgdvrsgsisgkvrsgsi??b?kw??p?kw?kw svsi（2）?dna?kwfa?kffa dw?kdnap?kcca?kca?cpa?kppa dwrgtrgtdnapyap?kcca?kc?kcya?kyya dwrgtrgt?对于理想气体，f接近于p，所以有kc?rgt?kp?rgt?kf?rgt?kw?rgtp?ky?dna?kwfa?kffa?kf?apa dwrgtp?ky kc?rgt?kp?rgt?kf?rgt?a?kw?1-6 有如下平行反应，0p为目的产物，各反应均为一级不可逆放热反应，反应活化能依次为e2e1e3，kj为j反应的指前因子，证明最佳温度top?e3?e2 k30(e3?e1)rln0k2(e1?e2)k1?k10e证明：?e1rte2rtncancanca0k2?k2e?k3?k30e因n相同，所以p的选择率 e?3rts??rprp?rs?rt1 1?s?trprp10k2k30(e1?e3)/rt(e1?e2)/rt1?0e?0ek1k1?令ds?0 dt所以0k30(e1?e3)/rtk2(e1?e2)/rtd(1?0e?0e)0k1k1k2e1?e2(e1?e2)/rtk3 0e1?e3(e1?e3)/rt???0e?0e?022dtk1rtk1rt1d()ds??dtdt0k2e1?e2(e1?e2)/rtk30e3?e1(e1?e3)/rte?0e整理，得022k1rtk1rtk30e3?e1e(e1?e2)/rt?0 (e1?e3)/rtk2e1?e2et?即ope3?e2k30(e3?e1) rln0k2(e1?e2)【篇二：化学反应工程作业答案】解： a?b?c?dra?k?c设a的转化率为xa，b的转化率为xb a?cbxa?na0?na??nanb0?nb??nb??xb? na0na0nb0nb0∵na0?nb0 ， ?na??nb ，∴ca?cb xaft=ca0?0dxa=ca0raxaf?011dxak=-=169.6 min2kc(1?x)ck?caa0afa0t与反应体积无关。

《化学反应工程》(朱炳辰-第五版)第五章部分课后习题答案

《化学反应工程》(朱炳辰-第五版)第五章部分课后习题答案
2 a
a
+ 1 .7 5 = 3 9 .0 7ψ
a
,将 此 式 变 为 :
− 1 . 7 5ψ
a
a
− 8 .7 7 8 = 0
解 此 方 程 得 :ψ
= 0 .4 9 6 9
5-8 由直径为 3mm 的多孔球形催化剂组成的等温固定床,在其中进行一级不可逆反应,基于催化剂颗粒体积 -1 2 计算的反应速率常数为 0.8s ,有效扩散系数为 0.013cm /s,当床层高度为 2m 时,可达到所要求的转化率.为 了减小床层的压力降,改用直径为 6mm 的球形催化剂,其余条件均不变,,流体在床层中流动均为层流,试计
−3
查 ” 无 机 化 工 反 应 工 程 ”P108 图 4-1 得 ε =0.45, 混 合 气 的 物 性 数 据 按 空 气 计 算 误 差 不 大 ,733K 下 , ρ =0.4832kg/m3,μ=0.034 厘泊=3.4×10-5Pa.s,因此有:
f =
150 µ (1 − ε ) 1 5 0 × 3 .4 × 1 0 −5 (1 − 0 .4 5 ) + 1 .7 5 = 1 5 0 × + 1 .7 5 = + 1 .7 5 Re d pu0ρ 6 .0 0 5 × 1 0 −3 ( 2 1 .7 5 A −1 ) × 0 .4 8 3 2
(1 )
f =
∴
150 1− ε = 150 × µ Re d pu0 ρ
p2
f1 = d f2
/d
p1
(2)
(1),(2)式联立:
L1d p 2 d p 2 L ⎛ d p2 ∆ p1 = = 1 ⎜ ∆ p2 L 2d p1d p1 L2 ⎜ ⎝ d p1

