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(完整word版)反应工程课后答案完整版

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1 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），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： nA=nA0(1-XA)=7.672 mol nP=nA0YP=18.96 mol nC=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 mol nO=nO0-1/2nP-3/2nC=0.8788 mol nN=nN0=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% CH3OH 7.672 6.983

HCHO 18.96 17.26 H2O 38.3 34.87 CO2 0.7672 0.6983 O2 0.8788 0.7999 N2 43.28 39.39 2

2 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XA=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。根据下面两图回答：

（1） （1） 是可逆反应还是不可逆反应？ （2） （2） 是放热反应还是吸热反应？ （3） （3） 在等温线上，A,D,O,E,M点中哪一点速率最大，哪一点速率最小？ 3

（4） （4） 在等转化率线上，H,C,R,O,F及B点中，哪一点速率最大，哪一点速率最小？ （5） （5） 在C,R两点中，谁的速率大？ （6） （6） 根据图中所给的十点中，判断哪一点速率最大？ 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？ 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。

2.8常压下，在钒催化剂上进行SO2氧化反应，原料气组成为7%O2及82%N2。试计算转化率为80%时的最佳温度。二氧化硫在钒催化剂上氧化的正反应活化能

为，化学计量数等于2，反应式为：

其平衡常数与温度的关系为： 该反应的热效应。 解：（1）求出转化率为80%时各组分的分压： 以100mol为基准 x SO2 O2 SO3 N2 ∑ 0 7.0 11.0 0 82.0 100.0 0.80 7(1-0.80)=1.4 11-5.6×0.5=8.2 5.60 82.0 97.2 4

（2）求与上述组成对应的平衡常数KP值： (3)求平衡温度Te (4)利用（2.31）式求逆反应活化能值 (5)利用（2.31）式求最佳温度TOP 2.11在210℃等温下进行亚硝酸乙脂的气相分解反应： 该反应为一级不可逆反应，反应速率常数与温度的关系为 ，若反应是在恒容下进行，系统的起始总压为0.1013MPa，采用的是纯亚硝酸乙脂，试计算亚硝酸乙脂分解率为80%时，亚硝酸乙脂的分解速率及乙醇的生成速率。 若采用恒压反应，乙醇的生成速率又是多少？ 解：（1）恒容过程，其反应式可表示为：

反应速率式表示为： 设为理想气体，反应物A的初始浓度为： 5

亚硝酸乙脂的分解速率为： 乙醇的生成速率为： （2）恒压过程，由于反应前后摩尔数有变化，是个变容过程，由（2.49）式可求得总摩尔数的变化。

由于反应物是纯A，故有：yA0=1。 由（2.52）式可求得组分的瞬间浓度：

乙醇的生成速率为： 2.12甲烷与水蒸气在镍催化剂及750℃等温下的转化反应为： 原料气中甲烷与水蒸气的摩尔比为1：4，若这个反应对各反应物均为一级，已知k=2l/mol.s,试求： （1） （1） 反应在恒容下进行，系统的初始总压为0.1013MPa，当反应器出口的CH4转化率为80%时，CO2和H2的生成速率是多少？ （2） （2） 反应在恒压下进行，其他条件如（1），CO2的生成速率又是多少？ 解：（1）由题意可将反应速率表示为：

对于恒容过程，则有 6

当XA0=0.8时 （2）对于恒压过程，是个变容反应过程，由（2.49）式可求得总摩尔数的变化 反应物A的原始分率：

由（2.52）式可求得转化率为80%时的浓度：

2.13在473K等温及常压下进行气相反应： （1） （2） （3） 式中CA为反应物A的浓度（mol/l），原料中A和惰性气体各为一半（体积比），试求当A的转化率达85%时，其转化速率是多少？

