高等反应工程教程课后答案

高等反应工程试题,2011.10

计算题

1.某一级不可逆气-固催化反应,其反应速率为 -rA kcA 10 6mol/s.cm3

当cA 10 3mol/L0133MPa,400℃时,若要求催化剂内扩散对总速率基本上不发生影响,问催化剂历经如何改变。已知De=10-3cm2/s。

10 6

10 1s 1 解： -rA kcA 2 310 10

若要求催化剂内扩散对总速率基本上不发生影响，即

0.95, 1 RP 3k 0.1cm 1mm 1,即RP 110De

2.用直径为6mm的球形催化剂进行一级不可逆反应A→P+R。气相主体中A的摩尔分率为yA=0.5，操作压力p=0.10133MPa，反应温度T=500℃。已知单位体积床层的反应速率常数为0.333s-1，床层空隙率为0.5，组分A在颗粒内有效扩散系数为0.00296cm2/s，外扩散传质系数为40m/h，试计算：

1）催化剂内部效率因子为多少？内扩散影响是否严重？

2）催化剂外表面浓度为多少？外扩散影响是否严重？

3）计算表观反应速率。

解：1） RPk0.333 0.3 4.51 0.5De(1 )0.00296

1 0.52 th

显然内扩散影响严

高等反应工程试题,2011.10

计算题

1.某一级不可逆气-固催化反应,其反应速率为 -rA kcA 10 6mol/s.cm3

当cA 10 3mol/L0133MPa,400℃时,若要求催化剂内扩散对总速率基本上不发生影响,问催化剂历经如何改变。已知De=10-3cm2/s。

10 6

10 1s 1 解： -rA kcA 2 310 10

若要求催化剂内扩散对总速率基本上不发生影响，即

0.95, 1 RP 3k 0.1cm 1mm 1,即RP 110De

2.用直径为6mm的球形催化剂进行一级不可逆反应A→P+R。气相主体中A的摩尔分率为yA=0.5，操作压力p=0.10133MPa，反应温度T=500℃。已知单位体积床层的反应速率常数为0.333s-1，床层空隙率为0.5，组分A在颗粒内有效扩散系数为0.00296cm2/s，外扩散传质系数为40m/h，试计算：

