化学反应工程课后习题复习

1、化学反应工程许志美课后习1-5224622HCHOC HC H O0010% 1.6%0.8410%AAAAnnxn46200(7.65%0)/(1*)()/0.635()/(10% 1.6)/(2*)C H OPPAAHCHOMnnpnnaM0.534Ax0.635循环操作*totalw mmnMM，原料分离回收循环操作，甲醛初始浓度10%（质量比），出反应器1.6%，丁炔二醇初浓度0，出口浓度7.65%，求 , ,Ax 第1章 绪论化学反应工程许志美课后习2-4间歇反应器：CA0和xA相同（T1=20时，反应时间t1=8d；T2=120 时，反应时间t2=10min），试估算 Ea1101

2、(1)11nnAAktcxn)11(ln2112TTREkka67.55/aEkJ mol2112ttkk=knAArC反应转化量反应时间 反应区第2章 化学反应动力学化学反应工程许志美课后习2-5C2H4二聚反应：(1) T=200，Ea=156.9 kJ/mol； C2H6二聚反应：(2) T=200，Ea=104.6 kJ/mol。为使反应速率加倍，要提高多少温度？211211ln()aEkkR TT221111lnaTRkTEk（1）CTTTo4 . 812CTTTo7 .1212（2）若使反应速率提高一倍，活化能愈大，所需提高的温度愈小若使反应速率提高一倍，活化能愈大，所需提高的温度

3、愈小化学反应工程许志美课后习2-6 反应温度上升反应温度上升10，反应速率加倍，反应速率加倍，Ea与与T之间的关系？之间的关系？当当T1(K)=300、400、600、800和和1000K时，求时，求Ea)11(ln2112TTREkk11ln 2()10aERTT0.5763 (10)aET TT（K）3004006008001000Ea（kJ/mol）53.5994.51210.92373.43582.05化学反应工程许志美课后习3-1间歇反应器，间歇反应器，n=2，t1=5min时，转化率时，转化率xA=50%;若要若要xA=75%，需增加多长时间？，需增加多长时间？01AAAxc kt

4、x0112120211AAAAAAcktxxxxcktmin152t3121tt2110 minttt 第3章 理想间歇反应器化学反应工程许志美课后习3-2n=1，等温，证明，等温，证明xA=99.9%时所需反应时间是时所需反应时间是xA=50%时所需反应时间的时所需反应时间的10倍倍1ln1Aktx0exp()aEkkRT等温时，k 一定221111lnln119 9 .9 %1 011lnln115 0 %AAtxtx化学反应工程许志美课后习3-3n=1/2，10 min后后xA=0.75, 30 min后转化率后转化率xA=?112202 1(1)AACktx2211212301 (1)

5、101 (1 0.75)Atxt xA2无解假设xA=1时，时间为t33311112211221 (1)1 (1 1)1 (1)1 (1 0.75)AAtxtx320 m int 30 min后反应物A完全转化，完全转化，xA=100%1101(1)11AnnACktxn化学反应工程许志美课后习3-4间歇反应器，间歇反应器，cA0=1mol/L，t=8min后，后，xA=0.8；t=18min后，后，xA=0.9，求该反应的动力学关系？，求该反应的动力学关系？1101(1)11AnnAcktxn221111(1)1(1)1AAnntxtx1)8 . 01 (1)9 . 01 (81811nn0

6、1AAAxc ktx0.5/(min)kLmoln=2化学反应工程许志美课后习在间歇反应器中进行二级反应 ，反应速率为当 分别为1，5，10 mol/L时，求反应到 =0.01 mol/L时，所需反应时间。并对计算结果进行讨论。 3-8AP2(-r )=0.01c/AAmol s0AcAc011AAktcc对于二级反应，若1/CA1/CA0 ，反应时间t与反应物初始浓度无关。19900ts59980ts109990ts1Aktc化学反应工程许志美课后习生物化工中胰蛋白原转化成胰蛋白酶时，在间歇反应实验中测得不同温度下反应速率于某时刻达到最大值 3-10AASdckc cdtMAXt000000

7、0()C()()ATATAPATACCCktCCktInCCC30000.65+0.05()= 0.35kmol/m222TAPAoptCCCC1120.65(0.70.35)293: 0.72.4=In,0.35(0.70.65)KkkKk同理求211211()65.94/kEInEkJ molkR TT化学反应工程许志美课后习在间歇釜式反应器中进行液相反应 ，测得二级反应速率常数： ，计算当 1和5时，转化率分别为0.5，0.9，0.99时所需的反应时间，并对计算结果进行讨论。3-12ABP2061.5 10/() ,0.307/ALmol hcmol L00/BAcc2200000000

