(完整版)反应工程第五章习题答案
化学反应工程陈甘棠第五章第二节
1
dyA N A RT
dl 1
DK P
分子:
NA
DAB
P RT
dy A dl
2
yA N A
NB
dyA P N A yA N A N B
dl 2 RT
DAB
2024年10月13日星期日
把分子扩散和努森扩散看成是串联过程，则扩散的总推动力
dyA dyA dyA dl dl 1 dl 2
反应级数为正: 反应级数为负:
x 1 x 1
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设为α级反应，外表面的浓度为cs，气相主体的浓度为 cg，对于等温定态过程：
kGa cg cs kvcs
定义:
Da kvcg 1 kGa
化学反应速率 外扩散速率
---- 丹克莱尔准数
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kv一定时，Da , kGa ,外扩散影响越小
散模数φL
L L
kV
c
m1 S
De
式中：
颗粒体积 L 颗粒的扩散表面积
=
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片状，δ为催化剂厚度
2
R 圆柱状，R为圆柱的半径 2
R 球形颗粒 3
2 L
代表了表面反应速率与内扩散速率之比
对片、柱、球状催化剂等温物料衡算
1 ln
d dl
l n
dc dl
rc
De
其中：
➢ 当 ，0等温反应， 1
➢ 当 ，0吸热反应， 1, 愈负，S愈大时，愈小
➢ 当 ，0放热反应，η有可能大于1，因为粒内温度增
高的影响可能超过浓度降低的影响。
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4、外扩散的影响
(完整版)化学反应工程课后习题答案.
积分之
2.10在催化剂上进行三甲基苯的氢解反应：
反应器进口原料气组成为66.67%H2,33.33%三甲基苯。在0.1Mpa及523K下等温反应，当反应器出口三甲基苯的转化率为80%时，其混合气体的氢含量为20%，试求：
（1）（1）此时反应器出口的气体组成。
（2）（2）若这两个反应的动力学方程分别为：
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：
组分
摩尔质量
摩尔分率yi
CO
28
15.49
H2
2
69.78
CO2
44
0.82
CH4
16
3.62
N2
28
10.29
总计
100
其中冷凝分离后气体平均分子量为
M’m=∑yiMi=9.554
又设放空气体流量为Akmol/h，粗甲醇的流量为Bkg/h。对整个系统的N2作衡算得：
5.38B/28×1000+0.1029A=2.92 (A)
20
30
40
50
60
70
试求当进口原料气体流量为50ml/min时CO的转化速率。
解：是一个流动反应器，其反应速率式可用（2.7）式来表示
化学反应工程课后习题解答全解
min)
3-5 在等温全混流釜式反应器中进行下列液相反应：
A + B → P（目的）rP = 2cA [kmol/(m3.h)
2A → R
rR= 0.5cA [kmol/(m3.h)
cA0 = cB0 = 2kmol/m3.
试计算反应2h时A的转化率和产品P的收率。
解：A组分的总消耗速率
(-rA )= rP + 2rR = 2cA + cA = 3cA 将其代入CSTR设计方程
pA 1000 800 666.75 446.75 306.8 206.8 -dpA/dt 82.305 66.844 53.581 33.647 22.503 20.149
（4）对
rA
dpA dt
~
pA
分别取自然对数，得到数据如下表
pA 1000 800 666.75 446.75 306.8 206.8 -dpA/dt 82.305 66.844 53.581 33.647 22.503 20.149
nH2O 17.8082 x 2 y
Y x x 0.692,即 nC0H3OH 27.3979
x 18.961
又nCH3OH
27.3979 x
y
n0 CH3OH
(1
xCH3OH
)
7.6714
y (27.397918.961 7.6714) 0.768
rA k1cAcB k2cRcS 7cAcB 3cRcS
7cB0 (1 xB )(cA0 cB0 xB ) 3(cB0 xB )2
只能指定B的转化率为75%，计算空间时间
VR cB0 xBf
《化学反应工程》(朱炳辰-第五版)第五章部分课后习题答案
a
+ 1 .7 5 = 3 9 .0 7ψ
a
,将 此 式 变 为 :
− 1 . 7 5ψ
a
a
− 8 .7 7 8 = 0
解 此 方 程 得 :ψ
= 0 .4 9 6 9
5-8 由直径为 3mm 的多孔球形催化剂组成的等温固定床,在其中进行一级不可逆反应,基于催化剂颗粒体积 -1 2 计算的反应速率常数为 0.8s ,有效扩散系数为 0.013cm /s,当床层高度为 2m 时,可达到所要求的转化率.为 了减小床层的压力降,改用直径为 6mm 的球形催化剂,其余条件均不变,,流体在床层中流动均为层流,试计
−3
