反应工程第三版答案李绍芬

1、篇一：李绍芬版反应工程（第二版）完整答案】在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应：2ch3oh?o2?2hcho?2h2o 2ch3oh?3o2?2co2?4h2o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：s0.9611?96.11%（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 设甲醇的转化率为xa,甲醛的收率为y

2、pna、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：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：co?2h2?ch3oh2co?4h2?(ch3)2o?h2o co?3h2?ch4?h2o4co?8h2?c4h9o

3、h?3h2o co?h2o?co2?h2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 15.49 h2 68.25 69.78 co21.46 0.82 ch4 0.55 3.62 n2 2.92 10.29粗甲醇的组成为 ch

4、3oh 89.15%,（ch3）2o 3.55%,c3h9oh 1.10%,h2o 6.20%,均为重量百分率。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可部分溶解于粗甲醇中,对 1kg 粗甲醇 而言,其溶解量为 co2 9.82g,co 9.38g,h2 1.76g,ch42.14g,n2538g。若循环气与原料气之比为7.2 （摩尔比），试计算:（1）（1）一氧化碳的单程转换率和全程转化率； （2） （2）甲 醇的单程收率和全程收率。 解：（1）设新鲜原料气进料流量为 其中xi=yimi/yimi。进料的平均摩尔质量mm吃yimi=1042kg/kmol。其中冷凝分离后

5、气体平均分子量为mm吃yimi=9554 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 作衡算得：a=26.91kmol/h b=785.2kg/h 反应后产物中 co 摩尔流量为 fco=4.431 kmol/h 故 co 的全程转化率为xco 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fco,0?fco83.48%co,0 xco fco,0?fco16.18%fco,0138.4产物粗甲醇所溶解的 co2、co、h2、ch4 和 n2 总量 d 为d?粗甲醇中甲醇的量为y 总=21.25/26.82=79.24% 甲醇的单程收

6、率为y 单=21.25/138.4=15.36%(9.82?9.38?1.76?2.14?5.38)b0.02848bkmol/h 10002 反应动力学基础在一体积为 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试求反应时间为35h的a解：利用反应时间与组分a的浓度变化数 据，作出cat的关系曲线，用镜面法求得t=35h时该点的切线， 即为水解速率。 切线的斜率为由(2.6)式可知反应物的水解速率为0.125mol/l.h6.1【篇二：反应工程 天大 李绍芬 第五章】(1)若该反应器为活塞流反应器

7、，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(8)(b)f(0)(c)e(8)(d)e(O)(e)O(f)0 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 O(b)e(1)=x(c)f(O8)=0(d)e(08)=O(e)e(1.2)=0(2)因是全混流反应器，故符合理想全混流模型的停留时

8、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(8)=1 (b)f(0)=0 (c)e()=0 (d)e(0)1 (e)(f) e(?)d?e()de(?)d? =1e()d =1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：0c(t)t21t?22?t?3t3试求：2(5)若在此反应

9、器内进行一级不可逆反应，反应速率常数 k=1min- 1，且无副反应，试求反应器出口转化率。0t?2,?f(?)?f(t)?t?22?t?3,1t3,如下图所示：由(5.20)式可得平均停留时间：0.80.81.2?1.2 t?te(t)dt?tdf(t)f(t)?2?df(t)?2.5min11即为上图中阴影面积。由(5.5)式得：0df(t)?e(t)1dt?0所以： t?22?t?3t?3 0 e(?)?te(t)?2.5 0 如右图所示： 0.80.8?1.21.2(2)由于是闭式系统，故t?vr/q?，所以？1由式(523)可得方 差：e(?)d2.5?2d?1?0.013330.8

10、2221.2(3)由(520)式可得模型参数n为：n?1/1/0O1333?752? (4)(4)由于返混很小，故可用？?2/pe，所以：2(5)用多釜串联模型来模拟，前已求得n=75，应用式(350)即 可计算转化率：pe?2/?2?2/0.01333?150 xa?1?1/(1?kn)n?1?1/(1?同理，亦可用扩散模型即(569)式得xa=0.9146。两种方法计算 结果相当吻合。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1?2.575)?0.914575(1)(2)若在该反应器内的物料为微观流体，且进行一级不可逆 反应，反应速率常数k=O05s-1,预计反应器出

