化学反应工程第五章习题课
化学反应工程第八次课
第6章 固定床反应器
6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 概述 固定床中的传递过程 拟均相一维模型 拟均相均二维模型 滴流床反应器
6.1
概述
固定床反应器：流体通过固体物料所形成的床层，并进行反 应的装置； 固定床反应器中最主要的是：气－固相催化反应器（固定床 催化反应器）； 优点： a、催化剂不易摩损，而且可以长期使用； b、床内的流体流动接近于平推流； （同等生产能力下，催化剂用量少，反应器体积小） c、停留时间可以控制，温度分布可以调节。 缺点： a、传热性能较差； （传热和控温是固定床反应器的技术难点和关键） b、更换催化剂时必须停产；
催化剂颗粒的孔隙率计算式： Vg 孔隙体积 P Vg P 总体积 1 P e、孔容分布 催化反应的效率不仅取决于空隙空间的体积Vg，而且 还与空隙体积在催化剂中的分布即孔容分布有关。测定孔容分布的 方法有两种，氦－压汞法和氮－解吸法。 3、气－固相催化反应本征动力学是研究没有扩散过程影响的动力学。 a、兰缪尔( Langmuir )吸附模型的基本假设： A、催化剂表面分布均匀；B、吸附活化能和脱附活化能为常数； B、活性中心单层吸附； b、反应本征动力学 A、由兰缪尔( Langmuir )吸附模型可得双曲型本征动力学方程。 (-rA ) (动力学项) （推动力项） (吸附项)n B、被吸附分子间无相互作用力。
3
习题
1、工业催化剂所必备的三个主要条件是：____、___、___。 2、气体在固体表面上的吸附中，物理吸附是靠____结合，化学 吸附是靠_____结合的。 3、物理吸附是_____层吸附，化学吸附是_____层吸附。 4、在气－固相催化反应中，以单位催化剂重量为基准的反应速 率定义式______。 5、测定本征动力学前，必须排除_____和_____的影响。 6、西勒模数反映了______和______之比，而且，比值越大， 内扩散阻力越_____。 7、催化剂的有效系数＝_______________________。 8、气－固相催化反应的模型有：_____、_____、_____。 9、Langmuir吸附模型的假设：___________。
化学反应工程课后习题解答全解PPT教案
pA 0.0586t3 3.3119t2 82.305t 996.12
（3）对回归方程求导，得到微分方程
dpA 0.1758t2 6.6238t 82.305 dt
（4）由微分方程求各点的斜率，如下表
第78页/共94页
时间 0.0 2.5 5.0 10.0 15.0 20.0
/min
总压 1000 1400 1666 2106 2386 2586
/Pa
.5 .5 .4 .4
pA 1000 800 666. 446. 306. 206.
-（dp4A/）dt 对r8A 2.3ddptA66~.8pA
75 53.5
分7别5取自然8 对数，8 得到数据如下 33.6 22.5 20.1
pA 10500 84040 68616. 44476. 30036. 24096.
/min
总压 1000 1400 1666 2106 2386 2586
/Pa
【解】
（1）参照例2-.57将系.统5 总压.力4 转化.4为A
组分分压数
pA
pA0
P0 A
P
其中
A
31 2 1
pA
pA0
pA0 2
P
1.5 pA0
P 2
1500
0.5P
由此式可得到 A 组分分压随时间的变化数据见下表
因产物P的选择率为
S rP 2cA 2 0.6667 66.67% rP 2rR 3cA 3
所以产物P的收率为
YA S xA 0.66670.8571 0.5714 57.14%
第167页/共94页
3-9 A P T 555K, P 0.3MPa,
yA0 0.30, y惰0 0.65, FA0 6.3mol/ s,
《化学反应工程》(第四版)课后习题答案详解
（3）两个CSTR串联
VR C A0 x A1 C A0 ( x A2 x A1 ) 根据 V0 rA1 rA2
m 1 m2
C A0 x A1 C A0 ( x A2 x A1 ) kCA0 (1 x A1 )C A0 x A1 kCA0 (1 x A2 )C A0 x A2 1 ( x A2 x A1 ) ; (1 x A1 ) (1 x A2 ) x A2
x A1
0
xA2 dxA dxA 4.35 2 2 x A1 (1 x ) (1 x A1 ) A1
1 1 1 1 4.35 1 x A1 1 x A2 1 x A1 1 1 4.35; 1 x A1 1 5.35 4.35; 1 x A2 1 5.35; x A1 0.81; 1 x A1
1 1 8.314 0.7 1 ln[ / ln ] 423 T2 83.681000 1 0.7 1 0.6 1 1 8.314 0.9347 ; 423 T2 83.681000
T2 441K
习题3-5解答
C A0
1 C B 0 2.0 1.0mol / L 2 CP 0 CR 0 0; xAf CB 0 xBf 1.0 0.8 0.533 xBf 0.8; ; C A0 1.5 CA 1.5 (1 0.533) 0.7; CP CR CB0 xBf 1.0 0.8 0.8;