查 ” 无 机 化 工 反 应 工 程 ”P108 图 4-1 得 ε =0.45, 混 合 气 的 物 性 数 据 按 空 气 计 算 误 差 不 大 ,733K 下 , ρ =0.4832kg/m3,μ=0.034 厘泊=3.4×10-5Pa.s,因此有:
f =
150 µ (1 − ε ) 1 5 0 × 3 .4 × 1 0 −5 (1 − 0 .4 5 ) + 1 .7 5 = 1 5 0 × + 1 .7 5 = + 1 .7 5 Re d pu0ρ 6 .0 0 5 × 1 0 −3 ( 2 1 .7 5 A −1 ) × 0 .4 8 3 2
(1 )
f =
∴
150 1− ε = 150 × µ Re d pu0 ρ
p2
f1 = d f2
/d
p1
(2)
(1),(2)式联立:
L1d p 2 d p 2 L ⎛ d p2 ∆ p1 = = 1 ⎜ ∆ p2 L 2d p1d p1 L2 ⎜ ⎝ d p1
《化学反应工程》第三版(陈甘堂著)课后习题答案
《化学反应工程》第三版(陈甘堂著)课后习题答案第二章均相反应动力学基础2－4三级气相反应2NO+O22NO2，在30℃及1kgf/cm2下反应，已知反应速率常数2kC=2.65×104L2/(mol2 s)，若以rA=kppApB表示，反应速率常数kp应为何值？解：原速率方程rA=dcA2cB=2.65×104cAdt由气体状态方程有cA=代入式（1）2－5考虑反应A课所以kp=2.65×104×(0.08477×303) 3=1.564后当压力单位为kgf/cm2时，R=0.08477，T=303K。
答p p 2rA=2.65×10 A B =2.65×104(RT) 3pApBRT RTp表示的动力学方程。
解：.因，wwnAp=A，微分得RTVdaw案24网pAp，cB=BRTRT3P，其动力学方程为( rA)=dnAn=kA。
试推导：在恒容下以总压VdtVδA=3 1=21dnA1dpA=VdtRTdt代入原动力学方程整理得wdpA=kpAdt设初始原料为纯A，yA0=1，总量为n0=nA0。
反应过程中总摩尔数根据膨胀因子定义δA=n n0nA0 nA若侵犯了您的版权利益，敬请来信通知我们！Y http://.cn.co（1）mol/[L s (kgf/cm2) 3]m（1）则nA=nA01(n n0)δA1(P P0)δA（2）恒容下上式可转换为pA=P0所以将式（2）和式（3）代入式（1）整理得2－6在700℃及3kgf/cm2恒压下发生下列反应：C4H10发生变化，试求下列各项的变化速率。
（1）乙烯分压；（2）H2的物质的量，mol；（3）丁烷的摩尔分数。
解：P=3kgf/cm2，（1）课MC4H10=58，（2）w.krC2H4=2( rC4H10)=2×2.4=4.8kgf/(cm2 s)PC4H10=PyC4H101 dpC4H10= P dt2.4-1==0.8 s 3w（3）nC4H10=nyC4H10=n0(1+δC4H10yC4H10,0xC4H10)yC4H10dnH2dtdnH2dt=hdaw后n0=nC4H10,0=δC4H10rC4H10=反应开始时，系统中含C4H*****kg，当反应完成50%时，丁烷分压以2.4kgf/(cm2 s)的速率dyC4H10dt答1rCH=2.4224wdnC4H10dt案116×1000=2000mol582+1 1==21网dyC4H10=n0(1+δC4H10yC4H10,0xC4H10) dt=2000×(1+2×1×0.5)×0.8=3200 mol/s若侵犯了您的版权利益，敬请来信通知我们！Y http://.cno2C2H4+H2，dP=k[(δA+1)P0 P]=k(3P0 P)dtm（3）dpA1dP= dtδAdt2－9反应APS，( r1)=k1cA , ( r2)=k2cp，已知t=0时，cA=cA0 ，cp0=cS0=0, k1/k2=0.2。
反应工程课后答案完整版
反应⼯程课后答案完整版1 绪论1.1在银催化剂上进⾏甲醇氧化为甲醛的反应：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：（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），A P出⼝甲醇、甲醛和⼆氧化碳的摩尔数n A、n P和n c分别为：n A=n A0(1-X A)=7.672 moln P=n A0Y P=18.96 moln C=n A0(X A-Y P)=0.7672 mol结合上述反应的化学计量式，⽔（n W）、氧⽓（n O）和氮⽓（n N）的摩尔数分别为：n W=n W0+n P+2n C=38.30 moln O=n O0-1/2n P-3/2n C=0.8788 moln N=n N0=43.28 mol2 反应动⼒学基础2.4在等温下进⾏液相反应A+B→C+D，在该条件下的反应速率⽅程为：若将A和B的初始浓度均为3mol/l的原料混合进⾏反应，求反应4min时A的转化率。
解：由题中条件知是个等容反应过程，且A和B的初始浓度均相等，即为1.5mol/l，故可把反应速率式简化，得由（2.6）式可知代⼊速率⽅程式化简整理得积分得解得X A=82.76%。