8、00220000.50.90.99020(1)()(1)()(1)()()11(1)(1)5.31 ,47.7524.41(1AAAABBAA BAABAAAAAAAAAAxAAAAAAxxxAAAccrkc ckcxcc xkcxxkcxxccxdxtckcxkcxth th thdxtckc 令当时，当时000.50.90.99()1)()(1)(1)50.78 ,2.78 ,5.81AAAAxAAAAAxxxxlnxxkcxth th th 当时当C B0 /C A0 = 越大，达到相同转化率所需的时间越短； 当C B0 /C A0 不变时，随x A 的增大，所需t 增大，且 x A 越

9、高，t 增加越快 化学反应工程许志美课后习在3-12题中，若 时，用拟一级反应方程式处理，其计算结果与按二级反应处理相比较。当cB0/cA0=5时，二级反应可做拟一级反应处理 。3-1300/5BAcc11BAkkck tlnx 0.50.90.990.73 ,2.44 ,4.88AAAxxxththth化学反应工程许志美课后习可逆一级液相反应 ，已知 。当此反应在间歇反应器中进行时，经过8 min A的转化率是33%，而此时平衡转化率为66.7 %。此反应的动力学方程 。 3-20AP 000.5/,0APcmol L c120.6672.00311 0.667AeAexkKkxAAeAeA

10、eAAeAxxxCCCCtkklnln)(021*例3-8（p27）化学反应工程原理例题与习题0()0.05770.0288()AAAArccc化学反应工程许志美课后习可逆反应 ，已知 。已知210oC时， 求在该温度下所能达到的最大转化率为多少？若要使 ，则需采取何种措施？3-21AP ()130959 /HJ mol120.2,0.5kk 。0.9Ax 120.20.28610.5AeAeAexkKxkx121211ln()KHKRTT 若要使xA=0.9，可以降温或者移除产物。2441TK化学反应工程许志美课后习有一简单反应，原料A，产物P，实验测得下列数据，已知试求平衡转化率和反应速率

11、常数3-22001.89/,0APcmol Lc。时间01803004201440A转化量00.200.330.431.051.580012121.580.8361.891()lnAAeAeAAeAeAeAeAccxcxkKkxxkk txx代入数据，求平均值411412=6.37 10=1.25 10ksks化学反应工程许志美课后习在等温间歇釜式反应器中进行下列液相反应：A和B的初浓度均为2kmol/m3,P为目的产物，试计算反应为2h的A的转化率和产物P的收率。3-23*323P2/()20.5/()pARAABrc kmolm hARrckmolm h 122()2()2ApAARArr

12、crrc22AAAdcccdt 0.0184Ac00(2+)0.5(2+)AAAAcctlncc0002 0.01840.9908221 0.51 0.51/21 2/222/20.6841/21 0.0184/2PAAAccPAAAAPcPAAPPPAxdcdcdcccdcdtdccccInclncc ，又化学反应工程许志美课后习有一平行反应串联液相反应：在间歇反应器中，开始时溶液中含有A的浓度及过量的B，得到如下数据：试问: 的比值为多少？间歇反应器中P的最大浓度为多少？并求此时A的转化率3-26*111222ABBpABPrk c cBPRrk c c 300.1/Ackmol m时间时

13、间TcAcPt10.0550.038t20.010.04221/kk112111122101021();()ABpk tAAk tk tpArk ckk crk cttcc ekcceekk其中同理时，210.52kk化学反应工程许志美课后习 22112111 1/0.521230121()()0.4920.520.0492/;1 ()0.744kkkMAXp MAXAMAXkkkAkkcckmol mkxk 化学反应工程许志美课后习丙烷热裂化为乙烯的反应 ，反应在772oC等温条件下进行，其反应动力学方程式为式中k=0.4h-1，若采用理想管式反应器，p=0.1MPa,进料流量 ，当转化率