1 5 0.99 t2 ln 5.81(h) 4 0.615 0.307 5 (1 0.99)
分析：等当量配料，随转化率提高，反应时间迅速增长； 若采用过量组分配料，随转化率提高，反应时间增长放慢。
化学反应工程第二版课后习题
《化学反应工程》第二版习题0 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3 若将反应速率写成tcrddAA有什么条件 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。
1A2B??C AC?? D2A2B??C BC??D CD→E 32A2B??C AC??D 6 气相基元反应A2B→2P在30℃和常压下的反应速率常数kc2.65×104m6kmol-2s-1。
现以气相分压来表示速率方程即??rAkPpApB2求kP假定气体为理想气体7 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。
8 反应Ag Bl→Cl气相反应物A被B的水溶液吸收吸收后A与B生成C。
反应动力学方程为??rAkcAcB。
由于反应物B在水中的浓度远大《化学反应工程》第二版习题1 于A在反应过程中可视为不变而反应物A溶解于水的速率极快以至于A在水中的浓度恒为其饱和溶解度。
试求此反应器中液相体积为5m3时C的生成量。
已知k1m3kmol-1hr-1cB03kmol·m-3cA饱和0.02 kmol·m-3水溶液流量为10m3hr-1。
9 反应O2HN2NO2H222在恒容下用等摩尔H2NO进行实验测得以下数据总压/MPa 0.0272 0.0326 0.0381 0.0435 0.0543 半衰期/s 265 186 135 104 67 求此反应的级数。
10 考虑反应3PA其动力学方程为VnktnVrAAAdd1试推导在恒容下以总压表示的动力学方程。
11 A和B在水溶液中进行反应在25℃下测得下列数据试确定该反应反应级数和反应速度常数。
《化学反应工程》教材课后习题答案 李绍芬 天津大学
其中 xi=yiMi/∑yiMi。进料的平均摩尔质量 Mm=∑yiMi=10.42kg/kmol。 经冷凝分离后的气体组成（亦即放空气体的组成）如下：
组分 摩尔质量 摩尔分率 yi CO H2 CO2 CH4 N2 总计 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 对整个系统就所有物料作衡算得： 100×10.42=B+9.554A 联立（A） 、 （B）两个方程，解之得 A=26.91kmol/h 反应后产物中 CO 摩尔流量为 FCO=0.1549A+9.38B/(28×1000) 将求得的 A、B 值代入得 FCO=4.431 kmol/h 故 CO 的全程转化率为 B=785.2kg/h (B) (A) 28 2 44 16 28 15.49 69.78 0.82 3.62 10.29 100
dX A dX A C A0 dVR 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 α。 VR/Q0min 0.12 0.148 0.20 0.26 0.34 0.45 XA% 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0
FCO,0 FCO 26.82 4.435 16.18% FCO,0 138.4
产物粗甲醇所溶解的 CO2、CO、H2、CH4 和 N2 总量 D 为
D
(9.82 9.38 1.76 2.14 5.38)B 0.02848Bkmol / h 1000
化学反应工程第五章习题课
第五章 习题课1. 异丙苯在催化剂上脱烷基生成苯，如催化剂为球形，密度为ρP =·m -3，空隙率εP =，比表面积为S g =350m 2g -1，求在500℃和，异丙苯在微孔中的有效扩散系数，设催化剂的曲折因子τ=3，异丙苯苯的分子扩散系数D AB =。
解1233P e 1233K AB 12370K 93P g P V g0s cm 10145.1310608.652.0s cm 10608.610902.61155.011111s cm 10902.612015.27350010606.548504850m 10606.510601035052.0444----------⨯=⨯⨯==⨯=⨯+=+=⨯=+⨯⨯==⨯=⨯⨯⨯===τερεD D D D D M T d D S S V d 2. 在30℃和下，二氧化碳向镍铝催化剂中的氢进行扩散，已知该催化剂的孔容为V P =，比表面积S P =150m 2g -1，曲折因子τ=，颗粒密度ρS =·cm -3，氢的摩尔扩散体积V B =，二氧化碳的摩尔扩散体积V A = cm 3mol -1，试求二氧化碳的有效扩散系数。
