反应工程课后答案

第二章 均相反应动力学
1、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。

2
A A min 18A0min 8A0A
A A0d d 2
19.019.0181)(21
8.018.081)(11kc t
c kc kc x x
c kt =-
=
-⋅==
-⋅=-⋅=
为假设正确，动力学方程
3、 在间歇反应器中有一级液相可逆反应P A ⇔，初始反应时C A0=0.5mol/L ，C P0=0
反应8min 后，A 的转化率为1/3，而平衡转化率是2/3，求此反应的动力学方程式。

解：p A A
C k C k dt
dC 21-=-
210021
22)
1(k k x C x C C C K k k Ae A Ae A Ae Pe ==-===即
根据一级可逆反应积分式
1212121min 08664.08
2
ln 3
1
3
2ln 18ln
1-==
+∴+=-+=k k k k x x x k k t A
Ae Ae 121
1m in 02888.0m in 05776.0--==∴k k
P A p A A
C C C k C k dt
dC 02888.005776.021-=-=-
5、恒温恒容的气相反应A →3P ，其动力学方程为V
n k dt dn V r A A
A =-
=-1)(，在反应过程
中系统总压p t 及组分A 的分压均为变量，试推导
)(A t
p f dt
dp =的表达式。

解：A
t
A
A A
t
A A A A A
A
A A t A A t A A A t kp dt
dp RT p
k kc V n k dt dp RT dt dp RT dt dp RT dt dc r V n k dt dn v r dt
dp
dt dp p p p p p p p 221211(1)(22)(3)0
0======-=-=-=-=--=--=-+=得即
8、纯气相组分A 在一等温等容间歇反应器中按计量式P A 5.2⇔进行反应，实验测得如下数据，
时间/min 0 2
4
6
8 10 12 14
∝
分压p A /MPa
0.1
0.08 0.0625 0.051 0.042
0.036
0.032
0.028 0.020
用积分法求此反应的动力学方程式。

解：由于当∞→t 时，02.0=A p 常数，因此假设为一级可逆反应。

）即，即，达到平衡时，020220
20220212
121210215
1
(5.125.25.125.25.210)(5.2101002
.02.02.0)02.01.0(5.2)(5.25.2A A A A A A A A A A A
Ae pe pe
Ae
A A p p
A A
p p k p k p k p k p k p k p p k p k dt
dp k k p p k k RT p k RT p k MPa
p p p c k c k dt
dc p
A e -
=-=-+-=-⋅-=-
====∴
==-=-=-=-→∞
t
k
t
k p p p p p p p kt
p p kdt
p p dp A A A A A
A A p
p A A A A
A
A
A 220
000
000
5.1202
.008
.0ln 5.125
18.0ln 5151
ln
5.1251ln 5.125
10
==-=--=⎥⎦⎤
⎢⎣⎡--=--
1
11
22min 126.0min 0126.01581.05.121581.0--====k k k 即，斜率
)2.0(0126.05.120126.0126.0,0A A A p A A
p p dt
dp
c c dt dc -⨯=--=-
即
第三章 均相反应过程
1、液相一级等温反应在间歇釜中达到70%转化率需要12min ，若此反应移到同温度下平推流反应器和全混流反应器中进行时，所需要的空时和空速各为多少？
解：10011
min 0429.070
3
1
min
3.233
70
)7.01(1.07.0)
1()(min 083.012
1
1
min
12min 1.07.01ln 12111ln 111ln
---==
=
∴==-⨯=
-=
=-====
====-=∴-=c
v A A
A A A f A A A c v BR A A
x k x kc x c r x c CSTR t PFR x t k x kt τδττδ中在空速中所需的空时在
3、液相反应在一间歇反应器中进行，反应速率如下表所示： C A /mol/L
0.1
0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
0.7
0.8
1.0
1.3
2.0
(-r A )/mol/(L.min) 0.1 0.3
0.5
0.6
0.5
0.25 0.10 0.06 0.05 0.045 0.04
2
（1） 若C A0=1.3mol/L ，，则反应时间为多少？ （2） 若反应移至平推流反应器中进行，C 0
A =.5mol/L ，F A0=1000mol/h ，求
x A0=0.30时所需反应器的大小。

（3） 当C A0=1.2mol/l ，F A0=1000mol/h ，x A =0.75时，求所需全混流釜式反应器大小。

（4） 解：由)(~A A r c -表作出
A A c r ~)
(1
-曲线
（1）min
7.12045.005.03.02105.006.02.0212
106.01.025.05.06.0215.01.0?3.0,3.111111
11111
0=+⨯⨯++⨯⨯+⨯+++++⨯⨯====----------）（）（）
（用梯形法
BR Af A t L mol c L mol c
（2）
l
mol x c c l c F V mol L F V r c r c r dc r dc F V L mol x c c A A Af A A p A p A A A A A A c c A A Ao
p A A Af A A
3.0)75.01(2.1)1()3(1092
.160
100081.981.9min 81.9)67.2222.22(2.021
)22.2237.20)(05.13.1(2167.22)22.228.23(7
.02
.022.22(1,5.137.2022.2167.020)2022.22(3.005
.020(1,05.1)
()(05.1)3.01(5.1)1(0000))5.105.100=-=-==⨯=⨯
=⋅=+⨯⋅++-⨯==-⋅+=-==⨯+=-⋅+=-=-=-==-⨯=-=⎰
⎰
梯形法：
用内插法：
L V r c c c F V f A A Af A A 2560
1000
5.15.15.02.13
.02.1)(000=⨯
==⨯-=--=∴
5、丙烷裂解为乙烯的反应可表示为
C 3H 8→C 2H 4+CH 4（忽略副反应）
在772℃等温反应时，动力学方程为-
A A
kp dt
dp =，
其中k=0.4h -1。