解：方法（1），先求出总摩尔变化数。 首先将产物的生成速率变为对应的反应物的转化速率： 7

总反应速率为： 以一摩尔反应物A为基准，总摩尔变化数为：

初始浓度为： 则有

方法（2），可将CA表示为：

方法（3），利用物料衡算可分别求出反应物A生成R及S的瞬间选择性SR,SS,因而可求出产物R及S的收率yR,yS,求得A转化率为85%时的分率： 8

其中： 3 釜式反应器 3.1在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应：

该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级。反应开始时乙酸乙酯及氢氧化钠的浓度均为0.02mol/l，反应速率常数等于5.6l/mol.min。要求最终转化率达到95%。试问： （1） （1） 当反应器的反应体积为1m3时，需要多长的反应时间？ （2） （2） 若反应器的反应体积为2m3，，所需的反应时间又是多少？

解：（1） (2) 因为间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关，所以反应时间仍为2.83h。

3.2拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应：

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） （1） 若辅助时间为0.5h，试计算反应器的有效体积； 9

（2） （2） 若装填系数取0.75，试计算反应器的实际体积。 解：氯乙醇，碳酸氢钠，和乙二醇的分子量分别为80.5,84 和 62kg/kmol,每小时产乙二醇：20/62=0.3226 kmol/h

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： 反应时间：

反应体积： （2） 反应器的实际体积： 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） （1） 如何选择原料配比？ （2） （2） 若采用多段全混流反应器串联，何种加料方式最好？ （3） （3） 若用半间歇反应器，加料方式又如何？

解：（1） 由上式知，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：

（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. 10

3.8在一个体积为300l的反应器中86℃等温下将浓度为3.2kmol/m3的过氧化氢异丙苯溶液分解：

生产苯酚和丙酮。该反应为一级反应，反应温度下反应速率常数等于0.08s-1,最终转化率达98.9%，试计算苯酚的产量。 （1） （1） 如果这个反应器是间歇操作反应器，并设辅助操作时间为15min; （2） （2） 如果是全混流反应器； （3） （3） 试比较上二问的计算结果； （4） （4） 若过氧化氢异丙苯浓度增加一倍，其他条件不变，结果怎样？ 解：（1）

苯酚浓度 苯酚产量 （2）全混流反应器

苯酚产量 （3）说明全混釜的产量小于间歇釜的产量，这是由于全混釜中反应物浓度低，反应速度慢的原因。 （4）由于该反应为一级反应，由上述计算可知，无论是间歇反应器或全混流反应器，其原料处理量不变，但由于CAB增加一倍，故C苯酚也增加一倍，故上述两个反应器中苯酚的产量均增加一倍。

3.9在间歇反应器中等温进行下列液相反应：

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(完整word版)化学反应工程-模拟题一及答案

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中国石油大学(北京）远程教育学院模 拟 考 试 卷化学反应工程 试卷A (开卷）答案一、在体积为2.5m 3的理想BR 反应器中进行液相等温一级基元反应A P →，k ＝2.78×10-3 s —1，进口摩尔流率F A0＝11。

4 mol/s ，反应物A 初始浓度04/A C mol L =，求： （1）当反应器中A 的转化率为80％，求所需的时间?（6分）（2）若将反应移到CSTR 中进行,其它条件不变，求所需反应器体积？（6分） （3）若将反应移到PFR 中进行，其它条件不变,求所需反应器体积？(6分） 解:（1）由BR 设计方程可得反应所需的时间为：31111ln ln 579()1 2.78*1010.8t s k x -===-- （2）由CSTR 的设计方程可得反应器的体积为：003011.40.84100.7()(1) 2.78104(10.8)-⨯====--⨯⨯⨯-A A A A A A A F X F X V L r kC X （3）由PFR 的设计方程可得反应器的体积为：0030111.4ln ln51650()(1)(1) 2.78104-=====---⨯⨯⎰⎰AAX X A A A A A A A A A A dX FdX F V F L r kC X kC X二、在一个等温活塞流反应器中进行气相反应：C B A →+2，该反应对A 和B 均是一级.反应器的入口体积流率为2.5L/min ，进料为等摩尔的组分A 和B 。