第一二章 化学反应工程基础

第一二章 化学反应工程基础

结构型式
适用的相态
应用举例
反应釜（包括 液相、气-液相、液-液 苯的硝化、氯乙烯聚合、高压聚乙烯、
多釜串联）
相、液-固相
顺丁橡胶聚合等
管式 鼓泡塔
气相、液相
石油裂解、甲基丁炔醇合成、高压聚乙 烯等
气-液相、气-液-固（催 硫酸的生产、苯的烷基化、二甲苯氧化、
化剂）相
乙烯基乙炔合成等
固定床
气-固（催化或非催化） 二氧化硫氧化、氨合成、乙炔法制氯乙
• 由于反应过程中反应物料的浓度随时间不断 变化，所以间歇反应是不稳定过程。这类反 应器通常是使用釜式反应器。
• 间歇反应器能用一釜进行多品种的生产， 操作灵活性与弹性大，投资小，适用于小 规模多品种的生产过程。
• 但间歇反应器操作需要较多的辅助时间(投、 出料，清洗、升温等)，所以设备的利用率 低，产品质量不易均匀，特别在聚合物生 产时会使聚合产物的聚合度及其分布发生 变化，影响产品的性能。
第二章 化学反应工程基础
第一节 化学反应和反应器分类
第一节 化学反应和反应器分类
一、化学反应的分类 二、反应器的分类 三、连续反应器内流体流动的两种理想型态
一、 化学反应的分类
• 按化学反应的特性分类 • 按反应物料的相态分类 • 按反应过程进行的条件分类
（1）按化学反应的特性分类
反应机理
简单反应、复 杂反应
3. 一级可逆反应
三 复合反应动力学方程式
• 复合反应是有几个反应同时进行，要用几 个动力学方程式来描述。
• 常见的复合反应有平行反应、连串反应、 平行连串反应。
1. 平行反应
2. 连串反应
由上图可以看出，A的浓度呈指数下降，S的浓度随反应 时间呈连续上升形状，而R的浓度随时间上升到一个最大 值后再下降。将式2-32对t微分，就可以求出tmax

反应工程课后习题

反应工程课后习题

第二章1．在一管式反应器中等温下进行甲烷化反应：催化剂体积为10ml,原料气中CO含量为3％，其余为N2、H2,气体，改变进口原料气流量Q0 进行实验，测得出口CO 的转化率为：83.367.650.038.529.422.2X/%203040506070试求当进口原料气体流量为50ml/min 时的转化速率。

解：是一个流动反应器，由（2.7）式可知其反应速率为rA=－dFA/dVrFA= FA,0(1－XA)=Q0CA0(1－XA)dFA=－Q0CA0dXA故反应速率可表示为：rA= Q0CA0dXA/dVr=CA0dXA/d（Vr/ Q0）用XA－Vr/ Q0作图，过Vr/ Q0=0.20min的点作切线，即得该条件下的dXA/d（Vr/ Q0）值aVr/ Q0 min 0.12 0.148 0.2 0.26 0.34 0.45XA % 20 30 40 50 60 70由（2.6）式可知rA=－dCA/dt=－d{CA0（1－xa）/ dt= CA0 dXA/ dt代入速率方程式CA0 dXA/ dt=0.8 C2A0(1－XA)2化简整理得dXA/(1－XA)2=0.8CA0dt积分得0.8 CA0t= XA/(1－XA)=9.6解得XA=90.59%2．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9.629×104J/mol，如果不考虑逆反应，在反应物料组成相同的情况下，试问反应温度为550℃时的速率比反应温度为400℃时的反应速率大多少倍？解：从题中可知，反应条件除了温度不同外，其他条件都相同，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。

r550/r400=k550/k400=Aexp(－E/RT550)/ Aexp(－E/RT400)=eE/R(1/T400－1/T550)=23(倍)3．在一恒容反应器中进行下列液相反应式中分别表示产物R及D的生成速率。

