化学反应工程课后习题

In
CA0 (CT 0 CA ) CA (CT 0 CA0 )
(CA )opt
CT 0 2
CA0
CP0 2
=
0.65+0.05 = 2
0.35kmol/m3
293K
:0.7k1
2.4=In
0.65(0.7 0.35(0.7
0.35) 0.65)
k1,同理K
求k2
In k2 E ( 1 1 ) E 65.94kJ / mol k1 R T1 T2
xA
dxA
0 kc2A0 (1 xA )( xA )
kcA0
1 (
1)
ln
( xA) (1 xA)
当 5时txA0.5 0.78h, txA0.9 2.78h , txA0.99 5.81h
(令 cB0 ) cA0
当C B0 /C A0 =β 越大，达到相同转化率所需的时间越短； 当C B0 /C A0 不变时，随x A 的增大，所需t 增大，且 x A 越高，t 增加越快
A0
1 x
k 0.5 L / (mol min)
A
3-8 在间歇反应器中进行二级反应 A P ，反应速率为 (-rA )=0.01c2Amol / s
当 c A0 分别为1，5，10 mol/L时，求反应到 cA=0.01 mol/L时，
所需反应时间。并对计算结果进行讨论。
kt 1 1 cA cA0
xA )(cB0
cA0xA)
kc
2 A0
(1
x
A
)(
cB0 cA0
xA)
kcA20 (1
xA )(
xA)
当
1时t cA0
xA
dx
0 kcA20 (1 xA )2
1 kcA0
xA (1 xA)
百度文库
txA0.5 5.31h, txA0.9 47.7h，txA0.99 524.4h
当 1时t cA0
1 kt ln
1 x A
E
k k exp( a )
0
RT
等温时，k 一定
t 2
ln 1
1 x A2
ln
1
1 99.9%
10
t 1
ln 1
ln 1
1 x
1 50%
A1
3-3 n=1/2，10 min后xA=0.75, 30 min后转化率xA=?
CAn01kt
1 n 1
(1
x )n1 A
若要xA=75%，需增加多长时间？
x
c kt A
A0
1 x
A
c kt A0 1
x A1
c kt 1 x
A0 2
A1
x A2
1 x A2
t1 1 t2 3
t2 15min
t t2 t1 10min
3-2 n=1，等温，证明xA=99.9%时所需反应时间是xA=50%
时所需反应时间的10倍
1
1
t 30 1 (1 x )2
2 t 10
A2
1
1
1 (1 0.75)2
1
1
C
2 A0
kt
2
1
(1
x )2 A
xA2无解
假设xA=1时，时间为t3
1
1
t 1 (1 x )2 1 (11)2
3 t
A3 1
1
1 1 (1 x )2 1 (1 0.75)2
A1
t 20 min 3
30 min后反应物A完全转化，xA=100%
ln k2 Ea ( 1 1 ) k1 R T1 T 2
（1）T T 2 T1 8.4oC
T2
1
1 R
ln k 2
T 1 Ea k1
（2）T T 2 T1 12.7o C
若使反应速率提高一倍，活化能愈大，所需提高的温度愈小
2-6 反应温度上升10℃，反应速率加倍，Ea与T之间的关系？ 当T1(K)=300、400、600、800和1000K时，求Ea
3-12 在间歇釜式反应器中进行液相反应 A B P ，测得二级 反应速率常数：61.5102 L / (molgh) , cA0 0.307mol / L，计算当 cB0 / cA0 1和5时，转化率分别为0.5，0.9，0.99时所需的反 应时间，并对计算结果进行讨论。
rA
kcAcB
kcA0 (1
3-4 间歇反应器，cA0=1mol/L，t=8min后，xA=0.8；
t=18min后，xA=0.9，求该反应的动力学关系？
cAn01kt
1 n 1
(1
x )1n A
1
t (1 x )1n 1
2
A2
t (1 x )1n 1
1
A1
18 8
(1 (1
0.9)1n 0.8)1n
1 1
n=2
x
c kt A
第1章 绪论
1-5 2HCHO C2H2 C4H6O2 ，原料分离回收循环操作，
甲醛初始浓度10%（质量比），出反应器1.6%，丁炔二醇
初浓度0，出口浓度7.65%，求 xA, ,,
xA
nA0 nA nA0
10% 1.6% 10%
0.84
(nP nP0 ) / p (7.65% 0) / (1* MC4H6O2 ) 0.635
rA
反应转化量 反应时间 反应区
=kCAn
ktcAn01
1 n 1
(1
xA)1n
1
ln k2 Ea ( 1 1 ) k1 R T1 T 2 Ea 67.55 kJ / mol
k2 t1 k1 t2
2-5 C2H4二聚反应：(1) T=200℃，Ea=156.9 kJ/mol； C2H6二聚反应：(2) T=200℃，Ea=104.6 kJ/mol。为使反应 速率加倍，要提高多少温度？
t1 9900s
t5 9980s
t10 9990s
对于二级反应，若1/CA>>1/CA0
，
kt
1 cA
反应时间t与反应物初始浓度无关。
3-10
生物化工中胰蛋白原转化成胰蛋白酶时，
dcA dt
kcAcS
在间歇反应实验中测得不同温度下反应速率于某时刻 tMAX
达到最大值
CT 0kt
(CA0
CP0 )kt
ln k2 E ( 1 1 ) k1 R T1 T 2
T（K）
300
ln 2 Ea ( 1 1 ) R T T 10
Ea 0.5763T (T 10)
400
600
800
1000
Ea（kJ/mol） 53.59 94.51 210.92 373.43 582.05
第3章 理想间歇反应器
3-1 间歇反应器，n=2，t1=5min时，转化率xA=50%;
(nA0 nA) / a (10% 1.6) / (2* M HCHO )
xA 0.534 循环操作 0.635
n m w* mtotal MM
第2章 化学反应动力学
2-4 间歇反应器：CA0和xA相同（T1=20℃时，反应时间t1=8d；
T2=120 ℃时，反应时间t2=10min），试估算 Ea