化学反应工程第二版课后习题

1、 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?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?若将反应速率写成-r=dCA，有什么条件？Adt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？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。A+2BYA+3DA+2BYB+3DC+DE2A+2BCA+C_D6气相基元反应A+2B-2P在30C和常压下的反应速率常数k=2.65Xc104m6kmol-2s-1。现以气相分压来表示速率方

2、程，即(-二气卩疋,求kp=?(假定气体为理想气体)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A(g)+B(l)fC(1)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AAB于A,在反应过程中可视为不变，而反应物A溶解于水的速率极快，以至于A在水中的浓度恒为其饱和溶解度。试求此反应器中液相体积为5m3时C的生成量。已知k=1m3kmol-1hr-1，c=3kmolm-3，c=0.02kmolm-3,B0A饱和虬,4试推导在恒dtV水溶液流量为10

3、m3hr-1。9反应2H+2NOTN+2HO，在恒容下用等摩尔H2,NO进行实验，测2得以下数据22总压/MPa0.02720.03260.03810.04350.0543半衰期/s26518613510467求此反应的级数。10考虑反应AT3P，其动力学方程为-rA容下以总压表示的动力学方程。11A和B在水溶液中进行反应，在25C下测得下列数据，试确定该反应反应级数和反应速度常数。时间/s116.8319.8490.2913.81188c/kmoLm-3AcB/kmoLm-399.090.683.070.665.342.456.648.240.628.222.9012丁烷在700C，总压为0

4、.3MPa的条件下热分解反应：CHf2CH+H410242TOC o 1-5 h z(A)(R)(S)起始时丁烷为116kg，当转化率为50%时-dPA，0.24MPa-s-1，求此时dtdpdndyR，A。dtdtdt13某二级液相不可逆反应在初始浓度为5kmolm-3时，反应到某一浓度需要285s，初始浓度为1kmoLm-3时，反应到同一浓度需要283s，那么，从初始浓度为5kmolm3反应到1kmolm3需要多长时间？14在间歇搅拌槽式反应器中，用醋酸与丁醇生产醋酸丁酯，反应式为：CHCOOH,CHOHisoCHCOOCH,HO3a)4b9)一r)49s)2反应物配比为：A(mol):B

5、(mol)=l:4.97，反应在100C下进行。A转化率达50%需要时间为24.6min,辅助生产时间为30min,每天生产2400kg醋酸丁酯(忽略分离损失)，计算反应器体积。混合物密度为750kgm-3,反应器装填系数为0.75。15反应(CH3CO)2O+H2Of2CH3COOH在间歇反应器中15C下进行。已知一次加入反应物料50kg,其中(CH3CO)2O的浓度为216molm-3,物料密度为1050kgm-3。反应为拟一级反应，速率常数为k=5.708X107exp(-E/R7)min-1,E=49.82kJmol-1。求x=0.8时，在等温操作下的反应时间。A16在100C下，纯A

6、在恒容间歇反应器中发生下列气相反应：2AR+SA组分分压与时间关系见下表：t/sec020406080100120140160pA/MPa0.10.0960.0800.0560.0320.0180.0080.0040.002试求在100C,0.1MPa下，进口物流中包含20%惰性物，A组份流量为100molhr-1，达到95%转化率所需的平推流反应器的体积。17间歇操作的液相反应AR,反应速率测定结果列于下表。欲使反应物浓度由c=1.3kmolm-3降到0.3kmolm-3需多少时间？c./kmolm30.10.20.30.40.50.60.70.81.01.32.0A(r”)/kmolm-3

7、min-10.10.30.50.60.50.250.100.060.050.0450.042一气相分解反应在常压间歇反应器中进行，在400K和500K温度下，其反应速率均可表达为-rA=23pA2molm-3s-1,式中pA的单位为kPa。求该反应的活化能。有如下化学反应CH+CH+H=CH+CH4222244(I)(A)(B)(P)(I)在反应前各组分的摩尔数分别为nI0=1mol；nA0=2mol；nB0=3mol；nP0=0，I0A0B0P0求化学膨胀率(用两种方法)。化学反应工程第二版习题 化学反应工程第二版习题12 20在555K及0.3MPa下，在平推流管式反应器中进行气相反应AP