11、口处的转化率。( 3)若反应器内的物料为宏观流体，其它条件均不变，试问反应器 出口处的转化率又是多少？解：(1)由式(5.17)计算出反应器的停留时间分布，即： f(t)=c(t)/ c(x)=c(t)/77根据t?tdf(t)?t?11由右图可知，可用试差法得到t，使两块阴影面积相等。由图试差 得 t?46s。 (2)因进行的是一级反应，故可采用离析流模型预计反 应器出口转化率。 由式(3.12)可得间歇反应器中进行一级不可逆 反应时转化率与反应时间的关) ?1?exp(0.05t) 系： xa?1?exp(?kt代入离析流模型可得反应器出口处平均转化率：( a)采用图解积分法对(a)式进行

12、积分，其中不同时间t下的f(t)如上 表所示，xa?xae(t)dt?xadf(t)1?exp(?0.05t)?df(t)111exp(0.05t)?(3) (3)由于是一级反应，所以混合态对反应速率无影响，故 反应器出口x 转化率#与微观流体时相同，即 a?xa?84.5%。xa?84.5%为了测定一闭式流动反应器的停留时间分布，采用脉冲示踪法 测得反试计算：(1)反应物料在该反应器中的平均停留时间t和方差?？。(2)停留时间小于40min的物料所占的分率。解：(1)根据题给数据用(513)式即可求出e(t),其中m可由(5.14)2式求得。本题可用差分法。m?qc(t)?t?(3?5?6?

13、6?4.5?3?2?1)q?t?(3?5?6?6?4.5?3?2?1)?1 q30.5qe(t)然后按照(5.20)和(5.21)式算出平均停留时间和方差。此处用 差分法，即：qc(t)qc(t)c(t)m30.5q30.5t?te(t)?t2t2e(t)?t( a) ?te(t)?t?t (b)2为了计算t和?，将不同时间下的几个函数值列与下表中：2t?4.852/0.99988?4.853min t226.924.85323.372min2t2/t3.372/4.85320.1432(2)以e(t)t作图(略)，用图解积分法的： 所以，停留时间小于 4.0min 的物料占的分率为 36.2

14、%。已知一等温闭式液相反应器的停留时间分布密度函数e(t)=16texp(-4t),min-1,试求：(1)(1)平均停留时间；(2)( 2)空时；2f(4.0)?4.0e(t)dt?0.362(3)空速；(4)停留时间小于1min的物料所占的分率；(5) (5) 停留时间大于1min的物料所占的分率；(6)若用多釜串联模型拟合，该反应器相当于几个等体积的全混釜 串联？ (7)若用轴向扩散模型拟合，贝Q模型参数pe为多少？( 8)若反应物料为微观流体，且进行一级不可逆反应，其反应速率 常数为6min-1,ca0=1mol/l,试分别采用轴向扩散模型和多釜串联模 型计算反应器出口转化率，并加以比

15、较；( 9)若反应物料为宏观流体，其它条件与上述相同，试估计反应器 出口转化率，并与微观流体的结果加以比较？ 解：(1)由(5.20)式得： t?te(t)dt?t16te?4tdt?0.5min( 2)因是闭式系统，所以：t?0.5min(3)空速为空时的倒数，所以：s?112min10.5114t4t114e4tdt0.908400( 4)所以，停留时间小于1min的物料所占的分率为90.84%。 f(1)?e(t)dt?16tedt?4te(5) 1?f(1)?1?O9084?O0916。停留时间大于1min的物料占 9.16%。(6)先计算方差：(?)e(?)de(?)d?24?e?2

