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最新李绍芬《反应工程》课后习题答案

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1 绪 论1 1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应：23222CH OH O 2HCHO 2H O +→+ 3 32222CH OH 3O 2CO 4H O +→+4 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5 甲醇的转化率达72%，甲醛的收率为69.2%。

试计算6 （1） （1） 反应的选择性；7 （2） （2） 反应器出口气体的组成。

8 解：（1）由（1.7）式得反应的选择性为：90.629Y S 0.961196.11%X 0.720====10 （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11 进入反应器的总原料量为100mol 时，则反应器的进料组成为12设甲醇的转化率为X A ，甲醛的收率为Y P ，根据（1.3）和（1.5）式可得反应器13出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数nA 、nP和nc分别为：14n A =nA0(1-XA)=7.672 mol15n P =nA0YP=18.96 mol16n C =nA0(XA-YP)=0.7672 mol17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18为：19n W =nW0+nP+2nC=38.30 mol20n O =nO0-1/2nP-3/2nC=0.8788 mol21n N =nN0=43.28 mol22所以，反应器出口气体组成为：2324251. 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26副反应如下：27282923CO2H CH OH+⇔3023222CO4H(CH)O H O+⇔+31242CO3H CH H O+⇔+3224924CO8H C H OH3H O+⇔+33222CO H O CO H+⇔+34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35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36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37与原料气混合返回合成塔中。

下图是生产流程示意图3839404142原料气Bkg/h 粗甲醇 Akmol/h4344100kmol放空气45体464748原料气和冷凝分离后的气体组成如下：（mol）49组分原料气冷凝分离后的气体CO 26.82 15.49H268.25 69.78CO21.46 0.82CH40.55 3.62N22.92 10.29粗甲醇的组成为CH3OH 89.15%,(CH3)2O 3.55%,C3H9OH 1.10%,H2O 6.20%,均为重50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51可部分溶解于粗甲醇中，对1kg粗甲醇而言，其溶解量为CO29.82g,CO 9.38g,H2521.76g,CH4 2.14g,N25.38g。

若循环气与原料气之比为7.2（摩尔比），试计算：53（1）（1）一氧化碳的单程转换率和全程转化率；54（2）（2）甲醇的单程收率和全程收率。

55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56料气组成以质量分率表示如下：57其中xi =yiMi/∑yiMi。

进料的平均摩尔质量Mm=∑yiMi=10.42kg/kmol。

58经冷凝分离后的气体组成（亦即放空气体的组成）如下：59其中冷凝分离后气体平均分子量为60M’m =∑yiMi=9.55461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62算得：635.38B/28×1000+0.1029A=2.92 (A) 64对整个系统就所有物料作衡算得：65100×10.42=B+9.554A (B) 66联立（A）、（B）两个方程，解之得67A=26.91kmol/h B=785.2kg/h68反应后产物中CO摩尔流量为69F CO =0.1549A+9.38B/(28×1000)70将求得的A、B值代入得71F CO =4.431 kmol/h72故CO 的全程转化率为73 CO,0CO COCO,0F F 26.82 4.435X 83.48%F 26.82--===74 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 75 F ’CO,0=100×0.2682+7.2×100×0.1549=138.4 kmol/h 76 所以CO 的单程转化率为77CO,0CO 'COCO,0F F 26.82 4.435X 16.18%F 138.4--===78 产物粗甲醇所溶解的CO 2、CO 、H 2、CH 4和N 2总量D 为79(9.829.38 1.76 2.14 5.38)BD 0.02848Bkmol /h1000++++==80 粗甲醇中甲醇的量为81 (B-D)X 甲/M m =(785.2-0.02848B) ×0.8915/32=21.25 kmol/h 82 所以，甲醇的全程收率为83 Y 总=21.25/26.82=79.24% 84 甲醇的单程收率为85 Y 单=21.25/138.4=15.36%86875 停留时间分布与反应器5.1设F(θ)及E(θ)分别为闭式流动反应器的停留时间分布函数及停留时间分布密度函数，θ为对比时间。

