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反应工程第三章作业

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反应工程作业+第三章3.2+第三章3.4+第三章3.7+第三章3.9+第三章3.14第三章+3.2 拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应: CH₂ClCH₂OH + NaHCO₃ → CH₂OHCH₂OH + NaCl + CO₂以生产乙二醇，产量为20㎏/h，使用15%（重量）的NaHCO₃水溶液及30%（重量）的氯乙醇水溶液作原料，反应器装料中氯乙醇和碳酸氢钠的摩尔比为1：1，混合液的比重为1.02。该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为一级，在反应温度下反应速率常数等于5.2l/mol.h，要求转化率达到95%。（1）若辅助时间为0.5h，试计算反应器的有效体积；（2）若装填系数取0.75，试计算反应器的实际体积。

解题思路：（1）间歇反应器的反应体积根据单位时间的反应物料处理量Q0及操作时间决定。Q0可由生产任务计算得到，操作时间由反应时间t和辅助时间t0组成。因此要计算Vr需计算Q0和t。其中，。

（2）实际反应体积由计算而得，f为装填系数，等于0.4~0.85，本题中f=0.75。

AfXAAAXdXkct020)1(

1)(00ttQVr

fVVr+（1）解：氯乙醇，碳酸氢钠，和乙二醇的分子量分别为80.5kg/kmol,84kg/kmol 和62kg/kmol,每小时产乙二醇：20/62=0.3226 kmol/h 。

计算生产任务：

每小时需氯乙醇：每小时需碳酸氢钠：原料体积流量：氯乙醇初始浓度：

hkg/2.1901595.0843266.000

hkg/11.913095.05.803266.000

hlQ/8.27502.12.19011.910lmolCA/231.18.27595.010003266.00反应时间：反应体积：（2）反应器的实际体积：lttQVr5.956)5.0968.2(8.275)('0

hXdXkCCkCdXCtAfAfXAAAXBAAA968.295.0195.0231.12.51)1(102000



lfVVr127575.05.956+3.4 在间歇反应器中，在绝热条件下进行液相反应：其反应速率方程为:

式中组分A及B的浓度CA及CB以kmol/m³为单位，温度T的单位为K。该反应的热效应等于-4000kJ/kmol。反应开始时溶液不含R，组分A和B的浓度均等于0.04kmol/m³，反应混合物的平均热容按4.102kJ/m³.K计算。反应开始时反应混合物的温度为50℃。

（1）试计算A的转化率达85%时所需的反应时间及此时的反应温度。

（2）如果要求全部反应物都转化为产物R，是否可能？为什么？

RBA)/()11000exp(101.1314hmkmolccTrBAA•解题思路：（1）绝热间歇反应过程中，温度与时间的关系由能量守恒定律转化后得

反应时间由

计算得到。已知：T0=323K、CA0=CB0=0.04kmol/m3、-△H=-4000J/mol代入上面两式便可求得T和t。

（2）若A全部转化为R，及XA=1.0，则会有t→∞。

解：（1）由题可知：

AA

AptrAXXXCHCTT01.39323102.4400004.0323)(00





AptrAXCHCTT)(00

AfAfAfXAABAAAXBAAAXAAAXCCXkdXCCkCdXCdXCt00000000)(1）（

kmkJCpt./102.43由数值积分可得出：

(2)若A全部转化为R,即XA=1.0,则由上面的积分式知，t→∝,这显然是不可能的。

hAXCXdXCCkCdXCdXCtAAAAAXBAAAXAAAAfAf32.91101.3932311000exp101.12201400000



KT2.35685.001.39323+3.7 拟设计一反应装置等温进行下列液相反

应:

目的产物为R，B的价格远较A贵且不易回收，试问:

（1）如何选择原料配比？（2）若采用多段全混流反应器串联，何种加料方式最好？

（3）若用半间歇反应器，加料方式又如何？

RBA221BARcckr

SBA2BAScckr22

解题思路：首先要求出瞬时选择性的表达式。（1）由瞬时选择性表达式可知，欲使S增加，需使cA低，cB高。（2）这时仍要保证cB高，cA低，故可用多釜串联方式。

（3）用半歇反应器。+解：（1）如下式所示：欲使S增加，需使CA低，CB高，但由于B的价格高且不易回收，故应按主反应的计量比投料为好。（2）保证CA低，CB高，故可用下图所示的多釜串联方式：