2.6下⾯是两个反应的T-X图，图中AB是平衡曲线，NP是最佳温度曲线，AM是等温线，HB是等转化率线。
根据下⾯两图回答：（1）（1）是可逆反应还是不可逆反应？（2）（2）是放热反应还是吸热反应？（3）（3）在等温线上，A,D,O,E,M点中哪⼀点速率最⼤，哪⼀点速率最⼩？（4）（4）在等转化率线上，H,C,R,O,F及B点中，哪⼀点速率最⼤，哪⼀点速率最⼩？（5）（5）在C,R两点中，谁的速率⼤？（6）（6）根据图中所给的⼗点中，判断哪⼀点速率最⼤？解：图2.1 图2.2（1）可逆反应可逆反应（2）放热反应吸热反应(3)M点速率最⼤，A点速率最⼩M点速率最⼤，A点速率最⼩(4)O点速率最⼤，B点速率最⼩H点速率最⼤，B点速率最⼩(5)R点速率⼤于C点速率C点速率⼤于R点速率(6)M点速率最⼤根据等速线的⾛向来判断H,M点的速率⼤⼩。
反应工程考试习题库及答案
第一章 绪论1。
化学反应工程是一门研究______________的科学。
(化学反应的工程问题） 2. 化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的科学，既以_______作为研究对象，又以_______为研究对象的学科体系。
（化学反应、工程问题) 3。
_______是化学反应工程的基础.（ 三传一反)4。
化学反应过程按操作方法分为_______、_______、_______操作。
（分批式操作、连续式操作、半分批式）5. 化学反应工程中的“三传一反"中的三传是指_______、_______、_______.(传质、传热、动量传递）6. 不论是设计、放大或控制，都需要对研究对象作出定量的描述,也就要用数学式来表达个参数间的关系,简称_______.(数学模型)7. 在建立数学模型时，根据基础资料建立物料、热量和动量衡算式的一般式为_______。
（累积量=输入量—输出量）8。
“三传一反”是化学反应工程的基础,其中所谓的一反是指_______。
（D ）A ．化学反应B 。
反应工程 C. 反应热力学 D 。
反应动力学 9.“三传一反”是化学反应工程的基础,下列不属于三传的是_______。
（A ）A 。
能量传递 B. 质量传递 C 。
热量传递 D. 动量传递 第二章 均相反应动力学1. 均相反应是指_。
（参与反应的物质均处于同一相）2。
aA + bBpP + sS 对于反应，则=P r _______)(A r -。
（a p）3.着眼反应组分K 的转化率的定义式为_______。
（00K KK K n n n -=χ）4。
当计量方程中计量系数的代数和等于零时,这种反应称为_______，否则称为_______。
（等分子反应、非等分子反应)5。
化学反应速率式为βαB AC A C C K r =-，用浓度表示的速率常数为C K ，假定符合理想气体状态方程，如用压力表示的速率常数P K ，则C K =_______P K .（)()(βα+RT ）6。
(完整版)反应工程第五章习题答案
化学反应工程习题（第五章）5.1乙炔与氯化氢在HgCl 2-活性炭催化剂上合成氯乙烯的反应2223C H HCl C H Cl +↔()A ()B ()C其动力学方程式可有如下种种形式：(1) 2(/)/(1)A B C A A B B C C r p p p K K p K p K p κ=-+++(2) /(1)(1)A B A B B B C C A A r K K p p K p K p K p κ=+++ (3) /(1)A A B A A B B r K p p K p K p κ=++(4) /(1)B A B B B C C r K p p K p K p κ=++试说明各式所代表的反应机理和控制步骤。
解：（1） A A σσ+↔B B σσ+↔A B C σσσσ+↔+ （控制步骤） C C σσ↔+（2） 11A A σσ+↔22122111B B A BC C C σσσσσσσσ+↔+→+↔+（控制步骤） （3） A A σσ+↔B B σσ+↔A B C σσ+→+ （控制步骤）（4） B B σσ+↔A B C σσ+→ （控制步骤） C C σσ↔+5.2 在Pd-Al 2O 3催化剂上用乙烯合成醋酸乙烯的反应为 243222321C H CH COOH O CH COOC H H O 2++↔+ 实验测得的初速率数据如下[功刀等，化工志，71，2007（1968）.] 115℃, AcOH 200p mmHg =，292O p mmHg =。
24()C H p mmHg701001952473154655010(/)r mol hr g ⨯⋅催化剂3.94.46.06.67.255.4注：1mmHg=133.322Pa如反应机理设想为2424242422423223232222O ()O O+AcOH AcOH C H C H AcOH C H HC H OAc O O HC H OAc O C H OAc H C H OAc C H OAc H H σσσσσσσσσσσσσσσσ+↔+↔+↔++↔+→+↔+↔控制步骤试写出反应速率并检验上述部分数据能与之符合否。
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化学反应工程第二版答第一章习题1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。