（1） （1） 若该反应器为活塞流反应器，试求（a ） （a ） F(1)(b)E(1)(c)F(0.8)(d)E(0.8)(e)E(1.2) (2)若该反应器为全混流反应器，试求（a ）F(1)(b)E(1)(c)F(0.8)(d)E(0.8)(e)E(1.2) (3) 若该反应器为一个非理想流动反应器，试求（a ）F(∞)(b)F(0)(c)E(∞)(d)E(0)(e)0∞⎰()E d θϑ(f)0∞⎰()E d θθϑ解：（1）因是活塞流反应器，故符合理想活塞流模型的停留时间分布，由（5.33-5.36）式可得：(a)F(1)=1.0(b)E(1)=∝(c)F(0.8)=0(d)E(0.8)=0(e)E(1.2)=0（2） （2） 因是全混流反应器，故符合理想全混流模型的停留时间分布，由（5.33-5.36）式可得：（a ）F(1)=1-e -1=0.6321 (b)E(1)=e -1=0.3679 (c)F(0.8)=1- e -0.8=0.5507(d)E(0.8)= e -0.8=0.4493 (e)=E(1.2)=0.3012 （3） （3） 因是一个非理想流动反应器，故可得：（a ）F(∞)=1 (b)F(0)=0 (c)E(∞)=0 (d)E(0)>1 (e)0∞⎰()E d θϑ=1(f) 0∞⎰()E d θθϑ=15.2用阶跃法测定一闭式流动反应器的停留时间分布，得到离开反应器的示踪剂与时间的关系如下：0222313≤⎧⎪=-≤≤⎨⎪≥⎩()t c t t t t试求：（1） （1） 该反应器的停留时间分布函数F(θ)及分布密度函数E(θ)。

（2） （2） 数学期望θ及方差2θσ。

888. 多相反应器8.1 纯二氧化碳与氢氧化钠水溶液进行反应,假定液相上方水蒸汽分压可不计,试按双膜模型绘出气相及液相中二氧化碳浓度分布的示意图.解:8.2 用1.2M 的氨水吸收某生产装置出口气中的二氧化喘,当气流主体中二氧化碳分压为1.013×10-3Mpa 时,该处的二氧化碳吸收速率为多少?已知:液相中CO 2和NH 3的扩散系数均为3.5×10-5cm 2/s,二级反应速率常数为38.6×105cm 3/mols,二氧化碳的溶解度系数为 1.53×10-10mol/cm 3Pa,k L =0.04cm/s,k G =3.22×10-10mol/cm 2sPa,相界面积a L =2.0cm 2/cm 3.解:333352532103231021.01310 1.013101.2 1.2/ 1.210/3.510/38.610/1.5310/0.04/, 2.0/3.2210/-----=⨯=⨯===⨯==⨯=⨯⋅=⨯⋅= ==⨯⋅⋅AG B AL BL A L L G P MPa Pa C M mol l mol cm D D cm s k cm mol s H mol cm Pa k cm s a cm cm k mol cm s Pa按拟一级反应处理,反应速率常数:5331238.610 1.210 4.63210:0.0410.06--==⨯⨯⨯=⨯===八田数B L k k C s k 属于快速反应,其增大因子:10.06==β因此:()()**-=-=A G AG LAAGAG R k p p kp H β亦即:892 反应动力学基础2.1在一体积为4L 的恒容反应器中进行A 的水解反应，反应前 A 的含量为12.23%（重量），混合物的密度为1g/mL ，反应物A 的分子量为88。

在等温常压解：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在一管式反应器中常压300℃等温下进行甲烷化反应：2423+→+CO H CH H O催化剂体积为10ml ，原料气中CO 的含量为3%，其余为N 2,H 2气体，改变进口原料气流量Q 0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)-==-=-=-A A RA A A A A A A AdF rdV F F X Q C X dF Q C dX故反应速率可表示为：0000(/)==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 R /Q 0=0.20min 的点作切线，即得该条件下的dX A /d(V R /Q 0)值α。

0.650.04 1.790.34α-==故CO 的转化速率为 40030.10130.03 6.3810/8.31410573--⨯===⨯⨯⨯A A P C mol l RT906.多相系统中的化学反应与传递现象6.1、在半径为R 的球形催化剂上，等温进行气相反应⇔A B 。

试以产物B 的浓度C B 为纵座标，径向距离r 为横座标，针对下列三种情况分别绘出产物B 的浓度分布示意图。

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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），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。

(完整版)反应工程课后答案完整版.