入口温度和压力分别是727℃和10atm.在此温度下的反应速率常数k ＝4L/mol ·min 。

求： （1）反应器入口处（即X A =0时)A 的浓度？ （4分） （2）反应器入口处（即X A =0时）的反应速率？（4分) （3）当A 的转化率为40％时的浓度？(4分） （4)当A 的转化率为40％时的反应速率？（6分）解：对于反应C B A →+2,2211-=--=δ入口处：F A0＝F B0,则y A0＝0.5，所以10-=⨯=δεA y （1）由理想气体定律可得入口处A 的浓度为:A0A0y P 0.510atmC 0.061(mol /L)RT 0.082(L atm /mol K)(727273)K⨯===⋅⋅⨯+ （2)入口处的反应速率：223A A0B0A0r kC C kC 40.0610.061 1.4910(mol /dm L)--===⨯⨯=⨯⋅(3）当A 的转化率为40%时A 的浓度为：A A0A0A01X 1X C C C C 0.061(mol /L)1X 1X --⎛⎫⎛⎫==== ⎪ ⎪+ε-⎝⎭⎝⎭（4)当A 的转化率为40%时B 的浓度为：B B A0A0A0b 2X 1X 12X 10.8a 1C C C C 0.0610.0203(mol /L)1X 1X 1X 10.4⎛⎫⎛⎫Θ-- ⎪ ⎪--⎛⎫====⨯= ⎪ ⎪ ⎪+ε---⎝⎭ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭3A A B r kC C 40.0610.0203 4.9610(mol /L min)--==⨯⨯=⨯⋅三、有如下平行反应：3.01B A P C C k r =，8.15.02B A S C C k r =,其中121==k k ，(1)当A 和B 的初始浓度为L mol C C B A /2000==，A 和B 均从反应器入口加入,计算A 的转化率为0.9时的瞬时选择性。

(完整word版)生物反应工程原理

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1.微生物反应与酶促反应的主要区别？答：微生物反应与酶促反应的最主要区别在于，微生物反应是自催化反应，而酶促反应不是。

此外，二者还有以下区别：（1）酶促反应由于其专一性，没有或少有副产物，有利于提取操作，对于微生物反应而言，基质不可能全部转化为目的产物，副产物的产生不可避免，给后期的提取和精制带来困难，这正是造成目前发酵行业下游操作复杂的原因之一。

（2）对于微生物反应，除产生产物外，菌体自身也可是一种产物，如果其富含维生素或蛋白质或酶等有用产物时，可用于提取这些物质。

（3）与微生物反应相比，酶促反应体系较简单，反应过程的最适条件易于控制。

微生物反应是利用活的生物体进行目的产物的生产，因此，产物的获得除受环境因素影响外，也受细胞因素的影响，并且微生物会发生遗传变异，因此，实际控制有一定难度。

（4）酶促反应多限于一步或几步较简单的生化反应过程，与微生物反应相比，在经济上有时并不理想。

微生物反应是生物化学反应，通常是在常温、常压下进行；原料多为农产品，来源丰富。

（5）微生物反应产前准备工作量大，相对化学反应器而言，反应器效率低。

对于好氧反应，需氧，故增加了生产成本，且氧的利用率不高。

（6）相对于酶反应，微生物反应废水有较高BOD值。

2. 何为连续培养的稳定状态？当时，一定是微生物连续培养的稳定状态吗？答：连续培养是将细胞接种于一定体积的培养基后，为了防止衰退期的出现，在细胞达最大密度之前，以一定速度向生物反应器连续添加新鲜培养基；与此同时，含有细胞的培养物以相同的速度连续从反应器流出，以保持培养体积的恒定。

