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化学反应工程课后习题答案 吴元欣..

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对吴元欣版反应工程的回答.doc

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对吴元欣版反应工程的回答第一章实施例和问题解决实施例1在裂化器中每100千克乙烷(纯度100%)被裂化以生产45.8千克乙烯，乙烷的单向转化率为59%，在裂化气体被分离后，获得的产物气体包含4.1千克乙烷，并且剩余的未反应的乙烷被返回到裂化器。

测定了乙烯的选择性、收率、总收率和乙烷的总转化率。

解决方案:单程转化率和单程收率可根据b点的混合气体计算得出，而全程转化率和全程收率可根据a点的新鲜气体计算得出。

新鲜原料通过反应器一次的转化率和一次的转化率(根据反应器入口)；新鲜原料进入反应系统直至离开系统时达到的转化率，以及整个过程中的转化率(基于新鲜原料)。

现在，计算B点，在B点进入裂解器的乙烷为100千克。

因为乙烷的单程转化率为59%，所以在裂化器中反应的粗乙烷的量是在点E的乙烷的循环量，在点A补充的新鲜乙烷的量是乙烯的选择性、乙烯的单程产率、乙烯的总产率(摩尔产率)、乙烯的总质量产率、乙烷的总转化率。

实施例2使用铜、锌和铝催化剂由一氧化碳和氢气工业合成甲醇具有以下主要副反应: 由于化学平衡的限制，一氧化碳在反应过程中不能完全转化为甲醇。

为了提高原料的利用率，生产中采用循环操作，即反应后的气体冷却，可冷凝组分分离成液体，即粗甲醇，氢气和一氧化碳等不可冷凝组分部分放空，大部分通过循环压缩机压缩后与原料气混合返回合成塔。

以下是生产流程的示意图。

原料气和冷凝分离气中各组分的摩尔分数如下:原料气冷凝分离后粗甲醇中各组分的质量分数分别为CH3OH 89.15%、(CH3)2O 3.55%、C4H9OH 1.1%、H2O 6.2%。

在操作压力和温度下，其余组分是不可冷凝的组分，但在冷却和冷凝过程中，它们可以部分溶解在粗甲醇中。

对于1千克粗甲醇，溶解量为9.82克CO2、9.38克一氧化碳、2.14克H2、2.14克CH4和5.38克N2。

如果循环气与原料气的比率为7.2(摩尔比)，请尝试计算:(1)一氧化碳的单向转化率和全程转化率；(2)甲醇单程收率和全程收率。

(完整版)化学反应工程课后习题答案.

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利用（2.6）式
积分之
2.10在催化剂上进行三甲基苯的氢解反应：
反应器进口原料气组成为66.67%H2,33.33%三甲基苯。在0.1Mpa及523K下等温反应，当反应器出口三甲基苯的转化率为80%时，其混合气体的氢含量为20%，试求：
（1）（1）此时反应器出口的气体组成。
（2）（2）若这两个反应的动力学方程分别为：
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（1.3）和（1.5）式可得反应器出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数nA、nP和nc分别为：
组分
摩尔质量
摩尔分率yi
CO
28
15.49
H2
2
69.78
CO2
44
0.82
CH4
16
3.62
N2
28
10.29
总计
100
其中冷凝分离后气体平均分子量为
M’m=∑yiMi=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N2作衡算得：
5.38B/28×1000+0.1029A=2.92 (A)
20
30
40
50
60
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试求当进口原料气体流量为50ml/min时CO的转化速率。
解：是一个流动反应器，其反应速率式可用（2.7）式来表示
(整理)化学反应工程第二版课后答案.

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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tc rd d AA -=-，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)D4C A 3D D 4C A 3C 22BA 1C C22B A 1B D 4C A 3C 22B A 1A 22c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-=(2)E6D C 5D 4C B 3D E 6D C 5D 4C B 3C 22BA 1C D4C B 3C 22B A 1B C22B A 1A 22c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r +--=+-+--=+-+-=+-=(3)D4C A 3D D 4C A 3C 22B2A 1C C22B 2A 1B D 4C A 3C 22B 2A 1A 2222c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-=6 气相基元反应A+2B →2P 在30℃和常压下的反应速率常数k c =2.65×104m 6kmol -2s -1。

