武汉大学化工原理第二版课后习题答案第八章

已知反应器进出口处物料组成为：
（主反应） （副反应）
组成
入口处（mol%） 出口处（mol%）
NH3
11.52
0.22
O2
23.04
8.7
N2
62.67
H2O
2.76
NO
O
求氨的转化率和一氧化氮的收率和选择性。
解：以 100mol进料为计算基准，并设x和y分别表示NO和N2的生成量（mol），根据进料组成和化学计量 式，可列下表：
=
kp(RT)2 ⋅ cA2
故 kc = kpRT = 2.58×10−6× 8.314 × 450
= 9.65 × 10−3m3 ⋅ mol−1 ⋅ h−1
2、乙烷脱氢裂解反应方程式为：
C2H6→C2H4+H2
A RS
已知反应物A的初始浓度yA,o=1.0000，出口物料中A的浓度为yA=0.0900，求A的转化率。
第八章 化学反应工程基本原理
1、已知某气相反应在 450K 温度下进行时，其反应速率方程为：
(−
dp A dt
)
=
2.58 ×10−6 pA 2 , pa
⋅
h −1
试求：①反应速率常数kP的单位
②假如反应速率方程可表示为 (−rA )
=
−
1 VR
⋅
dn dt
=
kcA2 , kmol ⋅ m−3 ⋅ h −1 ，那么kc为多少？
σt2
=
79743.2 0.41946
−
(314.6)2
=
9.114 ×104s2
σθ2 = 9.114 ×104 / 314.62 = 0.921 ≈ 1.0 故该系统接近于全混流模型
时间为 0～ t 、 t ~ t + 100s 的物料分率。
解： t = τ = 2.5m3 = 250s 0.01
∫ F(t)=
t E(t)dt
=
1−
−t
e
/
τ
o
（1）F1(
t
)
=
−250
1− e 250
=1−
e−1
= 0.632 （2）t = 250 ~ 350s
2
F2(t) = 1 −
−350
数随时间变化图形的方法。
解：已知qv,0 = 2m3 ⋅ min−1, Mo = 1g
因为 E(t)
=
qv,0 Mo
c
(t)
,
则：
E(t)= 2Baidu Nhomakorabea(t) = 2c(t) min−1 1
故将题中的纵坐标 c(t)扩大 2 倍，即可得 t−E(t)曲线。
习题 4 附图
5、物料以 0.01m3·s-1的恒定流量流经有效体积为 2.5m3的全混流反应器，试计算物料在反应器内停留
联立求解得：x = 11.0mol
y = 0.147mol
NH3的转化量为x + 2y = 11.294mol
NH3的转化率为x
=
11.294 11.52
×100%
=
98.0%
NO 的收率： φ = 11 ×1% = 95.5% 11.52
NO 的选择性： β = φ / x = 0.955 0.98 = 0.974 = 97.4%
或：
β
=
11.0 11.294
= 97.4%
反应器出口 11.52−x−2y 23.05−1.25x−2.5y 62.67 + y 2.76+1.5x+3y
x 100 + 0.25x − 0.5y
（1）
（2）
4、物料以定常态连续流过某反应器，其体积流量为qv,o=2m3·min-1。用脉冲输入法输入示踪剂 1g后， 立即在出口测得示踪剂浓度随时间的变化曲线（如图所示），试说明利用本题附图绘制停留时间分布密度函
t/s E(t)/s−1
0
2
4
5
6
7
8
10 12 16
0
0 0.25 0.195 0.152 0.118 0.092 0.056 0.034 0.012
E(t) ~ t 图形如习题 6 附图所示 （3）t=0 时，E(t)=0，t=4s时，E(t)=0.25s−1;
t=8s时，E(t)=0.092s−1
解：δA
=
1+1−1 1
=
1
y −y
xA = y
A,0
A
(1+δ y
= 1.0000 − 0.0900 = 0.835 ) 1.0000(1+ 0.0900)
A,0
AA
= 83.5%
3、氨接触氧化的主、副反应为：
4NH3+5O2 4NO+6H2O+Q
4NH3+5O2
2N2+6H2O+Q
1
组分
反应器入口
NH3
11.52
O2
23.04
N2
62.67
H2O
2.76
0 NO
100
根据反应器出口处NH3和O2的摩尔组成得： 11.52 − x − 2y = 0.0022
100 + 0.25x − 0.5y
23.04 −1.25x − 2.5y = 0.087 100 + 0.25x − 0.5y
0.2
（3）t=0,4,8 秒时的 E(t)值。
E(t)/s-1
解：（1） t = τ = 1 + 1 = 8s
0.25
0.1
（2）物料经过全混流反应器的空间时间为 4s
E(t)= 1 e−(t − 4) 4 = 0.25 e−0.25(t − 4) t ≥ 4s 4
0.0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 t/s
=
Σtc (t )Δt Σc (t )Δt
σt2
=
Σt 2E( t )Δt ΣE(t)Δt
− (t)2
=
Σt 2c (t )Δt Σc (t )Δt
− (t)2
应用题中数据计算得：
Σ c(t)Δt = 0.41946, Σt C(t)Δt = 131.94 Σ t2c(t)Δt = 79743.2
所以 t = 131.94 = 314.6s 0 .41946
解：（1）因（ −
dPA dt
）的单位为Pa ⋅ h−1，
所以：kp=2.58×10−6 ⋅ Pa ⋅ h−1/(Pa)2=2.58×10−6Pa−1 ⋅ h−1
（2）因PA=
nART V
= cART
所以：（−rA）= −
dPA dt
=
−
d(cART dt
)
= kp (cART )2
即：−
RTdcA dt
习题 6 附图
7、试根据脉冲法测得的数据，判断所测系统接近于何种理想流动模型。
t/min c(t)/10−3kg ⋅ m3
6
12 60 120 300 600 1200 1800
1.96 1.93 1.64 1.34 0.74 0.27 0.034 0.004
解： t
=
ΣtE(t)Δt ΣE(t)Δt
e 250
− (1 − e −250 250 )
= 0.753 − 0.632 = 0.121
6、物料以 0.25m3·s-1的体积流量流经有效体积均为 1m3的活塞流反应器和全混流反应器串联系统，试
求：
0.3
（1）物料经过该系统的平均停留时间。
（2）该系统出口处物料的停留时间分布密度函数
表达式和图形。