2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。
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.平行液相反应A→P r P=1A→R r R=2c AA→S r S=c A2已知c A0=2kmol·m-3，c Af=0.2kmol·m-3，求下列反应器中，c P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，c A1=1 kmol·m-3。
解3-A0Af A 2A Af 0A p P AP AfA0p 2A 2A A S R P P P m kmol 5.02112.011)1(1)1(1d )1(1)(d 1PFR For )1(1211A0AfA Af⋅=+-+=+-+=+=-=-=+=++=++=⎰⎰c c c c c c S c c S c c S c c c r r r r S c c c c3-22Af Af A0Af A0p P m kmol 25.1)2.01(1)2.02()1(1)()(CSTRFor ⋅=+-=+-=-=c c c c c S c 3-22P2Af A1P1A1A0P m kmol 81.056.025.0)2.01(1)2.01()11(1)12()()(Series in CSTR For two ⋅=+=+-++-=-+-=S c c S c c c3. A 进行平行分解反应，其速率式为 ↗R r R =1 kmol ·m -3min -1A →S r S =2c A kmol ·m -3min -1↘T r T =c A kmol ·m -3min -1其中R 是所要求的目的产物，c A0=1kmol ·m -3。
化学反应工程第二版课后答案
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tc rd d AA -=-，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，请写出各组分生成速率与浓度之间关系。
(1)A+2B →C (2)A+2B →C (3)2A+2B →CA+C →D B+C →D A+C →D C+D →E 解(1)D4C A 3D D 4C A 3C 22BA 1C C22B A 1B D4C A 3C 22B A 1A 22c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-=(2)E6D C 5D 4C B 3D E 6D C 5D 4C B 3C 22BA 1C D4C B 3C 22B A 1B C22B A 1A 22c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r +--=+-+--=+-+-=+-=(3)D4C A 3D D 4C A 3C 22B2A 1C C22B 2A 1B D 4C A 3C 22B 2A 1A 2222c k c c k r c k c c k c k c c k r c k c c k r c k c c k c k c c k r -=+--=+-=+-+-=6 气相基元反应A+2B →2P 在30℃和常压下的反应速率常数k c =2.65×104m 6kmol -2s -1。
化学反应工程习题-第五章：非均相反应动力学
第五章 非均相反应动力学1.工业催化剂所必备的三个主要条件是：_______、_______、_______。
（活性好、选择性高、寿命长）2.气体在固体表面上的吸附中物理吸附是靠_______结合的，而化学吸附是靠_______结合的。
（范德华力、化学键力）3.气体在固体表面上的吸附中物理吸附是_______分子层的，而化学吸附是_______分子层的。
（多、单）4.气体在固体表面上发生吸附时，描述在一定温度下气体吸附量与压力的关系式称为_______。
（吸附等温方程）5. _______吸附等温方程式是假定吸附热是随着表面覆盖度的增加而随幂数关系减少的。
（Freundlich ）6._______吸附等温方程式是按吸附及脱附速率与覆盖率成指数函数的关系导出的。
（Temkin ）7.固体催化剂的比表面积的经典测定方法是基于_______方程。
（BET ）8.在气—固相催化反应中，反应速率一般是以单位催化剂的重量为基准的，如反应A →B ，A 的反应速率的定义为_______。
（dt dn W r A A ⋅-=-1） 9.对于气—固相催化反应，要测定真实的反应速率，必须首先排除_______和_______的影响。
（内扩散、外扩散）10.测定气固相催化速率检验外扩散影响时，可以同时改变催化剂装量和进料流量，但保持_______不变。
（0A F W ）11.测定气固相催化速率检验外扩散影响时，可以同时改变_______和_______，但保持0A F W 不变。
（催化剂装量、进料流量）12.测定气固相催化速率检验内扩散影响时，可改变催化剂的_______，在恒定的0A F W 下测_______，看二者的变化关系。