化学反应工程课后习题解答全解

化学反应工程课后习题解答全解


min)
3-5 在等温全混流釜式反应器中进行下列液相反应：
A + B → P（目的）rP = 2cA [kmol/(m3.h)
2A → R
rR= 0.5cA [kmol/(m3.h)
cA0 = cB0 = 2kmol/m3.
试计算反应2h时A的转化率和产品P的收率。
解：A组分的总消耗速率
(-rA )= rP + 2rR = 2cA + cA = 3cA 将其代入CSTR设计方程
pA 1000 800 666.75 446.75 306.8 206.8 -dpA/dt 82.305 66.844 53.581 33.647 22.503 20.149
（4）对
rA
dpA dt
~
pA
分别取自然对数，得到数据如下表
pA 1000 800 666.75 446.75 306.8 206.8 -dpA/dt 82.305 66.844 53.581 33.647 22.503 20.149
nH2O 17.8082 x 2 y
Y x x 0.692,即 nC0H3OH 27.3979
x 18.961
又nCH3OH
27.3979 x
y

n0 CH3OH
(1
xCH3OH
)
7.6714
y (27.397918.961 7.6714) 0.768
rA k1cAcB k2cRcS 7cAcB 3cRcS
7cB0 (1 xB )(cA0 cB0 xB ) 3(cB0 xB )2
只能指定B的转化率为75%，计算空间时间
VR cB0 xBf
《化学反应工程》课后习题答案

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试求当进口原料气体流量为50ml/min时CO的转化速率。
解：是一个流动反应器，其反应速率式可用（2.7）式来表示
故反应速率可表示为：
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α。
VR/Q0min
0.12
0.148
（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 ,如果不考虑逆反应，试问反应温度是550℃时的速率比反应温度是400℃时的速率大多少倍？
剩余的三甲基苯量：33.33×（1-0.8）=6.666kmol
氢气含量为：20kmol
故出口尾气组成为：三甲基苯6.666%，氢气20%，二甲基苯6.654%，甲烷46.67%，甲基苯20.01%。
（2）（2）由题给条件可知，三甲基苯的出口浓度为：
2.11在210℃等温下进行亚硝酸乙脂的气相分解反应：
1001042b9554a联立ab两个方程解之得a2691kmolhb7852kgh反应后产物中co摩尔流量为fco01549a938b281000将求得的ab值代入得fco4431kmolhco的全程转化率为co0cococo0268244352682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co01000268272100015491384kmolh所以co的单程转化率为co0cococo0268244351384产物粗甲醇所溶解的co2coh2ch4和n2总量982938176214538b002848bkmolh1000粗甲醇中甲醇的量为bdx甲mm7852002848b08915322125kmolh所以甲醇的全程收率为y总212526827924甲醇的单程收率为y单212513841536反应动力学基础21在一体积为4l的恒容反应器中进行a的水解反应反应前的含量为1223重量混合物的密度为1gml反应物a的分子量为88
化学反应工程第三版课后答案

化学反应工程第三版课后答案

化学反应工程第三版课后答案【篇一：化学反应工程第二版课后习题】> 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? 345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?ca+c?d10mkmols。

现以气相分压来表示速率方程，即(?ra)=kppapb，求kp=?（假定气体为理想气体）46-2-12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?若将反应速率写成?ra??dcadt，有什么条件?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? 78反应a(g) +b(l)→c(l)气相反应物a被b的水溶液吸收，吸收后a与b生成c。

反应动力学方程为：?ra=kcacb。

由于反应物b在水中的浓度远大有一反应在间歇反应器中进行，经过8min后，反应物转化掉80％，经过18min后，转化掉90％，求表达此反应的动力学方程式。

反应2h2?2no?n2?2h2o，在恒容下用等摩尔h2，no进行实验，测得以下数据总压/mpa 半衰期/s10 考虑反应a?3p，其动力学方程为?ra??容下以总压表示的动力学方程。

11 a和b在水溶液中进行反应，在25℃下测得下列数据，试确定该反应反应级数和反应速度常数。

116.8 319.8 490.2 913.8 1188 时间/s-312 丁烷在700℃，总压为0.3mpa的条件下热分解反应：c4h10→2c2h4+h2 (a) (r)(s)起始时丁烷为116kg，当转化率为50%时?dprdnsdya，?。

dtdtdtdpadt?0.24mpa?s?13-1-1-3-33-10.0272265 0.0326 186 0.0381 135 0.0435 104 0.0543 67求此反应的级数。