16、?d?12222?3?2e?1?0.520根据多釜串联模型参数与方差的关系得：1n?2?20.52?(7)因?0.5，所以返混程度较大，故扩散模型参数 pe 与方差关系 应用：1采用试差法得：pe=256。(8)因是一级不可逆反应，所以估计反应器出口转化率既可用扩散 模型，也可用多釜串联模型或离析流模型，其结果应近似。 采用多 釜串联模型，由(3.50)式得：222(1?e?pe)pepe21?xaf?ca110.16n2ca0(1?k?/n)(1?6?0.5/2)【篇三：反应工程第八章课后题答案】.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

17、液相中二氧化碳浓度分布的示意图.解:pag?1.013?10?3mpa?1.013?103pacb?1.2m?1.2mol/l?1.2?10?3mol/cm3dal?dbl?3.5?10?5cm2/sk2?38.6?105cm3/mol?sha?1.53?10?10mol/cm3?pakl?0.04cm/s,al?2.0cm2/cm3kg?3.22?10?10mol/cm2?s?pa按拟一级反应处理,反应速率常数k?k2cb?38.6?105?1.2?10?3?4.632?103s?1八田数？kl?004?10.06属于快速反应,其增大因子:? 10.06l因此: rakg?pag?pag 亦

18、即:*kpag*ha3.22?10?101.013?103?pag*?10.06?0.04pag*?1.53?10?10pag*?5.23?1.013?103?pag* 5.23?1.013?103pag*?850pa6.23ra?klpag*ha?10.06?0.04?850?1.53?10?108.3 气体 a 与液体 b 的反应为不可逆反应 ,对 a 为一级,对 b 为零级, 已知三种情况下反应速率常数k,液侧传质系数kl,组分a在液相中的 扩散系数 dal 以及5.233?10?8mol/cm2?s论.解:80l10.00118011?3.125?10?440?802l20.042?4

19、0?1?tach?2?2?2?39?0.964?222.0732?40?1tach2?12?39?0.964?11?2?40?1tach?2?240?2?2?40?1tach2?1?2?39?0.964?1.295?10?2802?39?0.96 4?10.1?1l30.043mm3m31 40?0.010.287840?0.01?0.01?11130.7194m3m311.39 上述三组数据,8.4在机械拌釜中于0891mpa及155匕等温下用空气氧化环已烷. 液相进料中环已烷浓度774kmol/m3,氧含量为零液体与空气的进料 量分别为2676m3/h和161m3/h,要求出口的液体中环已

20、烷浓度为 6.76kmol/m3,假定气相及液相均呈全混流，气相阻力可忽略不计，试计 算所需的反应体积.解:题给出的反应器出口液体中环已烷浓度值676kmol/m3太小了， 即使气体中的氧完全反应，也不能使环已烷浓度低到676kmol/m3,为 此假定反应器出口环已烷浓度为 7.65 kmol/m3;p?0.891?mpac?cb0?7.74?kmol/m3?7.74?10?3?mol/cm3ca0?0?mol/m3ql?26.7m3/h?7.433?103cm 3/sqg?161m3/hcb?7.65kmol/m3?7.65?103mol/cm3kl 0.416cm/sk0.2m3/mols

21、氧的溶解度？1 115?10?4kmol/m3?1 115?10?7mol/cm3比相界面积 a=6.75cm-1 气含率?g? 0 139dal?2.22?10?4cm2/s由于环已烷大量过剩,按拟一级反应处理1.4001 l0.416kl0.416 277.6?4 a?ladal6.75?2.22?10 由(8.15)式11.4?277.6?10.88541.41.5801.4277.6?1?0.8854?1cai?1.115?10?4kmol/m3?1.115?10?7mol/c m33161?10f07187.5mol/h?1.9965mol/s22.422.4n2:fg?0.79f0

22、?1.5773mol/s0o2:fa?0.21f0?0.4193mol/sqg代入(8.31)-(8.33)式0.211.5773falr0.4166.75vr1.581.115107calr0.79 0.416?6.75?vr?1.581.115?10?7?calr?7.433?103?calr?0vr?1?0.139?2?105?7.65?10?3calr7.433?10?37.74?10?3?7.65?10?3?1vr?1?0.139?2?105?7.65?103calr化简得:0.2658falr2.8128vr1.115107calr7?3?34.4366vr1.11510calr7.43310calr1.317310v