[粒度（直径p d ）、转化率]13.测定气固相催化速率检验内扩散影响时，可改变催化剂的粒度（直径p d ），在恒定的_______下测转化率，看二者的变化关系。
（0A F W ） 14.催化剂回转式反应器是把催化剂夹在框架中快速回转，从而排除_______影响和达到气相_______及反应器_______的目的。
化学反应工程原理(华东理工大学版)第二版第五章答案
5-1解：因为是一级反应，对于PTF 反应器有：()1ln 1A k x τ=-解得k τ=2.30对于CSTR 反应器有：()1AA x k x τ=-解得：A x =0.75-2解：依题意得：()0121A A A x c k x τ=-解得01A c k τ=2当其它条件不变，而体积是原来的六倍时，02A c k τ=601A c k τ=12 通过()0221A A A x c k x τ=-=12解得A x =0.755-3解：对管式反应器：()11ln 0.9161A k x τ==- 对CSTR 反应器有：()2 2.3331A A x k x τ==- 根据阿累尼乌斯公式：383.610/42310R k k e-⨯= ； 3283.610/20T R k k e -⨯= 32383.610/0283.610/42310 2.55T R Rk e k k k e -⨯-⨯== T 2=440K5-4解：5-5解：假设反应为n 级，则：500010.10.920.1500010.250.75150.25n n A n n A kc k kc k -==-==解得n=2，所以有：/286200.10.00036E R k e-= /357200.10.00225E Rk e -= 解得E=21.87kJ5-6解：每天的醋酸丁酯的物质的量为2400/116=20.69kmol每小时醋酸丁酯的物质的量为20.69/（24×60）=0.0144 kmol/min 所以每小时醋酸的物质的量流量为0.0144×2=0.0288 kmol/min 丁醇每小时物质的量流量为0.0288×4.97=0.143kmol/min v 0为（0.0288×60+0.143×74）÷0.75=16.41L/minc A0=1.756×10-3 kmol/L假设反应器的体积为V ，则()32300.5 1.7561016.4117.40.5 1.75610VV v --⨯⨯==⨯⨯⨯V=1074L=1.074m 35-7 证明：01012101111A A A Af c V v k c V c v k c ⎛⎫=- ⎪⎝⎭⎛⎫=- ⎪ ⎪⎝⎭ （式A ）000112111A A A Af v c v c V V k c k c ⎛⎫⎛⎫+=-+- ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭对上式求导，()1210A d V V dc +=时，12V V +有最小值。
(完整版)反应工程第五章习题答案
化学反应工程习题（第五章）5.1乙炔与氯化氢在HgCl 2-活性炭催化剂上合成氯乙烯的反应2223C H HCl C H Cl+↔ ()A ()B ()C 其动力学方程式可有如下种种形式：(1)2(/)/(1)A B C A A B B C C r p p p K K p K p K p κ=-+++ (2)/(1)(1)A B A B B B C C A A r K K p p K p K p K p κ=+++ (3)/(1)A AB A A B B r K p p K p K p κ=++ (4)/(1)B A B B BC C r K p p K p K p κ=++试说明各式所代表的反应机理和控制步骤。
解：（1）A A σσ+↔B B σσ+↔ （控制步骤）A B C σσσσ+↔+C C σσ↔+（2）11A A σσ+↔（控制步骤）22122111B B A BC C C σσσσσσσσ+↔+→+↔+（3）A A σσ+↔B B σσ+↔（控制步骤）A B C σσ+→+（4） B B σσ+↔ （控制步骤）A B C σσ+→ C C σσ↔+5.2 在Pd-Al 2O 3催化剂上用乙烯合成醋酸乙烯的反应为243222321C H CH COOH O CH COOC H H O2++↔+ 实验测得的初速率数据如下[功刀等，化工志，71，2007（1968）.]115℃, ，。
AcOH 200p mmHg =292O p mmHg =24()C H p mmHg701001952473154655010(/)r mol hr g ⨯⋅催化剂 3.94.46.06.67.255.4注：1mmHg=133.322Pa如反应机理设想为2424242422423223232222O ()O O+AcOH AcOH C H C H AcOH C H HC H OAc O O HC H OAc O C H OAc H C H OAc C H OAc H H σσσσσσσσσσσσσσσσ+↔+↔+↔++↔+→+↔+↔控制步骤试写出反应速率并检验上述部分数据能与之符合否。
化学反应工程第五章自测题及答案
化学反应工程第五章自测题共10题，每题1分，共10分。
正确的选项可能不止一个。