《化学反应工程》课后习题答案

《化学反应工程》课后习题答案


5.16 9.7xA2 4.35 xA22 0
xA2 0.88
（4）两个0.25m3的PFR 串联

VR V0
CA0
dx xA1
A
0 k CA21
CA0
dx xA2
A
k C xA1
2 A2

0.25 7.14 10 3
35 min
xA1 dxA xA2 dxA 4.35
35kCA0
3517.4106 7.14103 4.35
4.35 9.7xA1 4.35 xA21 0; xA1 0.62
xA2 0.62 (1 xA2 )2

4.35
4.97 9.7xA2 4.35 xA22 0
xA2 0.80
（2）一个0.25m3的CSTR，后接一个0.25m3的PFR
(1 xAfp )
（2）CSTR k xAfc
(1 xAfc )
（1） （2）
操作条件不变，等体积反应器，则
k xAfc ln 1 ln 1 2.303
(1 xAfc ) (1 xAfp ) (1 0.9)
xAfc

2.303 3.303

0.697
习题3-4解答
3-7 已知： A P rA kCACP ; CP0 0 k 10 2 m3 /(kmol s); V0 0.002 m3 / s
CA0 2kmol / m3; 问xA 0.98时，
下列各种情况下的反应体积。
解： （1）单个PFR
根据
VR V0
CA0
xA dxA 0 rA
VR2 331 .63(s); V0
吴元欣版反应工程答案解析

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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。

《化学反应工程》第三章课后习题答案详解

《化学反应工程》第三章课后习题答案详解

当 xA0.9时 9，
t2 4 0 .61 1 0 .3 5l0n 5 7 5 (1 0 .0 9 .9)9 9 5 .8(h 1 )
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。
习题3-2解答
已：知 A B CD ; C A0C B00.0m 2 /o Ll
k5.6L/(m m in )o;lrAkC AC B5.6CA 2
根据 ：t xAf
kCA0(1xAf)
当VR 1m3和23时： (反应时间与反应体积无关）
t
0.95
16.964(min)
5.60.02(10.95)
习题3-3解答
解： （1）PFR k ln 1
(1 xAfp)
（2）CSTR k xAfc
1 14.35; (1xA1)
xA1
1 1 0.81 5.35
(xA2 0.81) (1xA2)2
4.35;
5 .1 6 9 .7 x A 2 4 .3x A 2 5 2 0
xA2 0.88
（4）两个0.25m3的PFR 串联
VR V0
CA0
dx xA1
A
0 kCA21
CA0
xA2 xA1
dxA kCA22
3
5k CA0
3 51 7.41 067.1 41 03 4.3 5
4 .3 5 9 .7 x A 1 4 .3x A 2 5 1 0 ; xA1 0.62
x(1A2x0A2.6)224.35 4 .9 7 9 .7 x A 2 4 .3x A 2 5 2 0
xA2 0.80
（2）一个0.25m3的CSTR，后接一个0.25m3的PFR
化学反应工程课后习题答案 吴元欣

化学反应工程课后习题答案 吴元欣

第六章 气-液反应工程
在“化工原理”课程中，“气体吸收”一章主
要讨论以液体吸收气体混合物中的有用物质，以制 取产品和除去其中有害的物质，其基本原理是利用 目的组分在溶剂中不同的物理溶解度，而与气体混 合物分离，称为物理吸收，所采用的设备主要是填 料吸收塔。
以溶剂中活性组分与目的组分产生化学反应而
增大溶解度和吸收速率的过程，称为化学吸收，“ 化工原理”课程只做了简要阐述。
Ei 是亨利系数。
第一节 气-液反应平衡
若气相为理想气体的混合物，即 i 1 ，则低
压下的气－液平衡关系为 pi p yi Ei xi
如果不是稀溶液，则还应引入活度和活度因 子，可参见其它专著。
亨利定律也可用容积摩尔浓度ci来表示，则
ci Hi fig
第一节 气-液反应平衡
在低压下则为 ci Hi pi
有机物加氢 烯烃加氢；脂肪酸酯加氢
其他有机反应 甲醇羟基化为醋酸；异丁烯被硫酸所吸收；烯烃在有机溶剂中聚合。
气体的吸收 合成产物
SO3被硫酸所吸收；NO2被稀硝酸所吸收；CO2和H2S被碱性溶液所吸收 。
CO2与液氨合成尿素；CO2与氨水生成碳铵；CO2与含NH3的盐水生成 NaHCO3和NH4Cl
DD的斜率大于 DE 的斜率(以绝对值而言)，这表明液膜 中进行的化学反应将使吸收速率较纯物理吸收大为 增加，若以 表 示吸收速率增强因子，则
DD的斜率 DE的斜率
1
第二节 气-液反应历程
如果化学反应进行得很快，则被吸收组分浓度 在液膜中的变化曲线将变得更向下弯曲一些，此时 增强因子将会提高；反之，化学反应进行得慢，浓 度曲线将更直一些，增强因子将会降低。
f* A(g )
cA* HA
化学反应工程课后习题答案