8、,已知进料中含A30%(摩尔分数)，其余为惰性物料，加料流量为6.3mols-i,动力学方程式为-rA=0.27cAmolm-3s-i为了达到95%转化率，试求：AA所需空速为多少?反应器容积大小?21液相一级不可逆分解反应A-B+C于常温下在一个2m3全混流反应器(CSTR,MFR,连续搅拌槽式反应器)中等温进行。进口反应物浓度为1kmolm3，体积流量为1m3hr-i，出口转化率为80%。因后续工段设备故障，出口物流中断。操作人员为此紧急停止反应器进料。半小时后故障排除，生产恢复。试计算生产恢复时反应器内物料的转化率为多少？第17题中的反应，(1)当c=1.2kmolm-3,进料速率1km

9、olA.hr-1，转化率A0为75%；(2)c=1.3kmolm-3,进料速率2kmolAhr-1,出口为0.3kmolm-3；A0c=2.4kmolm-3，出口仍然为0.3kmolm-3,进料速率为1kmolAhr-1。A0计算三种情况下，用全混流反应器的体积各为多少?反应A+BR+S，已知V=0.001m3,物料进料速率V=0.5X10-3m3min-1,R0c=c=5molm3,动力学方程式为一r=kcc，其中k=100m3kmol-1min-1。A0B0AAB求：(1)反应在平推流反应器中进行时出口转化率为多少？(2)欲用全混流反应器得到相同的出口转化率,反应器体积应多大?(3)若全混

10、流反应器体积VR=0.001m3，可达到的转化率为多少？R已知k=1m3kmol-1hr-1,c=3kmolm-3,c=0.02kmolm-3,水溶液流量为B0A饱和10m3hr-1。在全混流反应器中进行如下等温液相反应：2A-B+Cr=kc2A+B-2Dr=2kccD2ABA的初始浓度为2.5kmolm3,A和C的出口浓度分别为0.45和0.75kmolm-3。假设进口物流中不含B、C、D,反应时间为1250sec,求:出口物流中B和D的浓度；k和k。第二章习题1.动力学方程的实验测定时，有采用循环反应器的，为什么?为什么可逆吸热反应宜选平推流反应器且在高温下操作，而可逆放热反应却不是?根据

11、可逆放热反应的特点，试问选用何种类型反应器适宜?为什么?一级反应A-P,在一体积为Vp的平推流反应器中进行，已知进料温度为150C,活化能为84kJmol-i,如改用全混流反应器，其所需体积设为V，m则V/V应有何关系?当转化率为0.6时，如果使V=V,反应温度应如何mpmp变化?如反应级数分别为n=2，1/2，-1时，全混流反应器的体积将怎样改变？在体积VR=0.12m3的全混流反应器中，进行反应AB一&宀RS，式k2中k=7m3kmol-1min-1，k2=3m3kmol-1min-1，两种物料以等体积加入反应器中，一种含2.8kmolAm-3，另一种含1.6kmolAm-3。设系统密度不

12、变，当B的转化率为75%时，求每种物料的流量。可逆一级液相反应AP，已知c0.5kmol-m-3,c0；当此反TOC o 1-5 h z，A0P0应在间歇反应器中进行，经过8min后，A的转化率为33.3%，而平衡转化率是66.7%，求此反应的动力学方程式。平行液相反应APr=1PARr=2cRAASr=c2SA已知c=2kmolm-3，c=0.2kmolm-3,求下列反应器中，c最大为多少？A0AfP平推流反应器；(2)全混流反应器；(3)两相同体积的全混流反应器串联，c=1kmoLm-3。A1自催化反应A+P2P的速率方程为：-r=kcc,k=lm3kmol-1min-1,原料AAP组成为

