化学反应工程第一章习题答案.docx

1、化学反应工程第一章习题答案第一章习题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？答:化学反应式中计量系数恒为正值，化学计量方程中反应物的计量系数与化学反应式中数值相同，符号相反，对于产物二者相同.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？答:如果反应物严格按照化学反应式一步直接转化生成产物,该反应是基元反应.基元反应符合质量作用定律.基元反应的活化能指1摩尔活化分子的平均能量比普通分子的平均能量的高出值。基元反应的反应级数是该反应的反应分子数。一切不符合

2、质量作用定律的反应都是非基元反应。非基元反应的活化能没有明确的物理意义,仅决定了反应速率对温度的敏感程度.非基元反应的反应级数是经验数值，决定了反应速率对反应物浓度的敏感程度。3若将反应速率写成，有什么条件？答:化学反应的进行不引起物系体积的变化，即恒容。4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？答：在间歇反应器中可以直接得到反应时间和反应程度的关系，而这种关系仅是动力学方程的直接积分,与反应器大小和投料量无关。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。 (1)A+2BCA+C D (2)A+2BCB+CDC+DE （3）2A+2BCA+CD解（1） （2）

3、 （3) 6气相基元反应A+2B2P在30和常压下的反应速率常数kc=2。65104m6kmol2s1。现以气相分压来表示速率方程，即(rA)=kPpApB2，求kP=？(假定气体为理想气体)解7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.解8反应A（g） +B(l)C(l)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

4、生成量。已知k=1m3kmol-1hr1，cB0=3kmolm-3，cA饱和=0。02 kmolm3，水溶液流量为10m3hr1。解9反应，在恒容下用等摩尔H2，NO进行实验，测得以下数据总压/MPa0.02720。03260.03810.04350.0543半衰期/s26518613510467求此反应的级数。解Y = A + B * XParameterValueErrorA1。602170。01399B1。99460。0083410考虑反应，其动力学方程为试推导在恒容下以总压表示的动力学方程。解11A和B在水溶液中进行反应，在25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/

5、s116.8319.8490。2913。81188cA/kmolm-399。090.683。070。665.342.4cB/kmolm356。648。240。628.222。90解由cAcB=42。4可知反应应按下列方式A+B产物进行设为二级反应积分得：以对t作图若为直线，则假设正确。由cA0-cB0=42。4整理得数据如下:t116。8319。8490.2913.811880。01320。01490。01690.02160.0247线性回归：Y = A + B XParameterValueErrorA0。011661.84643E4B1。08978E-52。55927E712丁烷在700，

6、总压为0。3MPa的条件下热分解反应:C4H102C2H4+H2（A） （R) (S）起始时丁烷为116kg,当转化率为50%时，求此时。解13某二级液相不可逆反应在初始浓度为5kmolm3时,反应到某一浓度需要285s，初始浓度为1kmolm3时，反应到同一浓度需要283s，那么，从初始浓度为5kmolm-3反应到1kmolm3需要多长时间？解t=285-283=2s反应前后体积不变的不可逆反应，已经反应掉的部分不会对反应产生任何影响。反应过程中的任意时刻都可以作为初始时刻和终了时刻.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：反应物配比为：A(mol):B（mol)=1

7、:4。97，反应在100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750kgm3,反应器装填系数为0.75。解15反应（CH3CO）2O+H2O2CH3COOH在间歇反应器中15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1050kgm3。反应为拟一级反应，速率常数为k=5.708107 exp(E/RT） min-1,E=49。82kJmol-1。求xA=0。8时，在等温操作下的反应时间。解16在100下,纯A在恒容间歇反应器中发生下

8、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100，0。1MPa下,进口物流中包含20%惰性物,A组份流量为100molhr1，达到95%转化率所需的平推流反应器的体积。解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cA0=1.3kmolm3降到0.3 kmolm-3需多少时间?cA/kmolm30.10.20.30。40.50。60。70.81。01。32.0(rA)/kmolm3min-10.10。30

9、。50。60。50。250。100.060。050。0450。042解图解积分0.10。20.30.40。50.60.70.81.01。32。0103.332.01。672。04。01016。720。022。223。818一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=23pA2 molm3s1，式中pA 的单位为kPa.求该反应的活化能。解19有如下化学反应CH4+C2H2+H2=C2H4+CH4（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，求化学膨胀率（用两种方

10、法）。解方法一方法二20在555K及0.3MPa下，在平推流管式反应器中进行气相反应AP，已知进料中含A 30(摩尔分数），其余为惰性物料,加料流量为6。3mols1，动力学方程式为rA=0.27cA molm-3s1为了达到95%转化率,试求：(1)所需空速为多少?(2)反应器容积大小？解21液相一级不可逆分解反应AB+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1 kmolm-3,体积流量为1m3hr-1，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

11、时反应器内物料的转化率为多少？解22第17题中的反应，（1)当cA0=1.2kmolm3，进料速率1kmolAhr-1，转化率为75；(2） cA0=1.3kmolm3,进料速率2kmolAhr1，出口为0。3kmolm3；（3） cA0=2。4kmolm3，出口仍然为0。3kmolm3，进料速率为1kmolAhr1。计算三种情况下,用全混流反应器的体积各为多少?解23反应A+BR+S,已知VR=0.001m3，物料进料速率V0=0。5103m3min1，cA0=cB0=5molm3，动力学方程式为rA=kcAcB，其中k=100m3kmol-1min1。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)若全混流反应器体积VR=0。001m3,可达到的转化率为多少?已知k=1m3kmol1hr1，cB0=3kmolm3,cA饱和=0.02kmolm-3，水溶液流量为10m3hr-1。解平推流(1)全混流(2)24在全混流反应器中进行如下等温液相反应:2ABCrc=k1cA2AB2DrD=2k2cAcBA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：1.出口物流中B和D的浓度；2.k1和k2 。解