1. 关于催化剂，下面正确的认识是A. 催化剂在反应过程中本身不发生改变；B. 催化剂有寿命本身就意味着催化剂在参与化学反应过程中本身发生了变化；C. 催化剂之所以能够加快化学反应的速率，原因在于降低了化学反应的活化能；D. 活性、选择性和寿命是催化剂最重要的三方面性质，其中选择性有时尤为重要；E. 催化剂有时可以改变化学反应的平衡向有利于目的产物生成的方向移动，否则不可能提高目的产物的选择性2. 对于一个气固相催化反应过程，下列属于动力学因素的是A. 气膜扩散；B. 孔内扩散；C. 反应物的吸附和产物的脱附；D. 表面反应3. 关于扩散，下面认识正确的是A. Knudsen扩散和分子扩散的主要区别在于扩散阻力产生的主要原因是分子与孔壁碰撞还是分子与分子间碰撞造成的；B. 扩散阻力的存在对反应未必是不利的；C. 对于实际的气固相催化反应，存在的扩散要么是Knudsen扩散，要么是分子扩散；D. 扩散阻力的大小，与催化剂孔道的复杂程度有关4. 关于物理吸附于化学吸附，下列认识错误的是A. 物理吸附是多层吸附，化学吸附是单层吸附；B. 物理吸附是可逆的，化学吸附往往是不可逆的；C. 物理吸附是有选择性的，化学吸附是非选择性的；D. 物理吸附的活化能低，化学吸附的活化能高5. Langmuir吸附等温的四个假定：均匀表面、单层吸附、吸附机理相同和无相互作用这几点应该说是非常苛刻的，实际情况很难满足上述要求。
然而，对于多数的化学反应，应用这几点假定进行有关的推导，结果一般是可以接受的，其主要原因在于A. 实际反应过程中催化剂表面吸附物种的覆盖度很低；B. 实际的催化剂表面一般很平整；C. 实际的催化剂表面上活性位间的距离较远；D. 实际的催化剂表面上活性位的数量有限6. 某一级不可逆反应在一多孔催化剂上进行，催化剂颗粒可以看作是等温，催化剂外表面反应物A的浓度为2mol/L，催化剂颗粒孔道内A的平均浓度为1mol/L，则该催化剂的效率因子为A. 2；B. 0.5；C. 0.25；D. 0.757. 关于效率因子的认识，正确的是A. 效率因子不可能大于1；B. 效率因子有时受温度的影响比受浓度的影响大C. 效率因子随Thiele模数的增大而减小；D. 效率因子受催化剂颗粒的形状、反应过程中摩尔数的变化的影响相对较小8. 对于一个处于强扩散阻力控制区的气固相不可逆催化反应，其反应级数和活化能分别为A. 原来的一半；B. 原来的1／3；C. 反应级数变为原来的1／2，活化能比原来的一半高一点；D. 反应级数变为（n+1）/2，活化能约为原来的一半9. 对于一个气固相催化反应，减小外扩散和内扩散影响的措施正确的是A. 提高反应器内气体的流速，减小催化剂颗粒的直径；B. 降低反应器内气体的流速，减小催化剂颗粒的直径；C. 降低反应器内气体的流速，增大催化剂颗粒的直径；D. 减小催化剂颗粒的直径，提高反应器内气体的流速10. 对于固体催化剂催化的反应，测定活化能时发现活化能的大小随反应温度的升高而下降，其可能的原因是A. 仪器的测量误差增大；B. 测定活化能的方法可能存在问题；C. 反应温度升高，反应速率加快，活化能显然应该下降；D. 内扩散阻力的影响加大参考答案：1. B, C, D; 2.C, D; 3.A, B, D; 4. C; 5. A; 6. B; 7. B, C, D; 8. D; 9. A; 10. D。
反应工程(第三版)第五章答案停留时间分布与反应器
5停留时间分布与反应器5.1设F( 9 )及E( 9 )分别为闭式流动反应器的停留时间分布函数及停留时 间分布密度函数，9为对比时间。
(1) (1)若该反应器为活塞流反应器，试求(a ) (a ) F(1)(b)E(1)(c)F(0.8)(d)E(0.8)(e)E(1.2) (2) 若该反应器为全混流反应器，试求(a ) F(1)(b)E(1)(c)F(0.8)(d)E(0.8)(e)E(1.2) (3) 若该反应器为一个非理想流动反应器，试求解：(1)因是活塞流反应器，故符合理想活塞流模型的停留时间分布，由 (5.33-5.36 )式可得:(a)F(1)=1.0(b)E(1)= * (c)F(0.8)=0(d)E(0.8)=0(e)E(1.2)=0 (2) (2)因是全混流反应器，故符合理想全混流模型的停留时间分布，由(5.33-5.36 )式可得：■1 ・1 ・0 8(a ) F(1)=1-e =0.6321(b)E(1)=e =0.3679 (c)F(0.8)=1- e . =0.5507-0 8(d)E(0.8)= e . =0.4493 (e)=E(1.2)=0.3012 (3) (3)因是一个非理想流动反应器，故可得：°、E("d 二(a ) F(g)(b)F(0)(c)E( g)(d)E(0)(e)0 EZ (f) 「EC)d(a ) F( g )=1(b)F(0)=0(c)E( g )=0 (d)1>E(0)>0(e)0 EC)d=15.2用阶跃法测定一闭式流动反应器的停留时间分布，得到离开反应器的示 踪剂与时间的关系如下：'0 2 2c(t)二 t- 22 空 t 3试求： (1) (1)该反应器的停留时间分布函数 F( 9 )及分布密度函数E( 9 )2(2)(2)数学期望71及方差' 二。