BABABABAARBACkCkCCkCCkCCkRrvvS122221

212112

（3）用半间歇反应器，若欲使CA低，CB高，可以将B一次先加入反应器，然后滴加A.+3.9 在间歇反应器中等温进行下列液相反应：

rD及rR分别为产物D及R的生成速率。反应用的原料为A及B的混合液，其中A的浓度等于2kmol/m³。

（1）计算A的转化率达95%时所需的反应时间；

（2）A的转化率为95%时，R的收率是多少？（3）若反应温度不变，要求D的收率达70%，能否办到？

RBADA2

hmkmolcrAR•3/6.1

hmkmolcrAD•32/2.8（4）改用全混反应器操作，反应温度与原料组成均不改变，保持空时与（1）的反应时间相同，A的转化率是否可达到95%？

（5）在全混反应器中操作时，A的转化率如仍要求达到95%，其它条件不变，R的收率是多少？（6）若采用半间歇操作，B先放入反应器内，开始反应时A按（1）计算的时间均速加入反应器内。假如B的量为1m³，A为0.4m³，试计算A加完时，组分A所能达到的转化率及R的收率。+解题思路：+解：（1）反应物A的消耗速率应为两反应速率之和，即

利用公式可得：

积分可得：（2）由题：

AAAADRACCCCrrR25.1016.14.166.122

AAACCdtdC25.1016.1

min23.24396.0ht

AAAAARARRCCCCdCdCdtdCdtdCS25.10114.166.16.1/2

1153.022305.0/2305.025.101ln25.10125.1011/1.095.0121031.02300ARRAACCARRAAACCYmkmolC

CdCSCmkmolXCCAA

(3)若转化率仍为0.95，且温度为常数，则D的瞬时选择性为：

AAAADXXCCS8.324.3418.324.166.12.82

D的收率：这说明能使D的收率达到70% （4）对全混流反应器，若使τ=t=0.3958h,则有：

解得：所以：这说明在这种情况下转化率达不到95%。

7.08348.08.324.3418.3295.000AAAAXDDdXXXdXSYAf

204.166.13958.0AAAACCCC



3/443.0mkmolCA

95.07784.000AAAACCCX（5）对全混流反应器，若X=0.95,则R的收率为:

（6）依题意知半间歇式反应器属于连续加料而间歇出料的情况。为了求分组A的转化率及R的收率，需要求出A及R 的浓度随时间的变化关系，现列出如下的微分方程组：

对A:

对B:



4691.095.01225.10195.0125.1010AfAAfAfRXCXSXY



0024.166.1AAAACQVCCdtVCd

06.1VCdt

VCd

AR

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(建筑工程管理)化学反应工程(郭锴)第二版习题解答

(建筑工程管理)化学反应工程(郭锴)第二版习题解答

（建筑工程管理）化学反应工程(郭锴)第二版习题解答第壹章习题1化学反应式和化学计量方程有何异同?化学反应式中计量系数和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和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和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和反应级数含义是什么? 答：如果反应物严格按照化学反应式壹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。

壹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，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：在间歇反应器中能够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，和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和浓度之间关系。

(1)A+2B↔CA+C↔D(2)A+2B↔CB+C↔DC+D→E (3)2A+2B↔CA+C↔D解.(1)(2)(2)(3)(3)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× 104m6kmol-2s-1。

现以气相分压来表示速率方程，即(↔r A)=k P p A p B2，求k P=?（假定气体为理想气体）7有壹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。

8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 和B 生成C。

化学反应工程 第三章 理想反应器(1)

化学反应工程 第三章 理想反应器(1)

–当反应为强放热反应，即（-ΔHr）很大时，可通 过控制A的滴加速率vCA0来控制放热量，从而控 制反应温度。
反应器型式与操作方法的评选
反应器开发的任务
根据化学反应的动力学特性来选择合适 的反应器型式
结合动力学和反应器两方面特性来确定 操作方式和优化操作设计
根据给定的产量对反应器装置进行设计 计算，确定反应器的几何尺寸并进行某 些经济评价
反应器特性
反应流体的流动状态、混合状态以及器内的传热性 能等
dt
–若反应体积恒定，则：
dT (H r )(rA )
dt
Cv
dT dx A
dt
dt
–结合初始条件：
t 0,T T0 , C A C A0 , xA xA0
–积分得： T T0 ( xA xA0 )
3.2 半分批式操作的釜式（完全混 合）反应器
反应器特征 操作目的 反应器分析
V V0 vt
初始条件： t 0, CA 0 求解微分方程得到：
VC A
e
k 1
dt
(
vC
A0
1
e
k 1
dt
dt
C)
Cekt vC A0 k
代入初始条件，得： C vC A0
k
VC A0
vC A0 k
(1
ekt )
C A v(1 ekt ) v(1 ekt ) 1 ekt
CvV
dT dt
dx A dt
UA
Cv V
(Tm
T)
(H r )C A0 Cv
以上为变温操作的热量衡算式。
–将物料衡算式和热量衡算式结合，可联立求解反应器的温 度、组成随时间变化规律。
绝热操作
化学反应工程智慧树知到课后章节答案2023年下聊城大学