化学反应工程课后习题答案

化学反应工程课后习题答案.(总122页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--1 绪 论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：（摩尔比），反应后甲醇的转化率达72%，甲醛的收率为%。

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（）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：（摩尔比），A P 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 )= mol n P =n A0Y P = moln C =n A0(X A -Y P )= 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 = mol n O =n O0-1/2n P -3/2n C = mol n N =n N0= mol? ?1. 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 Akmol/h 100kmol ? ?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 H 2 CO 2 CH 4 N 2粗甲醇的组成为CH 3OH %,(CH 3)2O %,C 3H 9OH %,H 2O %,均为重量百分率。

化学反应工程习题解答吴元欣

第一章 绪论1-1解：（1）反应的选择性为：%11.969611.0720.0629.0====X Y S （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 27.4 空气 4/（2+4+1.3）=0.5479 54.79 H 2O 1.3/（2+4+1.3）=0.178117.81 总计1100设甲醇的转化率为X A ，甲醛的收率为Y P ，反应器出口CH 3OH 、CH 3CHO 和CO 2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 mol n C =n A0(X A -Y P )=0.7672 mol结合上述反应的化学计量式，H 2O （n W ）、O 2（n O ）和N 2（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 moln 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 243.2839.391-3解：以100mol 进料为基准，并设x 和y 分别表示环氧乙烷和二氧化碳的生成量，根据题目给的进料组成和化学计量关系列式：O H C O H C 4224221−→−+ (1)O H CO O H C 22242223+−→−+ (2)可列出下表：组成 反应器进口/%反应器出口/% C 2H 4 15 15-x-0.5y O 2 7 7-0.5x-1.5yC 2H 4O 0 x CO 2 10 10+y H 2O 0 y Ar 12 12 N 2 56 56 由于反应器出口气出下面两个方程：131.02100215=---x y x 及 048.021002327=---x yx 解得：x=1.504mol y=0.989mol乙烯的转化量为：1.504+0.989/2=1.999mol 所以，乙烯的转化率为：1.999/15=13.33% 环氧乙烷的收率为：1.504/15=10.03% 反应的选择性为：S=0.1003/.1333=75.24%1-5解：由丁二烯氧化反应可知，反应过程中，反应混合物的总物质的量发生变化。

化学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响：3222CH OH O 2HCHO 2H O +→+ 32222CH OH 3O 2CO 4H O +→+进入反响器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3〔摩尔比〕，反响后甲醇的转化率达72%，甲醛的收率为69.2%。

试计算（1） 〔1〕 反响的选择性；（2） 〔2〕 反响器出口气体的组成。

解：〔1〕由〔1.7〕式得反响的选择性为：0.629Y S 0.961196.11%X 0.720====〔2〕进入反响器的原料气中，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结合上述反响的化学计量式，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，其主副反响如下：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，反响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，即将反响后的气体冷却，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局部放空，大局部经循环压缩Bkg/h 粗甲醇100kmol 放空气体原料气和冷凝别离后的气体组成如下：〔mol 〕组分 原料气 冷凝别离后的气体 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。