解()1223/13/15.05.1231B 31A 5.0B A 5.1AB 13B 113A 1A s cm 6798.007.79.263.1012144115.303436.011436.0mol cm 07.7,kmol kg 2mol cm 9.26,kmol kg 44-----=+⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+==⋅==⋅=V V p M M T D V M V M B 121270740s cm 0120.00122.016978.011s cm 0122.04415.303106.948504850cm 106.91015036.044----=+==⨯⨯===⨯=⨯⨯==D M T d D S V d K g g12P e S g P s cm 00155.09.3012.0504.0504.04.136.0-=⨯===⨯==τερεD D V 3. 在硅铝催化剂球上，粗柴油催化裂解反应可认为是一级反应，在630℃时，该反应的速率常数为k =，有效扩散系数为D e =。
《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
(2021年整理)《化学反应工程》第五版(朱炳辰)课后习题答案
《化学反应工程》第五版(朱炳辰)课后习题答案编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（《化学反应工程》第五版(朱炳辰)课后习题答案）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。
本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为《化学反应工程》第五版(朱炳辰)课后习题答案的全部内容。
第一章1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应:3222CH OH O 2HCHO 2H O +→+ 32222CH OH 3O 2CO 4H O +→+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：0.629Y S 0.961196.11%X 0.720====（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),当进设甲醇的转化率为A P ）式可得反应器出口甲醇、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 mol n 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 mol1.1.2工业上采用铜锌铝催化剂由一氧化碳和氢合成甲醇，其主副反应如下:23CO2H CH OH+⇔23222CO4H(CH)O H O+⇔+242CO3H CH H O+⇔+24924CO8H C H OH3H O+⇔+222CO H O CO H+⇔+由于化学平衡的限制,反应过程中一氧化碳不可能全部转化成甲醇，为了提高原料的利用率，生产上采用循环操作，即将反应后的气体冷却，可凝组份变为液体即为粗甲醇，不凝组份如氢气及一氧化碳等部分放空，大部分经循环压缩机后与原料气混Bkg/h Akmol/h100kmol 放空气体原料气和冷凝分离后的气体组成如下：（mol ） 组分原料气冷凝分离后的气体 CO 26.82 15。
第5章 习题课 (1)
解：HA被中和至50%时，pH = pKa ，即pKa =5.00
计量点时，为一元弱碱溶液 [OH ] cNaAKb
cNaA
[OH ]2
Kb
KaKw [H ]2
105.0 1014.0 (109.0 )2
0.1000mol L1
设加入NaOH溶液V ，则计量点时
2
6. 酸碱滴定曲线和指示剂的选择 强酸(碱)滴定、一元弱酸(碱)滴定过程中pH计算, 重点是化学计量点及±0.1%时的pH计算。掌握滴 定突跃与浓度、Ka(Kb)的关系，一元弱酸碱能被 准确滴定的条件；正确选择指示剂；掌握多元酸、 混合酸、多元碱溶液分步滴定或全部滴定的条件 及指示剂的选择。
7. 终点误差的计算 8. 酸碱滴定法的应用
2、已知某酸的浓度为0.1mol·L-1，而其酸度大于 0.1mol·L-1，则这种酸为 （A）
A. H2SO4 B. HNO3 C. HCl D. H3PO4 3、已知某酸的浓度与其酸度均为0.1mol·L-1，
则这种酸为 （C）
A. H2SO4 B. HAc C. HCl D. HF
25
质子条件部分
潍坊学院化学化工与环境工程学院
李丽敏
1
第5章 小 结
1. 酸碱反应的基本概念，Ka和Kb的关系 2. 酸度对弱酸(碱)形态分布的影响(一元, 多元), 分布分数计算, 各种形态浓度的计算; 3. 质子条件的书写；酸碱溶液的[H+]计算: 一元 (多元)酸碱, 两性物质, 共轭酸碱体系。 4. 酸碱缓冲溶液: 缓冲容量和缓冲范围, 会选择 缓冲溶液并配制需要的缓冲溶液(定量计算)。 5. 酸碱指示剂: 了解作用原理, 影响因素, 掌握常 用指示剂(MO, MR, PP)的变色区间和变色点。
《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。
《化学反应工程》(第四版)课后习题答案详解