《化学反应工程》全册配套完整教学课件

《化学反应工程》全册配套完整教学课件
床层或反应器内宏观动力学模型(或简称床层动力学模型) 各种类型反应器内的催化剂床层，计入反应气体与催化剂颗粒的相 互流动状况，和使用过程中催化剂失活影响的诸多因素，即处于介 尺度的宏观动力学。
Copyright 2011 by Southeast University
Chemical Reaction Engineering
物质在反应装置中的流动、传质和传热与化学反应之间相互关系的 概念，称为物理概念模型。 数学模型 表达物理概念模型的数学式称为数学模型。 数学模拟方法 用基于物理概念模型的数学模型来模拟反应过程的 方法称为数学模拟方法。
Copyright 2011 by Southeast University
固体颗粒细小，气流流动情况 复杂。
催化剂带出少，要求气液分布 均匀，温度调节较难。
固相在液相中悬浮，气相连续 流入及流出反应器。
固相在液相中悬浮，液相和气 相连续进入及流出反应器。
粒子返混小，相接触面小，传 热效能低。
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Chemical Reaction Engineering
一、化学反应工程学的研究范畴
过程工业
从事物质的化学转化，生成新的物质产品； 各个生产环节具有一定的不可分性，形成生产流程，并多数连续生
产。
过程工业包括两个过程：
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Chemical Reaction Engineering
气流床 滴流床 鼓泡淤浆床 三相流化床 回转筒式 螺旋挤压机式
气-固相 气-液-固三相 气-液-固(催化及非催化) 气-液-固(催化及非催化) 气-固相，固-固相 高黏度液相

(完整版)反应工程第五章习题答案

(完整版)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+↔22122111B B A BC 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 CH COOH O CH COOC 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 =，292O p mmHg =。

24()C H p mmHg701001952473154655010(/)r mol hr g ⨯⋅催化剂3.94.46.06.67.255.4注：1mmHg=133.322Pa如反应机理设想为2424242422423223232222O ()O O+AcOH AcOH C H C H AcOH C H HC H OAc O O HC H OAc O C H OAc H C H OAc C H OAc H H σσσσσσσσσσσσσσσσ+↔+↔+↔++↔+→+↔+↔控制步骤试写出反应速率并检验上述部分数据能与之符合否。

《化学反应工程》第五版(朱炳辰)课后习题答案

《化学反应工程》第五版(朱炳辰)课后习题答案

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），当进入反应器的总原料量为100mol 时，则反应器的进料组成为A P 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：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。

化学反应工程第五版复习资料

化学反应工程第五版复习资料

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），当甲醛和二氧化碳的摩尔数、和分别为：0(1)=7.672 018.960()=0.7672结合上述反应的化学计量式，水（）、氧气（）和氮气（）的摩尔数分别为：0238.300-1/23/20.8788 0=43.281. 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粗甲醇 100 放空气体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 26.82 15.49 H2 68.25 69.78 2 1.46 0.82 4 0.55 3.62 N2 2.92 10.29粗甲醇的组成为3 89.15%,(3)2O 3.553H9 1.102O 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1粗甲醇而言，其溶解量为2 9.82g 9.38g2 1.76g4 2.14g25.38g 。

(完整版)反应工程第五章习题答案

(完整版)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 AB A A B B r K p p K p K p κ=++ (4)/(1)B A B B BC 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+↔ （控制步骤）A B C σσσσ+↔+C C σσ↔+（2）11A A σσ+↔（控制步骤）22122111B B A BC C C σσσσσσσσ+↔+→+↔+（3）A A σσ+↔B B σσ+↔（控制步骤）A B C σσ+→+（4） B B σσ+↔ （控制步骤）A B C σσ+→ 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 CH COOH O CH COOC H H O2++↔+ 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 =292O p mmHg =24()C H p mmHg701001952473154655010(/)r mol hr g ⨯⋅催化剂 3.94.46.06.67.255.4注：1mmHg=133.322Pa如反应机理设想为2424242422423223232222O ()O O+AcOH AcOH C H C H AcOH C H HC H OAc O O HC H OAc O C H OAc H C H OAc C H OAc H H σσσσσσσσσσσσσσσσ+↔+↔+↔++↔+→+↔+↔控制步骤试写出反应速率并检验上述部分数据能与之符合否。