1）催化剂内部效率因子为多少？内扩散影响是否严重？

2）催化剂外表面浓度为多少？外扩散影响是否严重？

3）计算表观反应速率。

解：1） RPk0.333 0.3 4.51 0.5De(1 )0.00296

1 0.52 th

显然内扩散影响严

第二章

1．在一管式反应器中等温下进行甲烷化反应：

催化剂体积为10ml,原料气中CO含量为3％，其余为N2、H2,气体，改变进口原料气 流量Q0 进行实验，测得出口CO 的转化率为：

83.3 67.6 50.0 38.5 29.4 22.2

X/% 20 30 40 50 60 70

试求当进口原料气体流量为50ml/min 时的转化速率。 解：是一个流动反应器，由（2.7）式可知其反应速率为 rA=－dFA/dVr

FA= FA,0(1－XA)=Q0CA0(1－XA) dFA=－Q0CA0dXA 故反应速率可表示为：

rA= Q0CA0dXA/dVr=CA0dXA/d（Vr/ Q0）

用XA－Vr/ Q0作图，过Vr/ Q0=0.20min的点作切线，即得该条件下的dXA/d（Vr/ Q0）值a

Vr/ Q0 min 0.12 XA % 20 0.148 30 0.2 40 0.26 50 0.34 60 0.45 70

由（2.6）式可知 rA=－dCA/dt=－d{CA0（1－xa）/ dt= CA0 dXA/ dt 代入速率方程式

CA0 dXA/

反应工程课后习题答案

第二章

1．在一管式反应器中等温下进行甲烷化反应：

催化剂体积为10ml,原料气中CO含量为3％，其余为N2、H2,气体，改变进口原料气 流量Q0 进行实验，测得出口CO 的转化率为：

83.3 67.6 50.0 38.5 29.4 22.2

X/% 20 30 40 50 60 70

试求当进口原料气体流量为50ml/min 时的转化速率。 解：是一个流动反应器，由（2.7）式可知其反应速率为 rA=－dFA/dVr

FA= FA,0(1－XA)=Q0CA0(1－XA) dFA=－Q0CA0dXA 故反应速率可表示为：

rA= Q0CA0dXA/dVr=CA0dXA/d（Vr/ Q0）

用XA－Vr/ Q0作图，过Vr/ Q0=0.20min的点作切线，即得该条件下的dXA/d（Vr/ Q0）值a

rA=－dCA/dt=－d{CA0（1－xa）/ dt= CA0 dXA/ dt 代入速率方程式

CA0 dXA/ dt=0.8 C2A0(1－XA)2 化简整理得

dXA/(1－XA)2=0.8CA0dt 积分得

0.8 CA0t= XA/(1－XA)=9.6 解得XA=90.59%

2．在进行一氧化碳变换反应动力学研究中，

第二章 均向反应动力学

1.在473K等温及常压下进行气相反应：

（1）A?3R （2）A?2S

rR?1.5CA rS?0.5CA

A （3）A?T T式中CA为反应物A的浓度（kmol/l），原料中A和惰性气体各为一半（体积比），试求当A的转化率达85%时，其转化速率是多少？

r?2.1C解：先求出总摩尔变化数?A，首先将产物的生成速率变为对应的反应物的转化速率：

11rAR?rR?0.5CArAS?rS?0.25CAr?rT?2.1CA 32 AT总反应速率为：RA?rAR?rAS?rAT?2.85CA

以一摩尔反应物A为基准，总摩尔变化数为：

0.50.252.1?A??3??2??1?0.4392.852.852.85

Py0.1013?0.5CA0?0A0??1.288?10?2kmol/l?3RT8.314?10?473初始浓度为：

CA0(1?XA)1.288?10?2?0.15CA???1.628?10?3kmol/l1??AyA0XA1?0.5?0.439?0.85则有：

RA?2.85CA?2.85?1.628?10?3?4.640?10?3kmol/(l.min)

??，已知c?0.5km

1 绪 论

1.1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：

S?Y?0.629?0.9611?96.11%X0.720

（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 组分 摩尔分率yi0 摩尔数ni0(mol) CH3OH 2/（2+4+1.3）=0.2740 27.40 空气 4/（2+4+1.3）=0.5479 54.79 水 1.3/（2+4+1.3）=0.1781 17.81 总计 1.000 100.0 设甲醇的转化率为XA，甲醛的收率为YP，根据（1.3）和（1.5）式可得反应器出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数nA、nP和nc分别为：

nA=nA0(1-XA)=7.672 mol

化学反应工程第二版答

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t

c r

d d A A -=-，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

化学反应工程第二版答

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。

1

3 若将反应速率写成t

c r

d d A A -=-，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

化学反应工程习题（第五章）

5.1乙炔与氯化氢在HgCl2-活性炭催化剂上合成氯乙烯的反应

C2H2?HCl?C2H3Cl

(A) (B) (C)

其动力学方程式可有如下种种形式：

(1) r??(pApB?pC/K)/(1?KApA?KBpB?KCpC)2 (2) r??KAKBpApB/(1?KBpB?KCpC)(1?KApA) (3) r??KApApB/(1?KApA?KBpB)

(4) r??KBpApB/(1?KBpB?KCpC)

试说明各式所代表的反应机理和控制步骤。

解：（1） A???A?

B???B?

A??B??C??? （控制步骤） C??C??

（2） A??1?A?1

B??2?B?2A?1?B?2?C?2??1（控制步骤） C?1?C??1 （3） A???A?

B???B?

A??B?C?? （控制步骤）

（4） B???B?

A?B??C? （控制步骤） C??C??

经验：①看分母，含有哪些物质的吸附平衡常数，可以确定哪些物质有吸附或脱附过程；

②看分母，含有几个式子相乘，就有几个活性中心参与反

第1章 软件工程引论

1． 什么是软件危机？它和软件工程有什么关系？ 答案要点：

由于软件规模的扩大、功能的增强和复杂性的增加，使得在一定时间内仅依靠少数人开发一个软件变得越来越困难。在软件开发中经常会出现时间延迟、预算超支、质量得不到保证、移植性差等问题，甚至有的项目在耗费了大量人力、财力后，由于离目标相差甚远而宣布失败。软件危机的突出表现：1）软件生产率低2）软件产品常常与用户要求不一致3）软件规模的增长，带来了复杂度的增加4）不可维护性突出5）软件文档不完整、不一致。 人们提出“软件工程”的概念，就是为了用工程的方法和管理手段，将软件开发纳入工程化的轨道，以便开发出成本低、功能强、可靠性高的软件产品。由于引入了软件工程的思想，把其他工程技术研究和开发领域中行之有效的知识和方法运用到软件开发工作中来，提出了按工程化的原则和方法组织软件开发工作的解决思路和具体方法，在一定程度上缓解了“软件危机”。

2． 简述软件和软件工程的定义以及软件工程的形成过程。 答案要点：

计算机软件是由计算机程序的发展而形成的一个概念。它是与计算机系统操作有关的程序、规程、规则及其文档和数据的统称。软件由两部分组成：一是机