1 5 0.99 t2 ln 5.81(h) 4 0.615 0.307 5 (1 0.99)
分析：等当量配料，随转化率提高，反应时间迅速增长； 若采用过量组分配料，随转化率提高，反应时间增长放慢。
习题3-2解答
已知：A B C D;
k 5.6L /(min mol);
3
（3）两个CSTR串联
VR C A0 x A1 C A0 ( x A2 x A1 ) 根据 V0 rA1 rA2
m 1 m2
C A0 x A1 C A0 ( x A2 x A1 ) kCA0 (1 x A1 )C A0 x A1 kCA0 (1 x A2 )C A0 x A2 1 ( x A2 x A1 ) ; (1 x A1 ) (1 x A2 ) x A2
1 1 8.314 0.7 1 ln[ / ln ] 423 T2 83.681000 1 0.7 1 0.6 1 1 8.314 0.9347 ; 423 T2 83.681000
T2 441K
习题3-5解答
C A0
1 C B 0 2.0 1.0mol / L 2 CP 0 CR 0 0; xAf CB 0 xBf 1.0 0.8 0.533 xBf 0.8; ; C A0 1.5 CA 1.5 (1 0.533) 0.7; CP CR CB0 xBf 1.0 0.8 0.8;
CB 1 (1 0.8) 0.2;
1 3.0 1.5mol / L; 2
VR C A0 x Af V VR (8C ACB 1.7CPCR ) ; 0 C A0 x Af V0 (rA ) f
大连理工大学反应工程2-5章习题课-1
������
2.2 在管式反应器中进行下述气相反应： 2 A + B ─→ C + D 假定A和B按化学计量比混合，惰性气体的体积流量为原料总流量的50%。已知：反 应器入口压力为2 atm，温度为400K，出口压力为2 atm ，温度500 K。求转化率为 80%时各组分的浓度。 【解】 a = 2, b =1, c =1, d =1 选取A为关键组分，B = 0.5, C = 0, D = 0 因原料气中惰性气体占50%， I = 3/2 = 1.5，yA0 = 2/(2+1+3) = 1/3 A = (-2-1+1+1)/2 = -0.5 A = yA0A = 1/3(-0.5) = -0.167 ������������0 1/3 = = 0.385 1 + ������������ ������������ 1 − 0.167 × 0.8 ������������ = ������������ = ������������ =
������������0 (1−������������ ) 1+������������ ������������ ������������0 [������������ − ������������0 [������������ +
������ ������
=
0.25(1−������������ ) 0.25−0.25������������ = 1−0.125������������ 1−0.125������������
������
113.04−113.04������������ 3 mol/m 1−0.125������������ ������������ ������������ 72.34−56.52������ ������������ = ������������ = 4423.05 = 1−0.125������ ������ mol/m3 ������ ������������ ������������ 113.04������������ ������������ = ������������ = 4423.05 = 1−0.125������ mol/m3 ������ ������������ ������������ 266.78 ������������ = ������������ = 4423.05=1−0.125������ mol/m3 ������
(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。
化学反应工程课后习题
当 1时t cA0
xA
0
xA dx 1 2 2 kcA kcA0 (1 xA ) 0 (1 x A ) ( xA ) dxA 1 ln kc 2 A0 (1 xA )( xA ) kcA0 ( 1) (1 xA )
18 (1 0.9)1n 1 8 (1 0.8)1n 1
n=2
xA cA 0 kt 1 xA
k 0.5 L / (mol min)
3-8 在间歇反应器中进行二级反应
AP
，反应速率为
(-rA )=0.01c2 A mol / s
所需反应时间。并对计算结果进行讨论。
1 2 C kt 2 1 (1 xA ) 1 2 A0
t2 30 1 (1 xA 2 ) 1 t1 10 1 (1 0.75) 2
假设xA=1时，时间为t3
1 2 1 2
1 2
xA2无解
t3 1 (1 xA3 ) 1 (1 1) 1 1 t1 1 (1 xA1 ) 2 1 (1 0.75) 2
xA 0.534
循环操作 0.635
m w * mtotal n M M