化学反应工程智慧树知到课后章节答案2023年下聊城大学

化学反应工程智慧树知到课后章节答案2023年下聊城大学聊城大学第一章测试1.下列属于均相反应的是（）。

A:加氢裂解B:氢气燃烧C:离子交换D:煤炭燃烧答案:氢气燃烧2.“三传一反”是学习化学反应工程的基础，那这里所说的一反是指（）。

A:反应工程B:反应动力学C:化学反应D:反应热力学答案:反应动力学3.所谓“三传一反”是化学反应工程学的基础，其中“三传”是指 ( )。

A:热量传递B:动量传递C:能量传递D:质量传递、答案:热量传递;动量传递;质量传递、4.化学反应过程按操作方式分为( ) 操作。

A:间歇操作B:半连续操作C:连续操作D:半间歇操作答案:间歇操作;半连续操作;连续操作5.化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的科学。

（）A:错 B:对答案:对6.化学反应工程的一项重要研究内容便是动力学特性的研究。

（）A:对 B:错答案:对7.不论是设计、放大或控制，都需要对研究对象作出定量的描述，也就要用数学式来表达个参数间的关系，简称数学模型。

（）A:错 B:对答案:对第二章测试1.对于一氧化碳还原制备甲烷的反应，其中化学反应计量系数为-1的物质是（）。

A:B:C:D:答案:2.气相反应CO + 3H2→ CH4 + H2O 进料时无惰性气体，与以1∶2摩尔比进料，则膨胀因子=（）。

A:-1B:-2C:2D:1答案:-23.对于一非恒容均相化学反应αA↔βB，反应组分A的化学反应速率（）。

A:B:C:D:答案:4.如果化学反应的方程为3A → P，该反应的速率常数，则该过程的反应级数n=（）。

A:3B:1C:0D:2答案:05.在全混流反应器中，反应器的有效容积与进料流体的容积流速之比为（）。

A:反应时间tB:空时τC:停留时间tD:平均停留时答案:空时τ6.一级不可逆液相反应A=2R，，出口转化率，每批操作时间为2.06h (包括反应时间和辅助生产时间)，装置的生产能力为50000 kg 产物R/天，=60，则反应器的体积V为（）。

《化学反应工程》第三版(陈甘堂著)课后习题答案

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《化学反应工程》第三版(陈甘堂著)课后习题答案第二章均相反应动力学基础2－4三级气相反应2NO+O22NO2，在30℃及1kgf/cm2下反应，已知反应速率常数2kC=2.65×104L2/(mol2 s)，若以rA=kppApB表示，反应速率常数kp应为何值？解：原速率方程rA=dcA2cB=2.65×104cAdt由气体状态方程有cA=代入式（1）2－5考虑反应A课所以kp=2.65×104×(0.08477×303) 3=1.564后当压力单位为kgf/cm2时，R=0.08477，T=303K。

答p p 2rA=2.65×10 A B =2.65×104(RT) 3pApBRT RTp表示的动力学方程。

解：.因，wwnAp=A，微分得RTVdaw案24网pAp，cB=BRTRT3P，其动力学方程为( rA)=dnAn=kA。

试推导：在恒容下以总压VdtVδA=3 1=21dnA1dpA=VdtRTdt代入原动力学方程整理得wdpA=kpAdt设初始原料为纯A，yA0=1，总量为n0=nA0。

反应过程中总摩尔数根据膨胀因子定义δA=n n0nA0 nA若侵犯了您的版权利益，敬请来信通知我们！Y http://.cn.co（1）mol/[L s (kgf/cm2) 3]m（1）则nA=nA01(n n0)δA1(P P0)δA（2）恒容下上式可转换为pA=P0所以将式（2）和式（3）代入式（1）整理得2－6在700℃及3kgf/cm2恒压下发生下列反应：C4H10发生变化，试求下列各项的变化速率。

（1）乙烯分压；（2）H2的物质的量，mol；（3）丁烷的摩尔分数。

解：P=3kgf/cm2，（1）课MC4H10=58，（2）w.krC2H4=2( rC4H10)=2×2.4=4.8kgf/(cm2 s)PC4H10=PyC4H101 dpC4H10= P dt2.4-1==0.8 s 3w（3）nC4H10=nyC4H10=n0(1+δC4H10yC4H10,0xC4H10)yC4H10dnH2dtdnH2dt=hdaw后n0=nC4H10,0=δC4H10rC4H10=反应开始时，系统中含C4H*****kg，当反应完成50%时，丁烷分压以2.4kgf/(cm2 s)的速率dyC4H10dt答1rCH=2.4224wdnC4H10dt案116×1000=2000mol582+1 1==21网dyC4H10=n0(1+δC4H10yC4H10,0xC4H10) dt=2000×(1+2×1×0.5)×0.8=3200 mol/s若侵犯了您的版权利益，敬请来信通知我们！Y http://.cno2C2H4+H2，dP=k[(δA+1)P0 P]=k(3P0 P)dtm（3）dpA1dP= dtδAdt2－9反应APS，( r1)=k1cA , ( r2)=k2cp，已知t=0时，cA=cA0 ，cp0=cS0=0, k1/k2=0.2。