化学反应工程课后习题答案 吴元欣


第二节 气-液反应历程
3. 准数M的判据
准数M表示了液膜中反应速率与传递速率之比值。由M数值的大 小，可以决定反应相对于传递速率的类别，这一情况列于下表。
准数M的判别条件
条件 M << l M >> l
反应类别 缓慢反应过程 快速反应过程
反应进行情况 反应在液流主体中进行
反应在膜中进行完毕
第二节 气-液反应历程
DD的斜率大于 DE 的斜率(以绝对值而言)，这表明液膜 中进行的化学反应将使吸收速率较纯物理吸收大为 增加，若以 表 示吸收速率增强因子，则
DD的斜率 DE的斜率
1
第二节 气-液反应历程
如果化学反应进行得很快，则被吸收组分浓度 在液膜中的变化曲线将变得更向下弯曲一些，此时 增强因子将会提高；反之，化学反应进行得慢，浓 度曲线将更直一些，增强因子将会降低。
溶解热高达数万焦耳每摩尔，因此，温度改变对化学吸收平 衡的影响较物理吸收时更为强烈。
第二节 气-液反应历程
一、气—液相间物质传递
描述气-液相间物质传递有各种不同的传质模型 ，例如双膜论、Higbie渗透论、Danckwerts表面更 新论和湍流传质论等，其中以双膜论最为简便。
双膜论是假定在气-液相界面两侧各存在一个静
第二节 气-液反应历程
相界面上各种参数不随时 间而改变。
pAi = cAi / H
传质只发生在 气、液膜内。
膜内的传质方 式仅为分子扩
散。
ZG
ZL
第二节 气-液反应历程
若吸收系统服从亨利定律或平衡关系在计算范围 为直线，则：
cA HpA*
根据双膜理论，界面无阻力，即界面上气液两相平 衡，则：
cAi HpAi

化学反应工程第二版习题解答

目录第一章习题 (1)第二章习题 (15)第三章习题 (32)第四章习题 (39)第五章习题 (52)第六章习题 (57)第七章习题 (65)第八章习题 (72)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tc rd d AA -=-，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 ↔CA+C ↔D 解(1)D4C A 3D D 4C A 3C 22BA 1C C22B A 1B D 4C A 3C 22B A 1A 22c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-=(2)E6D C 5D 4C B 3D E 6D C 5D 4C B 3C 22BA 1C D4C B 3C 22B A 1B C22B A 1A 22c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r +--=+-+--=+-+-=+-=(3)D4C A 3D D 4C A 3C 22B2A 1C C22B 2A 1B D 4C A 3C 22B 2A 1A 2222c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-=6气相基元反应A+2B →2P 在30℃和常压下的反应速率常数k c =2.65×104m 6kmol -2s -1。

化学反应工程习题解答吴元欣


所以，乙烯的转化率为：1.999/15=13.33%
环氧乙烷的收率为：1.504/15=10.03%
反应的选择性为：S=0.1003/.1333=75.24%
1-5 解：由丁二烯氧化反应可知，反应过程中，反
应混合物的总物质的量发生变化。
如果进料为 100mol，则由氮平衡
可算出反应后混合气的量为：
100 27.0 103.4mol 26.1
CH3 2/（2+4+1.3） 27.4 OH =0.2740
空气 4/（2+4+1.3） 54.79
=0.5479
H2O
1.3/
17.81
（2+4+1.3）
=0.1781
总计
1
100
设甲醇的转化率为 XA，甲醛的收率为 YP，反应 器出口 CH3OH、CH3CHO 和 CO2 的摩尔数 nA、 nP 和 nc 分别为：
A 2B C 4D
rC kC ACB
对于恒容过程，则有
C A C A0 (1 X A )
CB CB0 2C A0 X A
C A0
PA0 RT
0.1013 0.2 8.314 103 1023
2.382 103 mol / L
CB0 4C A0 4 2.382 103 9.528 103 mol / L
N2
56
56
总计 100 100-0.
5x
由于反应器出口气体中乙烯和氧的摩尔分数已
知，所以可列出下面两个方
15 x y
程：
2 0.131
及
100 x
2
7 x 3y 2 2 0.048
100 x 2

2.2反应速率方程_吴元欣_化学反应工程

第2章反应动力学基础2.2反应速率方程影响反应速率的因素主要有温度、浓度、压力、溶剂、催化剂，定量描述反应速率与温度及浓度的关系式叫做速率方程或动力学方程，即（２.１１）对于基元反应：根据质量作用定律得：（２.１２）对于非基元反应，则要将反应分解成基元反应来研究：分解成基元步骤如下：速率控制步骤：所有反应步骤中速率最慢的一步。

非速率控制步骤：达到平衡或等于速率控制步骤的反应速率该反应的反应速率（反应2.14为速率控制步骤）：（２.１７）对于非速率控制步骤（2.13）而言，根据平衡关系得到如下的关系式：或然而也存在这样的非基元反应，其速率方程符合质量作用定律的情况，如下面的这个反应：2NO+O2→2NO2假设机理如下：NO+NO→2(NO)所以有：反应速率化简得：仍对上述反应，假设机理如下：按照非基元反应的速率的推导反应速率如下：反应速率化简得：注意：由机理可以推导出方程，而由方程推到的机理却不是唯一的。