14、=0.5时，求所需反应器的体积4-438244C HC HCH ()AArkc0800 /L hAx300032 11;111.51/;1(1) (1),=1.773ARAAAARPPcRTcmol mRTVlnxxFkcVm又PV=nRT根据第4章 理想管式反应器化学反应工程许志美课后习四氟乙烯是制造聚四氟乙烯所用的担体，可将一氯二氟甲烷进行热分解得到若在0.10133 MPa，700 oC等温条件下，用直径为100 mm的管式反应器进行分解纯的一氯二氟甲烷，其流量为0.4 kmol/min ，试计算分解率为0.8时所需的管长。已知反应为一级，700 oC时的反应速率常数k=0.97s-1

15、4-522 422CHClFCFHCl 30030021220.5;212.525/;0.4/ min6.67/ ;1(1)(1)=1.1058;140.8(/ 2)AARAARAARPPcRTcmol mRTFkmolmol sVInxxVmFkcVLmd又PV=nRT根据化学反应工程许志美课后习在一活塞流反应器中进行下列反应：反应均为一级，已知 。A的最大进料量为3 ,且不含P与S。试计算P的最大收率和总选择性以及达到最大收率时所需反应器的体积4-1512kkAPS 11120.30min ,0.10minkk3/mh221210.110.1 0.321/11.2.3321021300.3

16、()()0.577;0.1(1)0.8075;0.7145;(/)3/0.05/ min5.49min;0.2745kkkMAXkkA optMAXA optoptRoptkkkxkxln kkmhmkkVm又tt化学反应工程许志美课后习4-23*常压法生产稀硝酸时，离开快速冷却器的气体组成是：NO为9%， NO2为1%， O2为8%，其余均为N2等惰性气体（摩尔分率）。此气体浸入氧化塔。在0.10133MPa，20的等温条件下进行氧化反应：反应终点要求NO2 : NO=5，已知入塔气体流量为10000m3/h，氧化塔中反应体积可用下式计算：式中：VR反应器体积，m3； G气体质量流量，kg/

17、s； y单位质量气体的NO2摩尔量 ； k反应速率常数1.4104 m3/(kmol s)(20)。试求反应器体积是多少？2222NOONO2122yRyNOOdyVGkcc化学反应工程许志美课后习考虑1kmol气体进入反应器，并设在反应器某一位置生成的NO2为x kmol，得：组分组分进口处进口处 kmolkmol某一位置某一位置 kmolkmolNO0.090.09-xNO20.010.01+xO20.080.08-0.5xN20.820.82total1.001.00-0.5x该位置处体积流量3(1.000.5 ) 0.082()nRTxTvmPP30(0.09)(/)(1.000.5

18、) 0.082NOAnxPckmol mvxT23(0.080.5 )(/)(1.000.5 ) 0.082OxPckmol mxT化学反应工程许志美课后习在出口处要求NO2 : NO=5，则：0.010.09ffxx 10yyx 20.0733fyyxx 0.0733fx 2123330.07332320(1.000.5 )0.082(0.09)(0.080.5 )yRyNOOdyGxTVGdxkccMkPxx100000.1156(/ )3600 (27320) 0.082MGMkg s30.073320(1.000.5 )11.47(0.09)(0.080.5 )RxVdxxx图解积分，

19、或数值积分3110RVm化学反应工程许志美课后习2)(AAkcr5-2液相反应，反应速率： ， CSTR中，1010202001122122(1)6(1)AAAAAARRRVxvkcxVVxvkcxxA=0.5，若CSTR体积扩大6倍，其他条件不变，此时xA=?75. 02Ax第5章 连续流动釜式反应器002200()(1)AAAAAAAAAccccxVvrkckcx化学反应工程许志美课后习5-3一级反应，150等温PFR中xA=0.6；若用同样大小CSTR，处理量不变，要使xA=0.7，问此时CSTR该在什么温度下操作？（Ea=83.7 kJ/mol)1102012221:ln1:1RARA

20、AVPFR kkvxVxCSTR kkvx2221111ln1AAAxkxkx)11(ln2112TTREkkaKT4402反应器体积不变，处理量不变，则 不变化学反应工程许志美课后习5-5一级反应，Ea=83.7 kJ/mol，反应温度150，PFR中进行时，其体积为Vp，改用CSTR，其体积为VM，说明Vp/VM表达式。若xA为0.6和0.9，为使VM与Vp相同，则CSTR应在什么温度下进行？2112121222111ln(1)ln11(1)APAAAMAAxVkxkxxVkxkx1221102201:ln1:1AAAPMVPFR kkvxVxCSTR kkvxVp=VM212111ln(