若系统保持恒压p=0.1MPa,ν0=0.8m 3/h(772℃，0.1MPa)，求当x A =0.5时，所需平推流反应器的体积大小。

解：恒压变容反应
()3
00202200
0003
6
077.28.0466.3466.32ln 4
.0211ln 2)1(2
)
1(21)()
1(2
)1)(1(21112
))
1(1)1()1(1(11)(5.111045
314.8101.0m V x k x k
dx v V x c k
dt dx x c r x k x x k dt dx x x kp kp dt dx x dt dp dt dx x x x p dt dp x x p p x dx c v V m mol RT p c p A x A A
p A A A A A A A A A A A A A A A A A A
A A A A A A
A
A A x A
A
A p A A A
A =⨯===-=
-=∴-=+=--=+-=+--=-=+-=+⨯--+-=+-=-==⨯⨯==⎰
⎰即：
8、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？
解：
)
1ln()1()
exp(
)1ln()1()
1(CSTR
)1ln(1
1d 1
)(d PFR )exp()(A A A
p m A A A p m A 0A A
A0m A A00
A A A00
A A A0
P
A 0A A A
A
x x x RT E RT E x x k k
x V V x k c x F V x k
c x x k
c r x F V c RT
E k kc r x x ----=---=-=
--=-=
-=-==-⎰
⎰
)
1ln()1()1ln()1( IF A A A A A P m m
p x x x x x k k x V V T T A
---=
---=
=
()()K
07.43215.42302064
.015.423876
.234929.015.423876.23exp 6109
.0637.115.42315.423314
.884000
exp 1)
6.01ln(6.016
.0exp 10.6 and 1
IF m m
m m
m m m m m P m
P A P
m
=-=--=-⎪⎪⎭⎫
⎝
⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⨯⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝
⎛-=--⨯
⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛--===T T T T T T T T
T T
T T T R E x V V m
n n n n kc x
F V c V V c V V kc x F V n c V V kc x F V n c V V kc x F V n Af
Af A0m 1A m1m 2
A
1
m 1m 1A A A0m 2
/1A
1m 2/1m 2
/1A A A0m A 1m 2m 2
A A
0A m 1,1,2/11
,2==⎪⎪⎪
⎩
⎪
⎪
⎪⎨⎧==-=======---或
PPT 课件答案
1、 在间歇反应器中进行液相反应A+B →P ，C A0=0.307mol/L ，测得二级反应速率常数
k=61.5×10-2L/（mol·h ）,计算当C B0/C AO =1和5时，转化率分别为0.5,0.9,0.99所需要的反应时间，并对计算结果加以讨论。

2、已知：苯醌与环戊二烯在25℃下进行液相二烯合成反应A+B→C
(-r A )=B A C kC ；k=9.92×10-3[m 3/kmol·s]；C AO =0.1[kmol/m 3]；C BO =0.08[kmol/m 3]；
x A =0.95；t /=1[h]；每天处理300kg 环戊二烯。

求：反应器有效容积？
AO
C t =⎰
-A
x A A r dx 0
)
(； (-r A )=A kC B C =2
)1(A BO AO x C kC -
65.63600
1
95.0195.008.01092.91)1(3=⋅-⋅⨯⨯=--A BO A x kC x [h]
]/[261.4367.2894.108
.02466
/3001.02466/3003h m v v v OB OA o =+=⨯+⨯=
+=
V=][6.32)165.6(261.4)(3
/m t t v O =+=+
3、在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应： CH3COOC2H5+NaOH →CH3COONa+C2H5OH 该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级。

反应开始时乙酸乙酯及氢氧化钠的浓度均为 0.02mol/l ，反应速率常数等于 5.6l/mol.min 。

要求最终转化率达到95%。

试问： （1）当反应器的反应体积为1m3时，需要多长的反应时间？ （2）若反应器的反应体积为2m3时，所需的反应时间又是多少？
解：（1）t=C A0∫0XA f dX A /(-RA)=CA0∫0XAfdXA/[k 2A0C 2A0 (1-XA)2] =1/(kCA0) ×XA/(1-XA) =1/(5.6×0.02)×0.95/(1-0.95) =169.6min （2.83h ）
（2）因为间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关，所以反应时间仍为2.83h 。

4、平推流反应器中进行二级反应，当进料初浓度从30％降到4％，若要求反应结果的残余浓度维持在0.1%，问进料流率应作如何调整？
⎰
⎰
-=
-=A
A
x x A A BO
A BO AO A AO x dx kC x C kC dx C t 0
2)
1(1
)1(0010.001
01
0001.004.0001
.04.00020.04001
.0-3.0001.03.00.3C min 11.1122.22)3.03.1(2
1
0A0000
kV v C kV v v t rA
dCA
r dX CA t A C C C C kVC CA CA X A
A A
A A
A A
A -⨯⨯=
=⨯⨯=
=∴=⨯-⨯≈
--===-=
⎰
⎰时，当时，当代入数据：
5、。