化学反应工程__第四版__第一章作业
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第一章绪论习题1.1 解题思路:(1)可直接由式(1.7)求得其反应的选择性(2)设进入反应器的原料量为100 ,并利用进入原料气比例,求出反应器的进料组成(甲醇、空气、水),如下表:组分摩尔分率摩尔数根据式(1.3)和式(1.5)可得反应器出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数、和。
并根据反应的化学计量式求出水、氧及氮的摩尔数,即可计算出反应器出口气体的组成。
习题答案:(1) 反应选择性(2) 反应器出口气体组成:第二章反应动力学基础习题2.1 解题思路:利用反应时间与组分的浓度变化数据,先作出的关系曲线,用镜面法求得反应时间下的切线,即为水解速率,切线的斜率α。
再由求得水解速率。
习题答案:水解速率习题2.3 解题思路利用式(2.10)及式(2.27)可求得问题的解。
注意题中所给比表面的单位应换算成。
利用下列各式即可求得反应速率常数值。
习题答案:(1)反应体积为基准(2)反应相界面积为基准(3)分压表示物系组成(4)摩尔浓度表示物系组成习题2.9 解题思路:是个平行反应,反应物A的消耗速率为两反应速率之和,即利用式(2.6)积分就可求出反应时间。
习题答案:反应时间习题2.11 解题思路:(1)恒容过程,将反应式简化为:用下式描述其反应速率方程:设为理想气体,首先求出反应物A的初始浓度,然后再计算反应物A的消耗速率亚硝酸乙酯的分解速率即是反应物A的消耗速率,利用化学计量式即可求得乙醇的生成速率。
(2)恒压过程,由于反应前后摩尔数有变化,是个变容过程,由式(2.49)可求得总摩尔数的变化。
这里反应物是纯A,故有:由式(2.52)可求得反应物A的瞬时浓度,进一步可求得反应物的消耗速率由化学计量关系求出乙醇的生成速率。
习题答案:(1)亚硝酸乙酯的分解速率乙醇的生成速率(2)乙醇的生成速率第三章釜式反应器习题3.1 解题思路:(1)首先要确定1级反应的速率方程式,然后利用式(3.8)即可求得反应时间。
(2)理解间歇反应器的反应时间取决于反应状态,即反应物初始浓度、反应温度和转化率,与反应器的体积大小无关习题答案:(1)反应时间t=169.6min.(2)因间歇反应器的反应时间与反应器的体积无关,故反应时间仍为169.6min.习题3.5 解题思路:(1)因为B过量,与速率常数k 合并成,故速率式变为对于恒容过程,反应物A和产物C的速率式可用式(2.6)的形式表示。
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。
第一章气-固相催化反应本征动力学概论化工生产中大多数反应是过程,气-固相催化反应是重要反应之一。
本章讨论:1,2,连续过程中化学反应速率的有关问题;气-固相催化反应的化学动力学,即本征动力学。
第一节化学计量学1-1化学计量式化学计量学是研究化学反应系统中反应物和产物组成相互关系变化的数学表达式。
化学计量式是化学计量的基础。
化学计量式表示参加反应的各组分的娄量关系,等式左边的组分为反应物,等式右边的组分为产物,化学计量式的通式为:或或一般将反应物的化学计量取负值,产物的化学计量取正值。
如果反应系统中有m 个反应,则第j个反应的化学计量式的通式为或也可用矩阵表示为......1-2 反应程度、转化率及化学膨胀因子一.反应程度对于间歇反应中的单反应进行物料衡算按化学计量关系有R上式中的ξ称为化学反应程度。
注意上述表达式中各项的正负号。
(1-7)式也可表达为:为i组分已反应的量,所以,知道反应程度即可计算出所有反应物及产物已经反应(或生成)的量。
二、转化率反应物A的反应量与其初如量之比称为A的转化率:nA0nA0nA0工业反应过程中的原料中各组分之间往往不符合化学计量关系,通常选择不过量的反应物计算转化率,这样的组分称为关键组分。
三、化学膨胀因子在恒温恒压的连续系统中发生反应对于液相反应,反应前后物料的体积流量变化不大,一般作为恒容过程。
对于气相反应,反应前后物料的体积流量变化较大。
定义每转化1mol的A时反应混合物增加或减少的量为化学膨胀因子,即:则有:由此,组分A的瞬时浓度可表示为:对于连续,则式中,大写字母表示摩尔流量,小写字母表示物质的量。
例1-1 计算下列反应的化学膨胀因子1. A+B→P+S2. A→P+S3. A+3B→2P解:1. δA=[(1+1)-(1+1)] / 1=02. δA=[(1+1)-1)] / 1=13. δA=[2-(1+3)] / 1=-21-4 多重反应的收率及选择率1,单一反应和多重反应单(一)反应:一组物定的反应物反应生成一组特定的产物。
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。