21、)akEkRTT)11(11ln)1 (ln21122TTRExxxaAAAT2=468K化学反应工程许志美课后习5-8某液相反应实验测得浓度反应速率数据如下：00()AAfRAccVvrcA(mol/L)0.10.20.40.60.81.01.21.41.6(-rA)mol/(Lmin)0.625122.51.51.250.80.70.65CSTR，cA0=2 mol/L，当出口浓度cAf为0.6 mol/L,0.8 mol/L,1 mol/L时，0=120 L/min，求所需VR？并讨论计算结果010(1)67.2()AAfRAccVvLr020(2)96()AAfRAccVvLr030(

22、3)96()AAfRAccVvLr类似于自催化反应类似于自催化反应化学反应工程许志美课后习5-9一级反应，VR=300 L，cA0=3.2 kmol/m3，k=0.08 s-1 ， xA=98.9%，求反应物A的处理量。（1）间歇操作，辅助时间15min；（2) 反应器为CSTR，将结果与（1）比较；（3）A的浓度增加一倍，其他条件不变，结果如何？111ln1Atkx0018.82/minRVvLtt0(1)RAAVxkx0(1)16.02/minRAAV kxvLx由于返混的影响，若要获得相同的由于返混的影响，若要获得相同的 转化率，转化率，CSTRCSTR的平均停留时间较大，的平均停留时间

23、较大，生产能力较小。生产能力较小。由（1）、（2）可见，v0与反应物的初始浓度无关，所以A的浓度增加一倍，结果不变（1）（2）（3）化学反应工程许志美课后习2)(AAkcr5-12体积为VR的反应器中进行液相等温反应，反应速率:1102:(1)AfAfAxCSTR ckx（1）CSTR，xAf=0.5，改为同体积PFR，此时xAf=?（2） CSTR，xAf=0.5，若反应器增大10倍，此时xAf=?（3）若反应为零级，求（1)、（2）的计算结果。（4）若反应为一级，求（1)、（2）的计算结果。667. 02Afx220:1AfAfAxPFR c kx（1）k、不变2202010:(1)AfA

24、fRAVxCSTR ckx8 . 02Afx（2）化学反应工程许志美课后习10:AfAcxCSTRk5 . 02Afx20:AfAcxPFRk（3）20010:AfRAVCSTR kcx52Afx（4）n=0由于1Afx12Afxn=120.632Afx211ln:AfxkPFR22010:1AfAfRVxCSTR kx20.909Afx111:AfAfxxkCSTRk、不变k、不变化学反应工程许志美课后习5-16*循环流动反应器，自催化反应，cA0=1 mol/L，k=1 L/(mols)，进料流率v=1 L/s，循环比分别为3，0， ，求xA=0.98的反应器体积。)1 ()()(2000

25、AAAAAAxxkccckcrA)1 ()1 (1ln) 1()1 () 1()() 1(2020)1()1(0AfAfAAfAfAAAAAfAfAAxRxRkcRxxxxkcdxRxxrdxRFVRRRRA1.064ln11.40.06VL当R=3时APPP化学反应工程许志美课后习R=0，即平推流反应器情况98. 00000)1 ()1 (2020AAAAAAxxdxkcFxxxkcdxFVAAAfAA由于进料中没有产物，该反应无法启动，所以V= 。当R= 时，即连续流动釜式反应器的情况LxxkcxFVAfAfAAfA5002. 098. 098. 01)1 (200*例5-4（p118）

26、化学反应工程原理化学反应工程许志美课后习5-20证明：两釜串联中进行一级反应，一定转化率下，两釜体积相同，则其总体积为最小。00112112210100201(1)1(1)AAAAAAAAVcckVckcVcckVck c ) 1() 1(2110021AAAAcccckVVV转化率一定，则cA0/cA2为定值cccAA20设化学反应工程许志美课后习) 1() 1() 1(20100001AAAAcckckcckV) 1() 1() 1(2000210002AAAAAAcckcccckcckV将上式对cA1求导，可得01100122AAAAccV VVck cccccAA01cccAA20将

27、代入上式，可得：)021010AAAAcccckdcdV当且仅当 ，反应器体积最小21VV 此时10AdVdc化学反应工程许志美课后习第6章 反应过程中的混合现象及其对反应的影响31 201 211/,(),2(/)minAAAcmol Lrkckmol L6-6固相反应 ，测得停留时间分布如图6-4：已知： ， 求xA?AP21 211200000()101( )10.50.16710.833AAAArkccttccf t dttdtcccxc 02t (min)0.5( )( /min)f tL化学反应工程许志美课后习10.02mink6-7CSTR，液固相反应，产物为固相，反应为一级，已