幂函数型的速率方程：对于可逆反应而言，如对下面这个反应有：平衡时：则有，设A、B及R均为理想气体，当反应达到平衡时，由热力学可知，ν：化学计量数，表示速率控制步骤出现的次数如在下面的反应中，其值为2速率控制步骤下面我们以例题2.2为例来了解速率方程的推导过程：例2.2等温下进行醋酸（A）和丁醇（B）的酯化反应：醋酸和丁醇的初始浓度分别为0.2332和1.16kmol／m3。

测得不同时间下醋酸转化量如下：试求该反应的速率方程。

解：由于题给的数据均为醋酸转化率低的数据，且丁醇又大量过剩，可以忽略逆反应的影响。

同时可以不考虑丁醇浓度对反映速率的影响。

所以，设正反应的速率方程为：根据题给数据，由醋酸的初始浓度减醋酸转化量得到c A值，列于表2.2-1。

然后用多项式回归c-t关系，结果为c=0.0005t2-0.0132t+0.2313，(R2=0.9978)再根据c~t关系求出（结果见表2.2-1）最后，用非线性最小二乘法拟合中的;目标函数结果为表2.2-1原始数据及计算结果t（h）012345678c A（mol·m-3）0.23320.21680.20590.19660.18790.17920.17230.16490.1592r实验0.01320.01220.01120.01020.00920.00820.00720.00620.0052。