13、含A13%,含P1%(摩尔百分数)，且cA0+cp0=lkmolm3,出口流A0P0中cp=0.9kmoLm-3，计算采用下列各种反应器时的空间时间(t=Vr/V0)。PR0平推流反应器；(2)全混流反应器；(3)平推流与全混流反应器的最佳组合；(4)全混流反应器与一分离器的最佳组合。在两个串联的全混流反应器中进行一级反应,进出口条件一定时,试证明当反应器大小相同时,两个反应器的总容积最小。半衰期为20小时的放射性流体以0.1m3hr-i的流量通过两个串联的40m3全混流反应器后,其放射性衰减了多少？A进行平行分解反应，其速率式为/RrR=1kmolmn-1AfSr=2ckmoLm-3min-

14、1SA、TrT=Cakmolm-3min-1其中R是所要求的目的产物，cA0=1kmolm-3。试问在下述反应器进行等温A0操作时，预计最大的cR为多少?(1)全混流反应器；(2)平推流反应器。R在0C时纯气相组分A在一恒容间歇反应器依以下计量方程反应：Af2.5P，实验测得如下数据：时间/s02468101214spA/MPa0.10.080.06250.0510.0420.0360.0320.0280.020求此反应的动力学方程式。12.气相反应A+B=R的动力学方程为(-rA)=k(pApB-Pr/*),式中(2620k=3.5x108expmol-m3s1Pa2IT丿(3560K=7.

15、0 x10-12expPa-1PIT丿请确定最佳反应温度与转化率之间的关系。13.某液相一级不可逆反应在体积为VR的全混釜中进行，如果将出口物料的R一半进行循环，新鲜物料相应也减少一半，产品物料的转化率和产物生成速率有什么变化？有一自催化反应AR,动力学方程为-r=0.001cckmoLm-3s-i。要求AAR反应在4个0.1m3的全混流反应器中进行,反应物初始浓度c=10kmolm-3,c=0,处理量为5.4m3hr-1。如何排列这4个反应器(串A0R0联、并联、或串并联结合)才能获得最大的最终转化率？最大的转化率是多少？一级不可逆连串反应A一BC，k=0.25hr-1，k2=0.05hr-

16、1,进料流率V0为1m3hr-1,cA0=1kmolm-3，cBo=cco=0。试求：采用两个VR=1m3的全混流反应器串联时，反应器出口产物B的浓度。某气相基元反应：A+2BPdx已知初始浓度之比cAo：cBo=1:3,求da的关系式。AoBodt已知常压气相反应k_2A,B1R,SA+o1AoAo一一Ro+Sk4Rok61)2)(3)分别写出a,c为控制步骤的均匀吸附动力学方程；写出b为控制步骤的均匀吸附动力学方程，若反应物和产物的吸附都很弱，问此时对丁烯是几级反应。4、在氧化钽催化剂上进行乙醇氧化反应：1CHOH+一OtCHCHO+HO252232ABRS其反应机理为：251J2511k

17、2AAoHo111Ok、+oJ3TOo222J2k4BBo2_kTCHOH+2o1_CHOo+HoCHOo+Oo哙tCHCHO25123AoBbR12+OHo+o21OHb2控制步骤)dHo+OHo哙tHO+o+o12221证明：下述速率表达式：r(1+KBBAA5、用均匀吸附模型推导甲醇合成动力学.假定反应机理为:(1)CO+o=COo气+*气。COg+2H2gCH3OHG2gCH3OHgCH3OH+g推导当控制步骤分别为(1)，(3)，(4)时的反应动力学方程。6、一氧化碳变换反应CO+H2O=CO2+H2在催化剂上进行，若CO吸附为控制步骤，用均匀表面吸附模型推导反应动力学方程。用焦姆金

18、非均匀表面吸附模型推导反应动力学方程。7、催化反应A+B，A，B为均匀吸附，反应机理为：(1)A+g=Ag(2)Ag=Bg(3)Bg=B+g其中A分子吸附和表面反应两步都影响反应速率，而B脱附很快达平衡。试推导动力学方程。化学反应工程第二版习题 化学反应工程第二版习题12 #第五章习题异丙苯在催化剂上脱烷基生成苯，如催化剂为球形，密度为p=1.06kg.m-3,空隙率=0.52，比表面积为S=350m2g-i，求在500C和101.33kPa，异丙pg苯在微孔中的有效扩散系数，设催化剂的曲折因子1=3,异丙苯-苯的分子扩散系数DAB=0.155cm2s-1。AB在30C和101.33kPa下，