化学反应工程

化学反应工程
❖ 1970年在美国华盛顿召开了第一届国际化学反应 工程年会，并在此后两年举办一次
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❖化学反应工程的新阶段：20世纪80年代后期
除了传统领域(化学工业、石油化工、冶金 化工)外，许多新的技术相继发展(如生物技 术、光导纤维以及新材料等)，使反应工程 产生了许多分支学科，如生化反应工程、 聚合反应工程等，扩大了化学反应工程的 研究领域，从而使化学反应工程的研究进 入了一个新的阶段。
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❖反应动力学：阐明化学反应速率与各项物 理因素（如浓度、温度、压力和催化剂等） 之间的定量关系。
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❖催化剂：如粒内传热，微孔中的扩散，催 化剂中活性组分的有效分布、催化剂的活 化和再生等等。
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❖设备型式、操作方法和流程：反应不同， 规模不同，适合的反应器型式和操作方式 也会不同。为了实现某一反应，可有多种 技术方案，包括热量传递、温度控制、物 料是否循环等等，何种方案最为经济合理， 流程据此来拟订。
中试
修正基础模型
图1.2 数学模拟放大方法示意图
用
计
算
机 作过
多程
方的
案基
及 优 化
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1.6 工程放大与优化
❖ 工程放大和优化：将实验室和小规模生产的研究 成果推广到大型工业生产装置，要综合各方面的 有关因素提出优化设计和操作方案，即工程放大 和优化。
❖ 工程放大的方法：主要有相似放大、经验放大法 和数学模型放大法。
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❖ 相似放大法：生产装置以模型装置的某些参数按 比例放大，即按照相同准数对应的原则放大，称 为相似放大法。
❖ 经验放大法：按照小型生产装置的经验计算或定 额计算，即在单位时间内，在某些操作条件下， 由一定的原料组成来生产规定质量和产量的产品。

《化学反应工程》(第五版)第二、第三章部分课后习题答案

《化学反应工程》(第五版)第二、第三章部分课后习题答案

2-13 乙烯直接水合制乙醇可视为对乙烯的一级不可逆反应， 300 7.09M 在300 ℃ 、7.09MPa下，k=0.09s-1,Deff=7.04 10-4cm2/s，采用直 =7.04×10 5 径与高均为5mm的圆柱形催化剂，求内扩散有效因子。 解： 由已知条件：
T = 300 + 273.15 K = 573.15 K ; P = 7.09 MPa; kVC = 0.09 s −1 ; Deff = 7.04 × 10 − 4 cm 2 / s
P
∗ C4 H 8
⇒P
∗ C4 H 8
=
PC4 H6 PH 2 KP
−5
ka = ，并令ka = k，可得： kd
rC4 H8＝
k pC4 H8－pC4 H6 pH 2 / K p） （
1＋bC4 H（pC4 H6 pH 2 / K p）＋bC4 H6 pC4 H6 8
（1）C为控制步骤
n
rC4 H6＝kdθC4 H6 − ka pC4 H6 (1 − ∑θi ) − − − 1
2-12 用空气在常压下烧去催化剂上的积碳，催化剂颗粒直径为 e 1molO 5nm 5nm，颗粒有效导热系数λe=0.35J/(m.s.K),每燃烧1molO2放出 5.4 760 热量5.4 108J，燃烧温度760 ,时，氧在催化剂颗粒内的有效 5.4×10 760℃, 5 10 扩散系数为5×10-7cm2/s /s。试估计定态下，催化剂颗粒表面与中 心的最大温差。 解： 由已知条件：
θ 0.50 1 = DNH 3e = × = 2.54 × 10−4 cm 2 / s δ 2.5 787.32
2-11 求下述情况下，催化剂孔道中的CO的有效扩散系数。已知 气体混合物中各组分的摩尔分数：yH2O=0.50 yCO=0.1 =0.50， =0.1， 400 0.709MPa yCO2=0.06 yN2=0.24; =0.06， =0.24;温度400 400℃，压力0.709MPa 0.709MPa。催化剂平均 10nm 0.50 2.06 直径10nm 10nm，孔隙率0.50 0.50，曲折因子2.06 2.06。 解： d = 2ra = 10 nm = 10 −9 m ⇒ ra = 5 × 10 −9 m = 5 × 10 −7 cm

