《化学反应工程》第二版习题

第一章习题

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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? 3

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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+2B?C A+C? D (2)A+2B?C B+C?D C+D→E (3)2A+2B?C

A+C?D

6 气相基元反应A+2B→2P在30℃和常压下的反应速率常数kc=2.65×

10mkmols。现以气相分压来表示速率方程，即(?rA)=kPpApB，求kP=?（假定气体为理想气体）

4

6

-2-1

2

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?

若将反应速率写成?rA??dcAdt，有什么条件?

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?

7

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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。

0

《化学反应工程》第二版习题

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=1mkmolhr，cB0=3kmol·m，cA饱和=0.02 kmol·m，水溶液流量为10mhr。 9

反应2H2?2NO?N2?2H2O，在恒容下用等摩尔H2，NO进行实验，测得以下数据 总压/MPa 半衰期/s

10 考虑反应A?3P，其动力学方程为?rA??容下以总压表示的动力学方程。

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。

116.8 319.8 490.2 913.8 1188 时间/s

cA/kmol·m-3 99.0 90.6 83.0 70.6 65.3

-3

cB/kmol·m 56.6 48.2 40.6 28.2 22.9

12 丁烷在700℃，总压为0.3MPa的条件下热分解反应：

C4H10→2C2H4+H2 (A) (R) (S)

起始时丁烷为116kg，当转化率为50%时?dpRdnSdyA，，?。 dtdtdtdpAdt?0.24MPa?s?13-1-1-3-3

3-1

0.0272

265 0.0326 186 0.0381 135 0.0435 104 0.0543 67

求此反应的级数。

1VdnAdtnAV??k试推导在恒

∞ 42.4 0

，求此时

13 某二级液相不可逆反应在初始浓度为5kmol·m-3时，反应到某一浓度需要

285s，初始浓度为1kmol·m-3时，反应到同一浓度需要283s，那么，从初

始浓度为5kmol·m-3反应到1kmol·m-3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：

1

《化学反应工程》第二版习题

24CH3COOH?C4H9OH????CH3COOCHSO4H9?H2O ?A? ?B? ?R? ?S?

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

-3

丁酯（忽略分离损失），计算反应器体积。混合物密度为750kg·m，反应器装填系数为0.75。

15 反应(CH3CO)2O+H2O→2CH3COOH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216mol·m，物料密度为

-37

1050kg·m。反应为拟一级反应，速率常数为k=5.708×10exp(?E/RT) min-1，E=49.82kJ·mol-1。求xA=0.8时，在等温操作下的反应时间。

16 在100℃下，纯A在恒容间歇反应器中发生下列气相反应:

2A→R+S

A组分分压与时间关系见下表:

t/sec 0 20 40 60 80 100 120 140 160 pA /MPa 0.1 0.096 0.080 0.056 0.032 0.018 0.008 0.004 0.002 试求在100℃，0.1MPa下，进口物流中包含20%惰性物，A组份流量为100mol·hr-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A→R，反应速率测定结果列于下表。欲使反应物浓度由cA0=1.3kmol·m-3降到0.3 kmol·m-3需多少时间? -3cA/kmol·m 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1.0 1.3 2.0 -3-1

(?rA)/kmol·mmin 0.1 0.3 0.5 0.6 0.5 0.25 0.10 0.06 0.05 0.045 0.042

18 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 mol·m-3s-1，式中pA 的单位为kPa。求该反应的活化能。

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（用两种方法）。

-3

2

《化学反应工程》第二版习题

20 在555K及0.3MPa下，在平推流管式反应器中进行气相反应A→P，已知

进料中含A 30%（摩尔分数），其余为惰性物料，加料流量为6.3mol·s，动力学方程式为?rA=0.27cA mol·ms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?

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1 kmol·m-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？

22 第17题中的反应，(1)当cA0=1.2kmol·m-3，进料速率1kmolA·hr-1，转化率

为75％；(2) cA0=1.3kmol·m-3，进料速率2kmolA·hr-1，出口为0.3kmol·m-3；

(3) cA0=2.4kmol·m，出口仍然为0.3kmol·m，进料速率为1kmolA·hr。计算三种情况下，用全混流反应器的体积各为多少?

23 反应A+B→R+S，已知VR=0.001m3，物料进料速率V0=0.5×10-3m3min-1，cA0=cB0=5mol·m3，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=3kmol·m-3，cA饱和=0.02kmol·m-3，水溶液流量为10m3hr-1。

24 在全混流反应器中进行如下等温液相反应：

rc=k1cA2 2A→B＋C

rD=2k2cAcB A＋B→2D

A的初始浓度为2.5kmol·m-3，A和C的出口浓度分别为0.45和0.75kmol·m-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 。

-3

-3

-1

-3-1

-1

3

《化学反应工程》第二版习题

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?

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?

3. 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

150℃，活化能为84kJ·mol-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？

1???4. 在体积VR=0.12m的全混流反应器中，进行反应A?BR?S，式

???k3

k2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2.8kmolA·m-3，另一种含1.6kmolA·m-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。

??，已知?35. 可逆一级液相反应A?cA0?0.5kmol?m,P???cP0?0；当此反

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。

6. 平行液相反应

A→P rP=1

A→R rR=2cA A→S rS=cA2 已知cA0=2kmol·m-3，cAf=0.2kmol·m-3，求下列反应器中，cP最大为多少? (1) 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，cA1=1 kmol·m-3。

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