19、二氧化碳向镍铝催化剂中的氢进行扩散，已知该催化剂的孔容为Vp=0.36cm3g-】，比表面积Sp=150m2g-】，曲折因子1=3.9，颗粒密度ps=1.4gcm-3，氢的摩尔扩散体积VB=7.4cm3mol-1,二氧化碳的摩SB尔扩散体积VA=26.9cm3mol-1，试求二氧化碳的有效扩散系数。A在硅铝催化剂球上，粗柴油催化裂解反应可认为是一级反应，在630C时，该反应的速率常数为k=6.01s-】，有效扩散系数为D=7.82J0-4cm2s-1。，试eX求颗粒直径为3mm和1mm时的催化剂的效率因子。常压下正丁烷在镍铝催化剂上进行脱氢反应。已知该反应为一级不可逆反应。在500C时,反应的

20、速率常数为k=0.94cm3s-1g-1,若采用直径为0.32cmcat的球形催化剂，其平均孔径d0=1.1x10-8m，孔容为0.35cm3g-1，空隙率为0X0.36，曲折因子等于2.0。试计算催化剂的效率因子。某一级不可逆催化反应在球形催化剂上进行，已知D=10-3cm2s-1，反应速e率常数k=0.1s-1，若要消除内扩散影响，试估算球形催化剂的最大直径。某催化反应在500C条件下进行，已知反应速率为：-r=3.810-9p2mols-1g-1AXAcat式中pA的单位为kPa，颗粒为圆柱形，高x直径为5X5mm，颗粒密度pp=0.8gcm-3,粒子表面分压为10.133kPa，粒子内

21、A组分的有效扩散系数为D=0.025cm2s-1,试计算催化剂的效率因子。e某相对分子质量为225的油品在硅铝催化剂上裂解，反应温度为630C、压力为101.33kPa,催化剂为球形，直径0.176cm,密度0.95gcm-3,比表面积为338m2g-】，空隙率久=0.46,导热系数为3.610-4Js-1cm-1K-1；测得Px实际反应速率常数kv=6.33s-i；反应物在催化剂外表面处的浓度cAs=1.35vVASX10-5moLcm-3；反应热AH=1.6105Jmol-1；活化能E=1.6105Jmol-1；扩散XX过程属于克努森扩散，曲折因子为=3,试求催化剂的效率因子和颗粒内最大温

22、差。实验室中欲测取某气固相催化反应动力学，该动力学方程包括本征动力学与宏观动力学方程，试问如何进行？什么是宏观反应速率的定义式？什么是宏观反应速率的计算式？两者有何异同？化学反应工程第二版习题 化学反应工程第二版习题12 #化学反应工程第二版习题 #化学反应工程第二版习题12 #第六章习题在一总长为4m的填充床中，气体以2500kgm-2hr-i的质量流率通过床层。床层体安装直径为3mm的球形催化剂颗粒，空隙率为0.45，气体密度为2.9kgm-3,其粘度为1.8J0-5kgm-is-i。求床层的压降。不可逆反应2A+B-R,若按均相反应进行，其动力学方程为：-rA=3.8x10-3pA2pB

23、molL-1hr-1在催化剂存在下，其动力学方程为：10-2p2p-r=a_bmol-hr-ig-iA56.3,22.1p2,3.64pcatAR若反应在101.33kPa下恒温操作，进料组分中pA=5.07kPa,pB=96.26kPa,催化剂的堆积密度为0.6gcm-3。试求在一维拟均相反应气中为保证出口气体中A的转化率为93%，两种反应器所需的容积比。(式中，p的单位为kPa)在铝催化剂上进行乙腈的合成反应C2H2+NH3CH3CN+H2+92.14kJ(A)(B)(R)(S)设原料气的体积比为C2H2：NH3H2=1:2.2:1。采用三段绝热式反应器，段间间接冷却，使各段出口温度均为5