连续培养的稳定状态时，此时反应器的培养状态可以达到恒定，细胞在稳定状态下生长。

在稳定状态下细胞所处的环境条件如营养物质浓度、产物浓度、pH值可保持恒定，细胞浓度以及细胞比生长速率可维持不变。

稳定状态可有效的延长分批培养中的对数生长期。

理论上讲，该过程可无限延续下去。

细胞很少受到培养环境变化带来的生理影响，特别是生物反应器的主要营养物质葡萄糖和谷氨酰胺，维持在一个较低的水平，从而使他们的利用效率提高，有害产物积累有所减少。

反应工程考试习题库及答案

反应工程考试习题库及答案

第一章 绪论1. 化学反应工程是一门研究______________的科学。

（化学反应的工程问题） 2. 化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的科学，既以_______作为研究对象，又以_______为研究对象的学科体系。

（化学反应、工程问题） 3. _______是化学反应工程的基础。

（ 三传一反）4. 化学反应过程按操作方法分为_______、_______、_______操作。

（分批式操作、连续式操作、半分批式）5. 化学反应工程中的“三传一反”中的三传是指_______、_______、_______。

（传质、传热、动量传递）6. 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）7. 在建立数学模型时，根据基础资料建立物料、热量和动量衡算式的一般式为_______。

（累积量=输入量-输出量）8.“三传一反”是化学反应工程的基础，其中所谓的一反是指_______。

（D ）A ．化学反应 B. 反应工程 C. 反应热力学 D. 反应动力学 、9.“三传一反”是化学反应工程的基础，下列不属于三传的是_______。

（A ） A. 能量传递 B. 质量传递 C. 热量传递 D. 动量传递 第二章 均相反应动力学1. 均相反应是指_。

（参与反应的物质均处于同一相）2. aA + bBpP + sS 对于反应，则=P r _______)(A r -。

（ap）3.着眼反应组分K 的转化率的定义式为_______。

（00K KK K n n n -=χ）4.当计量方程中计量系数的代数和等于零时，这种反应称为_______，否则称为_______。

（等分子反应、非等分子反应）5.化学反应速率式为βαB A C A C C K r =-，用浓度表示的速率常数为C K ，假定符合理想气体状态方程，如用压力表示的速率常数P K ，则C K =_______P K 。

反应工程考试习题库及答案

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第一章 绪论1. 化学反应工程是一门研究______________的科学。

（化学反应的工程问题） 2. 化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的科学，既以_______作为研究对象，又以_______为研究对象的学科体系。

（化学反应、工程问题） 3. _______是化学反应工程的基础。

（ 三传一反）4. 化学反应过程按操作方法分为_______、_______、_______操作。

（分批式操作、连续式操作、半分批式）5. 化学反应工程中的“三传一反”中的三传是指_______、_______、_______。

（传质、传热、动量传递）6. 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）7. 在建立数学模型时，根据基础资料建立物料、热量和动量衡算式的一般式为_______。

（累积量=输入量-输出量）8.“三传一反”是化学反应工程的基础，其中所谓的一反是指_______。

（D ） A ．化学反应 B. 反应工程 C. 反应热力学 D. 反应动力学 9.“三传一反”是化学反应工程的基础，下列不属于三传的是_______。

（A ） A. 能量传递 B. 质量传递 C. 热量传递 D. 动量传递 第二章 均相反应动力学1. 均相反应是指_。

（参与反应的物质均处于同一相）2. aA + bBpP + sS 对于反应，则=P r _______)(A r -。

（ap）3.着眼反应组分K 的转化率的定义式为_______。

（00K KK K n n n -=χ）4.当计量方程中计量系数的代数和等于零时，这种反应称为_______，否则称为_______。

（等分子反应、非等分子反应）5. 化学反应速率式为βαB AC A C C K r =-，用浓度表示的速率常数为C K ，假定符合理想气体状态方程，如用压力表示的速率常数P K ，则C K =_______P K 。