完整版化学反应工程课件

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❖ 相似放大法：生产装置以模型装置的某些参数按 比例放大，即按照相同准数对应的原则放大，称 为相似放大法。
❖ 经验放大法：按照小型生产装置的经验计算或定 额计算，即在单位时间内，在某些操作条件下， 由一定的原料组成来生产规定质量和产量的产品。
数学模型放大法：
基础实 验测试
拟订过 程模型
用
电 子 计 算
8.聚合反应：含缩聚，加成聚合，自由基聚合，离子 型聚合，络合配位聚合，开环聚合，共聚
2.1.2 反应器的分类
间歇反应器 ❖ 按照操作方法分类 管式及釜式连续流动反应器
半间歇反应器
平推流模型
理想流动模型
❖ 按照流动模型分类
全混流模型
非理想流动模型
❖ 间歇反应器：反应物一次加入反应器，经历一定 的反应时间达到所要求的转化率后，产物一次卸 出，生产是分批进行的。如果间歇反应器中的物 料由于搅拌而处于均匀状态，则反应物系的组成、 温度、压力等参数在每一瞬间都是一致的，但随 着操作时间或反应时间而变化，故独立变量为时 间。
着眼于反应物A： A 对于反应物B： B
L M 是连串反应
L 发生的是平行反应
M
例如：甲醇部分氧化生成甲醛的反应
CH3OH + ½ O2 → CH2O +H2O CH2O + ½ O2 → CO +H2O
吸热反应 ❖ 按照反应热效应分
放热反应
均相反应 ❖ 按照相态分布分
非均相反应
间歇过程
❖按照操作方法分 连续过程 （平推流，全混流，中间型）
❖传递工程：涉及到动量传递、热量传递和 质量传递。
❖工程控制：反应器的运转正常与否，与自 动控制水平相关。
1.4 化学反应工程学中涉及的定义

《化学反应工程》(第五版)第三章课后习题答案 (经典)汇编

《化学反应工程》(第五版)第三章课后习题答案 (经典)汇编

0.004L
/
min
V01
V02
V0 2
0.5 0.004
2mL / min
习题3-6解答
已知： rA kCA2; k 17.4ml /(mol min) 0.75g / ml; V0 7.14 L / min;
CA0 7.14mol / L; 试求下列方案的转化率。
解： （1）串联两个体积0.25m3的CSTR
0.78(h)
当xA 0.9时，
1
5 0.9
t2 4 0.615 0.307 ln 5 (1 0.9) 2.79(h)
当xA 0.99时，
1
5 0.99
t2 4 0.615 0.307 ln 5 (1 0.99) 5.81(h)
分析：等当量配料，随转化率提高，反应时间迅速增长； 若采用过量组分配料，随转化率提高，反应时间增长放慢。
2
L+ B
M
r1 k1CACB r2 k2CLCB
CA0 0.1kmol / m3 B大量过量，
t
cA
cM
t1
0.055
0.038
t2
0.01
0.042
(1) k2 ? k1
(2)BSTR : CL,max ? (3)xA ?
【分析与解答】
液相反应，前后体积不变；由此可确定L浓度。
B组分大大过量，近似为一级反应；由此可简化速率方程。
结果为：
r1 k1CACB k1CA;
r2 k2CLCB k2CL
t
cA
cL
t1
0.055 0.007
t2
0.01
0.048
解：（1）由于是间歇反应器，所以
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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 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 mol1. 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，计算进料原料其中x i =y i i i i m i iM ’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F CO =0.1549A+9.38B/(28×1000) 将求得的A 、B 值代入得F CO =4.431 kmol/h 故CO 的全程转化率为CO,0CO COCO,0F F 26.82 4.435X 83.48%F 26.82--===由已知循环气与新鲜气之摩尔比，可得反应器出口处的CO 摩尔流量为F ’CO,0=100×0.2682+7.2×100×0.1549=138.4 kmol/h 所以CO 的单程转化率为CO,0CO 'COCO,0F F 26.82 4.435X 16.18%F 138.4--===产物粗甲醇所溶解的CO 2、CO 、H 2、CH 4和N 2总量D 为(9.829.38 1.76 2.14 5.38)BD 0.02848Bkmol /h1000++++==粗甲醇中甲醇的量为(B-D)X 甲/M m =(785.2-0.02848B) ×0.8915/32=21.25 kmol/h 所以，甲醇的全程收率为Y 总=21.25/26.82=79.24% 甲醇的单程收率为Y 单=21.25/138.4=15.36%2 反应动力学基础2.1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 hAdt2.2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)-==-=-=-AA 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：000(/)==A AA 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 R0.650.04 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(/)--==⨯⨯=⨯AA A R dX r C mol l d V Q 2.3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。