28、知 ，固体颗粒平均停留时间为100/min，求：（1）平均转化率；（2）若转化率低于30%为不合格，试估计不合格产品所占百分率；（3）若改用2个等体积CSTR串联（总体积不变），估算不合格产品百分率。01:0.3331cCSTRck（1） 17.8310011()ln10.3,17.83min110.163AAAAttrkctkxxtF tee （2）010.667Acxc 117.8350110050min217.8311115.03%50ttttF teet （3）化学反应工程许志美课后习31(1)Atx6-8今有硫铁矿焙烧反应，已知该反应为动力学控制，t为反应时间， 全部反应所需时间 。

29、设反应过程中气相组成不变，离子停留时间分布如图6-5，求平均转化率xA?1h01.0t (h)1.0( )(1/ )f th3330113000001(1)(1)(1)( )(1)0.2510.75AAAAAActtxtcccf t dttdtcccxc 化学反应工程许志美课后习第7章 化学反应过程的优化()AAPrkc c7-3自催化反应 ，其反应速率方程为 ，进料A的初浓度 ，要求达到最终转化率为0.99。为使反应器体积最小，拟用一个CSTR和一个PFR组合。进料流量 ，速率常数 ，问应如何组合两个反应器？中间转化率？反应器总体积？APPP33000.99/,0.01/APcmol m c

30、mol m310/vmh434.2 10/ ()kmmol s自催化反应：CSTR+PFR00.5/ min()2TAAccmolr时，有最大00310000012.96()(1)()AAfAAfARAAPAPAAccccxVvvvmrkc ckxcc x0.495Ax CSTR:PFR：maxmax0030000max200max1ln30.46()(1)1AAAAccAAAARccATAAAAAvvvccdcdcVmkccckcckcc31243.42RRRVVVm0maxmaxfAAAAcccc由到和由到是对称的化学反应工程许志美课后习7-6已知分解反应为： 25 ：求：（1）该温度下，

31、为使产物P收率最大，应选用什么反应器？ （2）所选反应器中，cP,max？200001.531.5=2mol/L0PSATAAPSTrrcrccccc，若，PSTA12322002max0max1.51=1.531.51105=2/PAAAAAAPfAAAPfPAAfAPfAAfPrrcccccccccdccdcccccccmol L当时，可得，解得，故舍去又是一个单调递减函数，根据曲线关系，当0时，有平行反应，主反应级数低，CSTR（1）（2）化学反应工程许志美课后习()AABrkc c7-7有一液相反应 ，其反应速率方程为现有CSTR和PFR各一个，体积均为0.7 m3，试问以下三个方案中

32、，哪个最好？为什么？（1）CSTR后串联PFR；（2）PFR后串联CSTR；（3）CSTR和PFR并联。ABPS3020 /(min)2/,20 / minAkLmolcmol m vL已知：，等摩尔反应，（1）（2）2()AArkc等摩尔反应：1200.7=35min0.020RVv01121=AAAcckc先CSTR：311.12/Acmol m再PFR：11211AfAAccc k30.628/Afcmol m先PFR：310.833/Acmol m再CSTR：30.590/Afcmol m0.686Ax 10111AAAoccc k12222=AAAcckc0.705Ax 化学反应工程

33、许志美课后习（3）CSTR与PFR并联1.120.8330.9762Afc0.512Ax 第二个方案较好。化学反应工程许志美课后习7-9一级不可逆反应： 。已知： ，反应系统进料体积流量为0.142 m3/min，进料组成为， 对于产物P 的最大收率，下列反应器中哪个比较优？请说明原因。（1）单个CSTR，体积为 ；（2）两个CSTR串联，每个体积为0.142 m3；（3）两个CSTR并联，每个体积为0.142 m3；（4）单个PFR，体积为0.284 m3。12kkAPS 11120.15min ,0.05minkk000,0AAPScccc30.284RVm（1）（2）00.2842min0.142RVv1200101 10.1421min0.1420.8701RAAAVvccck0 1 1101 12 10.124(1)(1)APAc kcckk对第二个CSTR中物料P做物料衡算：010212222PPApRv cv ck ck cV 0 10120.21(1)(1)APAc kcckk112220220.2261PAPAck ccck化学反应工程许志美课后习两个CSTR并联，同（1）（4）（3）00.21PAcc00.2842min0.1