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第一节 气-液反应平衡
一、气-液相平衡
气-液相达平衡时，i组分在气相与液相中的逸度相等
，即 fig f iL
气相中i组分的逸度
fig 是分压
p
（或
）Py
与逸度因子
i
i
的乘积，即 fig Pyii
液相中i组分为被溶解的气体，xi是i组分在液相中摩
尔分数，如果是符合亨利定律的稀溶液，即 f i (L) Ei xi
气-液反应广泛地应用于加氢、磺化、卤化、氧化等 化学加工过程；合成气净化，废气及污水处理，以及好气 性微生物发酵等过程均常应用气-液反应。
工业应用气－液反应实例
有机物氧化
链状烷烃氧化成酸；对-二甲苯氧化成对苯二甲酸；环己烷氧化成环 己酮；乙醛氧化成醋酸。
有机物氯化 苯氯化为氯化苯；十二烷烃的氯化；甲苯氯化为氯化甲苯。
溶解度系数和亨利系数的近似关系为 H i 为溶液的密度；M0为溶剂摩尔质量。
ρ
M0
Ei
亨利系数Ei与溶解度系数Hi与温度和压力的关
系为
dln Ei
d 1 T
dlnH i
d 1 T
Hi R
dln Ei dln Hi Vi
dp
d p RT
Vi 为气体在溶液中的偏摩尔容积，m3 kmol 。
第一节 气-液反应平衡
高分压的情况下，而化学吸收宜应用于低分压的情
况下。
第一节 气-液反应平衡
➢ 对各种气体的溶解度的高低，物理吸收主要体现在H的数值
上，而化学吸收则不同，取决于 (H AKc 的乘积)的数值，即
除了HA值外，化学平衡常数Kc更具有特殊的选择性。 ➢ 物理吸收溶解热较小，仅数千焦耳每摩尔之内，而化学吸收
如果物理溶解量相对于化学转化量可以忽略时，
则
cA0
xBcB0
cB0
α p*A 1 α p*A
该式为化学吸收典型的气液平衡关系。
第一节 气-液反应平衡
与物理吸收
cA
H
A
p
A
的关系比较如下：
➢ 物理吸收时，气体的溶解度随分压呈直线关系；而
化学吸收则呈渐近线关系，在分压很高时，气体的
溶解度趋近于化学计量的极限；物理吸收宜应用于
第六章 气-液反应工程
在“化工原理”课程中，“气体吸收”一章主
要讨论以液体吸收气体混合物中的有用物质，以制 取产品和除去其中有害的物质，其基本原理是利用 目的组分在溶剂中不同的物理溶解度，而与气体混 合物分离，称为物理吸收，所采用的设备主要是填 料吸收塔。
以溶剂中活性组分与目的组分产生化学反应而
增大溶解度和吸收速率的过程，称为化学吸收，“ 化工原理”课程只做了简要阐述。
，由化学
第一节 气-液反应平衡
将气液平衡关系
cA
H
A
p
* A
引入，则
p
* A
xB
[K c H A (1 xB )]
液相总的A组分浓度
c
0 A
cA
x B c B0
HA
p
* A
cB0
α
p
* A
1 α p*A
式中 α Kc HA 为平衡常数Kc与溶解度系数HA的乘积，表
征带化学反应的气-液平衡特征。
有机物加氢 烯烃加氢；脂肪酸酯加氢
其他有机反应 甲醇羟基化为醋酸；异丁烯被硫酸所吸收；烯烃在有机溶剂中聚合。
气体的吸收 合成产物
SO3被硫酸所吸收；NO2被稀硝酸所吸收；CO2和H2S被碱性溶液所吸收 。
CO2与液氨合成尿素；CO2与氨水生成碳铵；CO2与含NH3的盐水生成 NaHCO3和NH4Cl
增大(1+Kc cB)倍。
如水吸收氨即属此例。
第一节 气-液反应平衡
2. 被吸收组分在溶液中离解
由反应平衡，Kc cM cN cA ，当溶液中无其他
离子存在时c，M
c
N
，则cM
c
N
K
c
c
A
第一节 气-液反应平衡
A的总浓度 ，由 ， c
0 A
cA
cM
cA
K
c
c
A
cA
H
A
p
* A
则得 c
f* A(g )
cA* HA
1 HA
c c M N MN
K
c
c B B
1 A
当气相是理想气体混合物时，上式为
p
* A
1 HA
c M M
Kc
c N N
c B B
1 A
第一节 气-液反应平衡
为了较深入地阐明带化学反应的气液平衡关系，下面分 几种类型来分析。
1. 被吸收组分与溶剂相互作用
在过程工业中，采用化学吸收进行气体净化和 气-液反应，气-液反应是气相中某组分与液相溶剂 产生化学反应而生成另一种液相产物，广泛用于有 机物的氧化、氯化、加氢等反应，主要采用填料反 应器和鼓泡反应器。
本章内容
❖ 气-液反应平衡 ❖ 气-液反应历程 ❖ 气-液反应动力学特征 ❖ 气-液反应器概述 ❖ 鼓泡反应器 ❖ 填料反应器
Ei 是亨利系数。
第一节 气-液反应平衡
若气相为理想气体的混合物，即 i 1 ，则低
压下的气－液平衡关系为 pi p yi Ei xi
如果不是稀溶液，则还应引入活度和活度因 子，可参见其它专著。
亨利定律也可用容积摩尔浓度ci来表示，则
ci Hi fig
第一节 气-液反应平衡
在低压下则为 ci Hi pi
0 A
H A p*A
K
c
H
A
p
* A
该式表示A组分的溶解度为物理溶解量与离解
量之和。
如水吸收二氧化硫即属此类型。
第一节 气-液反应平衡
3.被吸收组分与溶剂中活性组分作用
设溶剂中活性组分起始浓度为，若组分B的转
化率为，此时
cB
c
0 B
1xBຫໍສະໝຸດ ，cMc0 B
xB
平衡关系Kc cM /(cAcB ) xB / c*A 1 xB
二、带化学反应的气—液相平衡 气体A与液相组分B发生化学反应，则A组分既遵从
相平衡关系又遵从化学平衡关系。设溶解气体A与液相 中B发生反应，则可表示为
Kc
c c M N MN
c c B A BA
第一节 气-液反应平衡
由化学平衡常数可写出
c
* A
cM
M
c
N
K
c
c
B
B
N
1/ A
由相平衡关系式可得
第一节 气-液反应平衡
可设得被Kc吸 c收Ac*McB组 c分cA0 A*AccBA在* 溶液中。总联浓合度理为想c A0，气即体亨cA0 c利AcA定*HAc律pM*A,
,整理得 p
* A
cA HA
HA
c
0 A
1 KccB
当A为稀溶液时，溶剂B是大量的，p*A与
c
0表观上
A
仍遵从亨利定律，但溶解度系数较无溶剂化作用时
溶解热高达数万焦耳每摩尔，因此，温度改变对化学吸收平 衡的影响较物理吸收时更为强烈。
第二节 气-液反应历程
一、气—液相间物质传递
描述气-液相间物质传递有各种不同的传质模型 ，例如双膜论、Higbie渗透论、Danckwerts表面更 新论和湍流传质论等，其中以双膜论最为简便。