33230.450.45330.45(1) 1.13100.053560.46/.6(2) 1.7810/.301011(3)()()0.05350.15080.1013..()8.3110700(4)()(0.05350.333(0.1）ρρρρ-==⨯⨯=-===⨯⨯⨯==⨯=⨯⨯==⨯=v b w bbg w wvb n p w nc 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 h2.4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1.50.522200.80.80.8(1)===-A A B A A A r C C C C X由（2.6）式可知00(1)⎡⎤⎢⎥⎣⎦--==-=A A A A A A d C X dC dX r C dt dt dt 代入速率方程式2200.8(1)=-A A A A dX C C X dt化简整理得00.8(1)=-AA A dX C dtX 积分得00.81=-AA AX C t X解得X A =82.76%。

2.5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:44217.5810/8.314723162'1617.5810/8.314723430.532exp()exp()2277/ 1.14510exp() 1.14510 1.05510()/.-⨯⨯-⨯⨯-=-===⨯-==⨯=⨯sususuE k A RT E A k e RT E k A e m MPa m hRT490℃的Kp 值由题给公式计算出4722log 2047.8/763 2.4943log763 1.25610763 1.8564107633.206 1.25245.59210 ---=--⨯⨯+⨯⨯+=-=⨯p p K K 求k 1值：22'112'22243 1.531(5.59210) 1.0551033()/.--===⨯⨯⨯=pp k K k K k k k m MPa m h求各组分的分压值：2233122+↔N H NH5716.0.14160*(-2)*2087.01.14160*2087.0*3-626.0 1y 13y y 1904.0 .14160*(-2)*2087.01)1416.0-(12087.0 1y y y 1416.05.6914.45*(-2)*2087.01*2087.0*211035.010.01y y y 22123211 %87.20Py , 1y y y 1000H H 000A A 00R 0R R 0000000＝＝－）＋－（＝，+=δ+-==+=δ+-===+--=δ+νν-=δ==δ+νν-=δ+νν-=A A A AA AA A AA A A AA AA A AA AA A i i AA A A A Aii i AA A A A Aii i X y X X y X X X X X X y X y p X y X X y X p p pP y i i p =各组分的分率及分压值为反应速率为：322321.5 1.541.5121.5333317.15333.0 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 h2.6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。

400550119629011()()5505505508.314673823400400400exp()23exp()（倍）---=====-E R T T E A r k RT e e r k E A RT2.8解：（1）求出转化率为80%时各组分的分压：以100mol222233223320.1013 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：32230.50.5335.841043.261.46108.5510---⎛⎫⎪⎝⎭⨯===⨯⨯SO P SO op K p p(3)求平衡温度Telog 4905.5/ 4.64554905.5780.96.282=-==p e e K T T K(4)利用（2.31）式求逆反应活化能E 值4459.629109.21110 1.40310/2ν-⨯∆=-=⨯-=⨯su u r rr H E E J mol(5)利用（2.31）式求最佳温度T OP4780.9739.0048.314780.914.031ln 1ln 9.211(14.039.211)10===⨯++-⨯-su su u r u r eOP e T T KRT E E E E2.9解：反应物A 的消耗速率应为两反应速率之和，即22 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)-=+AA 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 AC A A A C A A A X C t dC X C C C t h2.10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。