24、50C，每段入口温度也相同，其反应动力学方程可近似表示为：一r=3.08x104expA79601-xAkmol-hr-1g-1cat流体的平均热容Cp=128Jmol-1K-1o若要求乙腈的转化率为92%，且日产乙腈20吨，求各段的催化剂量。4.在一固定床反应器中，填充5.40m3的催化剂。在550C，101.33kPa下进行2A-2R+S的反应，用水蒸汽作稀释剂，反应物A与水蒸气的配比为1:4(摩尔比)。标准状态下加料量为1.0m3hr-1，出口转化率为50%,当反应化学反应工程第二版习题l6化学反应工程第二版习题12 #速率采用-r=丄叫（其中V是催化剂填充体积）的定义时，550CAVd

25、t下的反应速率常数为l.Ohr-i。若忽略外扩散的影响，并假定有效因子在床层内为一常数，求其有效因子。在T-x图上，为平衡曲线，为最佳温度曲线，AMN为等转化率曲线，指出最大速率点和最小速率点BCD为等温线，指出最大速率点和最小速率点。在T-x图上，定性绘出三段间接换热SO2氧化反应的操作线。在T-x图上，定性绘出三段原料气冷激的合成氨反应的操作线。化学反应工程第二版习题 化学反应工程第二版习题12 #第七章习题某合成反应的催化剂，其粒度分布如下：dp、06/m40.031.525.016.010.05.0%/(wt)4.6027.0527.9530.076.493.84已知m=0.55,p=

26、1300kg.m-3。在120C及101.3kPa下，气体的密度p=1.453kg.m-3,“=1.36810-2mPas。X求初始流化速度。计算粒径为80 x10-6m的球形颗粒在20C空气中的逸出速度。颗粒密度Xpp=2650kgm3,20C空气的密度p=1.205kgm-3,空气此时的粘度为“=1.8510-2mPas。X在流化床反应器中，催化剂的平均粒径为51X10-6m,颗粒密度pp=2500kg.m-3，静床空隙率为0.5,起始流化时床层空隙率为0.6,反应气体的密度为1kg.m-3,粘度为4x10-2mPas。试求：X1初始流化速度2逸出速度3操作气速在一直径为2m,静床高为0.

27、2m的流化床中，以操作气速u=0.3ms-1的空气进行流态化操作,已知数据如下：d=80X10-6m,pp=2200kgm-3,p=2kgm-3,“=1.90X10-2mPas,0.5求床层的浓相段高度及稀相段高度。例7-3中如果要求出口气体中关键组分转化率为xAf=0.98，催化剂用量应Af取多少？例7-3中如果将操作气速由u=0.12m.s-】提高到0.2ms1,出口气体中关键组分转化率是多少？床层高度有何变化？第八章习题以25C的水用逆流接触的方法吸收空气中的CO2，试求在操作时气膜和液膜的相对阻力是多少？采用哪种最简单形式的速率方程来设计计算吸收塔。已知CO2在空气和水中的传质数据如下

28、：k=0.789moLhr-im-2kPa-iAGk=25Lhr-im-2ALH=3039.9kPaLmol-iA若采用NaOH水溶液吸收空气中的CO2，反应过程属瞬间反应CO+2OH-=2H+CO223吸收温度为25C(题1数据可用)，请计算：当pCO2=1.0133kPa,cNoH=2molL-1时的吸收速率；CO2NaOH当pCo2=20.244kPacNOH=0.2molL-i时的吸收速率；CO2NaOH他们与纯水吸收CO2比较，吸收速率加快了多少倍？用纯水吸收CO、O2等气体中少量的NH3，已知在操作温度(10C)下NH3的亨利系数HA=1.01kPaLmol-1；CO2，O2亨利系数HA=1.01105kPaLmol-1。试求假定NH3，CO，