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1、化学反应工程第二版习题解答目 录第一章习题1第二章习题14第三章习题31第四章习题38第五章习题51第六章习题56第七章习题64第八章习题71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
2、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
3、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) 6 气相基元反应A+2B2P在30和常压下的反应速率常数kc=2.65104m6kmol-2s-1。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
4、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的生成量。已知k=1m3kmol-1hr-1，cB0=3kmolm-3，cA饱和=0.02 kmolm-3，水溶液流量为10m3hr-1。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 * XParameterValueErrorA1.602170.01399B-1.99460.0083410 考虑反应，
5、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11 A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/s116.8319.8490.2913.81188cA/kmolm-399.090.683.070.665.342.4cB/kmolm-356.648.240.628.222.90解由cA-cB=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
6、：Y = A + B * XParameterValueErrorA0.011661.84643E-4B1.08978E-52.55927E-712 丁烷在700，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5kmolm-3反应到1kmolm-3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
7、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)=1:4.97，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750kgm-3，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1050kgm-3。反应为拟一级反应，速
8、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100molhr-1，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=
9、1.3kmolm-3降到0.3 kmolm-3需多少时间?cA/kmolm-30.10.20.30.40.50.60.70.81.01.32.0(rA)/kmolm-3min-10.10.30.50.60.50.250.100.060.050.0450.042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 molm-3s-1，式中pA 的单位为kPa。求该反应的活化能。解19 有如下化
10、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6.3mols-1，动力学方程式为rA=0.27cA molm-3s-1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
11、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=1.2kmolm-3，进料速率1kmolAhr-1，转化率为75；(2) cA0=1.3kmolm-3，进料速率2kmolAhr-1，出口为0.3kmolm-3；(3) cA0=2.4kmolm-3，出口仍然为0.3kmolm-3，进料速率为1kmolAhr-1。计算三种情况下，用全混流反应器的体积各为多少?解23
12、 反应A+BR+S，已知VR=0.001m3，物料进料速率V0=0.510-3m3min-1，cA0=cB0=5molm3，动力学方程式为rA=kcAcB，其中k=100m3kmol-1min-1。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=1m3kmol-1hr-1，cB0=3kmolm-3，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=k1c
13、A2AB2DrD=2k2cAcBA的初始浓度为2.5kmolm-3，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?答：循环反应器行为与全混流反应器相同，可以得到反应速率的点数据，而且反应器进出口浓度差比较大，对分析精度要求不很高。2. 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?答：可逆吸热反应的反应速率与化学平衡都随温
14、度的升高而升高，高温下操作对二者都有利。可逆放热反应的化学平衡随温度的升高向反应物方向移动，对达到高转化率不利。对此类反应，可选用多段绝热反应器或换热条件较好的管式反应器。3. 一级反应AP，在一体积为VP的平推流反应器中进行，已知进料温度为150，活化能为84kJmol-1，如改用全混流反应器，其所需体积设为Vm，则Vm/Vp应有何关系?当转化率为0.6时，如果使Vm=Vp，反应温度应如何变化?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？解：4. 在体积VR=0.12m3的全混流反应器中，进行反应，式中k1=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。设系统密度不变，当B的转化率为75时，求每种物料的流量。