（3） （ 3）若用多釜串联模型来模拟该反应器，则模型参数是多少？ （4） （ 4）若用轴相扩散模型来模拟该反应器，则模型参数是多少？（5） 若在此反应器内进行一级不可逆反应，反应速率常数 k=1min -1，且无副反 应，试求反应器出口转化率。
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化学反应工程习题（第五章）5.1乙炔与氯化氢在HgCl 2-活性炭催化剂上合成氯乙烯的反应2223C H HCl C H Cl+↔ ()A ()B ()C 其动力学方程式可有如下种种形式：(1)2(/)/(1)A B C A A B B C C r p p p K K p K p K p κ=-+++ (2)/(1)(1)A B A B B B C C A A r K K p p K p K p K p κ=+++ (3)/(1)A AB A A B B r K p p K p K p κ=++ (4)/(1)B A B B BC C r K p p K p K p κ=++试说明各式所代表的反应机理和控制步骤。
解：（1）A A σσ+↔B B σσ+↔ （控制步骤）A B C σσσσ+↔+C C σσ↔+（2）11A A σσ+↔（控制步骤）22122111B B A BC C C σσσσσσσσ+↔+→+↔+（3）A A σσ+↔B B σσ+↔（控制步骤）A B C σσ+→+（4） B B σσ+↔ （控制步骤）A B C σσ+→ C C σσ↔+5.2 在Pd-Al 2O 3催化剂上用乙烯合成醋酸乙烯的反应为243222321C H CH COOH O CH COOC H H O2++↔+ 实验测得的初速率数据如下[功刀等，化工志，71，2007（1968）.]115℃, ，。
AcOH 200p mmHg =292O p mmHg =24()C H p mmHg701001952473154655010(/)r mol hr g ⨯⋅催化剂 3.94.46.06.67.255.4注：1mmHg=133.322Pa如反应机理设想为2424242422423223232222O ()O O+AcOH AcOH C H C H AcOH C H HC H OAc O O HC H OAc O C H OAc H C H OAc C H OAc H H σσσσσσσσσσσσσσσσ+↔+↔+↔++↔+→+↔+↔控制步骤试写出反应速率并检验上述部分数据能与之符合否。
解：243222321C H CH COOH O CH COOC H H O2++↔+（A ） （B ） （C ） （E ）（F ）A A A V K P θθ=B B B V K P θθ=C V θ=1D s A B A B V k K K P P θθ=E E E V K P θθ=F F F VK P θθ=2D C 102''22323()()V s A AA A r k K P P r K K P K K P θθθ======++=''23A K K P + 24()C H p mmHg 701001952473154655010(/)r mol hr g ⨯⋅催化剂 3.9 4.46.06.67.255.4310- 1.34 1.51 1.801.932.082.93作图，基本上为一直线。
A P ∴上述数据与反应速度式基本符合。
5.3某反应，其动力学方程式为A R S −−→+ (/)/(1)A A A R S A A R R r kK p p p K K p K p -=-++试导出平推流式的等温积分反应管中转化率X A 与W/F AO 的关系式。
解：设总压不变且0000(0)A R S p p p p p ====2111A δ-==000(1)(1)(1)1(1)(1)A A A A A A AA A A A A p x x x p p p y x x x δ---===+++ 同理：1AR s Ax p p p x ==+将各p 值代人题中给出的动力学方程式，并简化得：222(1)/()A r a x bx cx d -=-++式中：21pa k=+1()/R A Ab K K kK p =+-2()/R A c K kK p=+1()/A A d K kK p=+Ax x =并设是以单位床层体积为基准的，反应管中堆积密度为（不应存在密度项）。
A r -B p 22222220000111ff f x x x A BWx x d b dx c dx d dx F a x a x a x ρ=++---⎰⎰⎰2200000222112121121211ln ln(1)212f f f f f x x x x x f f ff b x b x x d d dx dx c dx dx dx a ax a ax a x ax axax b d c a x bx a ax a=-+++-+--+++=----⎰⎰⎰⎰⎰5.4在200℃下，苯在Ni 催化剂上加氢。
已知催化剂微孔的平均孔径4.0mm ，求总压分别为0.1Mpa 及3.5MPa 下氢的扩散系数。