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1 绪论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）（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：（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），组分摩尔分率y i0 摩尔数n i0(mol)CH32/（2+4+1.3）=0.2740 27.40OH空气4/（2+4+1.3）=0.5479 54.79水 1.3/（2+4+1.3）=0.1781 17.81总计 1.000 100.0A 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 moln 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 moln O=n O0-1/2n P-3/2n C=0.8788 moln N=n N0=43.28 mol组分摩尔数（mol）摩尔分率%7.672 6.983CH3OH18.96 17.26HCHOH2O 38.3 34.87CO2 0.7672 0.6983O2 0.8788 0.7999N2 43.28 39.392 反应动力学基础2.4在等温下进行液相反应A+B→C+D，在该条件下的反应速率方程为：若将A和B的初始浓度均为3mol/l的原料混合进行反应，求反应4min时A的转化率。

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，得由（2.6）式可知代入速率方程式化简整理得积分得解得X A=82.76%。

2.6下面是两个反应的T-X图，图中AB是平衡曲线，NP是最佳温度曲线，AM是等温线，HB是等转化率线。

反应工程课后答案教材

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反应⼯程课后答案教材第⼆章均相反应动⼒学1、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。

2A A min 18A0min 8A0AA A0d d 219.019.0181)(218.018.081)(11kc tc kc kc x x c kt =-=-?==-?=-?=为假设正确，动⼒学⽅程3、在间歇反应器中有⼀级液相可逆反应P A ?，初始反应时C A0=0.5mol/L ，C P0=0反应8min 后，A 的转化率为1/3，⽽平衡转化率是2/3，求此反应的动⼒学⽅程式。

解：p A AC k C k dtdC 21-=-21002122)1(k k x C x C C C K k k Ae A Ae A Ae Pe ==-===即根据⼀级可逆反应积分式1212121min 08664.082ln 3132ln 18ln1-==+∴+=-+=k k k k x x x k k t AAe Ae 1211m in 02888.0m in 05776.0--==∴k kP A p A AC C C k C k dtdC 02888.005776.021-=-=-5、恒温恒容的⽓相反应A →3P ，其动⼒学⽅程为Vn k dt dn V r A AA =-=-1)(，在反应过程中系统总压p t 及组分A 的分压均为变量，试推导)(A tp f dtdp =的表达式。

解：AtAA AtA A A A AAA A t A A t A A A t kp dtdp RT pk kc V n k dt dp RT dt dp RT dt dp RT dt dc r V n k dt dn v r dtdpdt dp p p p p p p p 221211(1)(22)(3)00======-=-=-=-=--=--=-+=得即8、纯⽓相组分A 在⼀等温等容间歇反应器中按计量式P A 5.2?进⾏反应，实验测得如下数据，时间/min***********∝分压p A /MPa 0.1 0.08 0.0625 0.0510.0420.0360.0320.028 0.020⽤积分法求此反应的动⼒学⽅程式。

李绍芬版反应工程答案之欧阳德创编

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1 绪论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）（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：（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设A P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n A、n P和n c分别为：n A=n A0(1-X A)=7.672 moln 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 moln 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：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：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。

下图是生产流程示意图原料气Bkg/h 粗甲醇 Akmol/h100kmol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 15.49H268.25 69.78CO2 1.46 0.82CH40.55 3.62N2 2.92 10.29 粗甲醇的组成为CH3OH 89.15%,(CH3)2O 3.55%,C3H9OH 1.10%,H2O 6.20%,均为重量百分率。