解：由陈甘棠（81版）表5.3-4查得：266:/59.7:/412.3H k C H k ξξ==102.827105.349mσσ-=⨯=设本系统可由苯与氢的二组分系统代表，则由（5.3-62）及（5.3-63）式，得：1/21/211()(2.827 5.349) 4.08822()(59.7412.3)157.0AB A B ABA B k kσσσξξξ=+=+===⨯=故：/473/157.030.1AB kT ξ==由表5.3-3查得：0.9483AB Ω=代入（5.3-61）式：2663/22211()0.8602.01678.110.001858(473)/(4.088)(0.9483)H C H D cm sp p -+==当p=0.1MPa=1atm 时 266220.860/0.860/1H C H D cm s cm s -==当p=3.5MPa=35atm 时 266220.860/0.02457/35H C H D cm s cm s -==至于努森扩散则由（5.3-65）式计算，它与总压是无关的。
1/224739700(0.4)()59431.5/2.016K D cm s ==由此可知，由于孔径较大，努森扩散的影响可以忽略。
解法2：由于孔径4mm 很大，因此直接用分子扩散的公式（参考朱炳晨的书）5.5异丙苯在催化剂上裂解而生成苯，如催化剂为微球状，d p =0.4cm ，ρp =1.06g/cm 3，εp =0.52, S g =350m 2/g ，求在500℃，0.1Mpa 时，异丙苯的微孔中的有效扩散系数。
设已知微孔的曲折因子τ=3，异丙苯-苯的分子扩散系数为0.155cm 2/s 。
解： 742220.52 2.8101.0635010g ggp gV a cm S S ξρ-⨯====⨯⨯⨯孔径很小属努森扩散区：73232333250027397009700 2.810 6.8910/120116.6010/111/1/0.1556.89100.52 6.6010 1.1410/3k kk ABD e D cm s D cm s D D D D D cm sξτ------+==⨯⨯=⨯===⨯≈++⨯⨯⨯===⨯迷宫因子是催化剂中的一种加速或者减弱催化的酶的催化系数，这个系数决定了催化的速度。
5.6兹有直径为0.2cm 高0.2cm 及直径为0.8cm 高0.8cm 的两种催化剂粒子分别在等温的管中进行测试，填充体积为150cm 3，床层空隙率0.40，所用气体流量均为3cm 3/s ，粒子孔隙率均为0.35，迷宫因子0.20，反应为一级不可逆，对直径为0.2cm 催化剂，达到的转化率为66%，而对直径为0.8cm 的催化剂则为30%，如气体密度不变，问：（1）这两种床层催化剂有效系数是多少？（2）气体真实的扩散系数为多少？解：（1）设等比表面当量球半径R p1, R p2：表面积/体积 ，故22224222423p P R R R R R R R πππππ⨯+⨯=⨯P R R =∴ ，， 110.2/20.1P R R cm ===220.8/20.4P R R cm ===120.10.250.4P P R R ==一级反应催化剂有效系数与浓度无关，分别设为η1，η2'00'0011ln (1)1AfAf x x pA A v A Af v Af Adx dx c c k c x k x r τηη===---⎰⎰式中，均以催化剂粒子体积为基准：'A r -'p τ，'211ln1.07910.66p k τη==-'221ln0.35710.3p k τη==-121212/ 3.02//0.25P PR Rηηϕϕ=⎧⎨==⎩根据式（5.3-91）计算，，用试差法求得：311()tans s sηϕϕϕ=-13.29ϕ=213.16ϕ=10.637η=20.211η=此算法均是将圆柱子化作当量球形求解。
（2）（或）'11.079vpkτη='20.357pτη'(1)1500.630()3RpVsVετ-⨯===21.0795.6510(1/)300.637vk s-==⨯⨯由式（5.3-78）222521215520.1 5.65105.2210/3.2920.2 5.22102.9810/0.35P veepR kD cm sDD cm sϕτε----⨯⨯===⨯⨯⨯===⨯5.7 某组分A在540℃下的催化剂上反应，其速率式为催化剂132()8.3610A Ar p--=⨯/mol s g⋅φA的单位为Pa。
如催化剂颗粒的密度为0.8g/cm3，当量直径为0.3cm，颗粒外表面上A的分压为p A,s=1.2×104Pa，A的组分在粒内的扩散系数为0.020cm2/s,求催化剂的有效系数。
解：用浓度表示时PV=nRT13222()8.3610()A p A v Ar RT c k cρ--=⨯=故：-r A1322528.3610(0.80)(8.314813) 3.055610v A Ak c c--=⨯⨯=⨯又R=0.3cm 代入（5.3-77）0.01562sφ====于是从图5.3-11中查得：η=0.915.8 某一加氢化反应，在0.2Mpa及80℃下进行，如粒子的ρp=1.16g/cm3，λe=1.065×10-1w/m﹒K，H2在粒内的扩散系数D e=3.0×10-2cm2/s,反应热△H=-180Kj/mol，反应的活化能为62.8Kj/mol，如反应组分在进料气中占20%，而用无内扩散影响的细粒子测得的反应速率为10×10-7mol/s﹒g催化剂，试估算粒度为d p=1.30cm时的反应速率。