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
反应转化量 rA =kCAn 反应时间 反应区
xAe k1 0.2 K xAe 0.286 k2 1 xAe 0.5
若要使xA=0.9，可以降温或者移除产物。
K1 H 1 1 ln ( ) K2 R T1 T2
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》(朱炳辰)课后习题答案
rA
=
0.8C
1A.5C
0.5 B
mol
/l
⋅ min
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
rA
=
0.8C
A1.5C
0.5 B
成反应速率式为：
r = k1 pN2
p1.5 H2
p
NH
− 3��
k
2
pNH 3
p1.5 H2
kmol
/
m
3
⋅
h
逆 反 应 的 活 化 能 E = 17.58 × 104 J / mol 。 450 ℃ 时
k2
=
2277m 3 ( MPa )0.5
/
m3
⋅
h ，且 k1
/
k2
=
K
2 P
，490℃时，Kp
α
=
0.65 − 0.04 0.34
=
1.79
故 CO 的转化速率为
C A0
=
PA0 RT
=
0.1013 × 0.03 8.314 × 10−3 × 573
= 6.38 × 10−4 mol / l
rA
=
C
A0
dX A d (VR / Q0
)
=
6.38
× 10−4
×
1.79
=
1.14
Hale Waihona Puke ×10−3 mol
故 CO 的全程转化率为
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第五章 习题课
1. 异丙苯在催化剂上脱烷基生成苯，如催化剂为球形，密度为ρP =·m -3
，空隙率εP =，比
表面积为S g =350m 2g -1
，求在500℃和，异丙苯在微孔中的有效扩散系数，设催化剂的曲折因子τ=3，异丙苯−苯的分子扩散系数D AB =。
解
1
233
P e 1
233K AB 12370
K 93
P g P V
g 0s cm 10145.13
10608.652.0s cm 10608.610902.61155.011
111s cm 10902.612015.27350010606.548504850m 10606.51060
1035052
.0444
----------⨯=⨯⨯==⨯=⨯+
=+=⨯=+⨯⨯==⨯=⨯⨯⨯==
=τερεD D D D D M T d D S S V d 2. 在30℃和下，二氧化碳向镍铝催化剂中的氢进行扩散，已知该催化剂的孔容为V P =，比
表面积S P =150m 2g -1，曲折因子τ=，颗粒密度ρS =·cm -3
，氢的摩尔扩散体积V B =，二氧
化碳的摩尔扩散体积V A = cm 3mol -1
，试求二氧化碳的有效扩散系数。
解
()
1
22
3
/13/15
.05
.1231
B 31A 5
.0B A 5
.1AB 13B 113A 1A s cm 6798.007.79.263.1012144115.303436
.011436.0mol cm 07.7,kmol kg 2mol cm 9.26,kmol kg 44-----=+⎪
⎭⎫
⎝⎛+=⎪⎭
⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫
⎝⎛+==⋅==⋅=V V p M M T D V M V M B 1
2127074
0s cm 0120.00122
.01
6978.011
s cm 0122.044
15.303106.948504850cm 106.910
15036
.044
----=+
=
=⨯⨯===⨯=⨯⨯=
=D M T d D S V d K g
g 1
2P e S g P s
cm 00155.09
.3012.0504.0504
.04.136.0-=⨯===⨯==τερεD
D V 3. 在硅铝催化剂球上，粗柴油催化裂解反应可认为是一级反应，在630℃时，该反应的速
率常数为k =，有效扩散系数为D e =。
，试求颗粒直径为3mm 和1mm 时的催化剂的效率因子。
解
461.10182.701.6305.03
383.40182.701.6315.034
114e 33S =⨯==
=⨯==--e S D k R D k R ϕϕ
5373.0383.4101249.008.8001249.008.80461.11461.131
461.1131)3(112282.0383
.41
1
461.13461.13461.13461.131S 1S S11S3
3=⎪
⎭⎫
⎝⎛--+=
⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯--+=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛-=
==
=⨯-⨯⨯-⨯e e e e th ϕϕϕηϕη 4. 常压下正丁烷在镍铝催化剂上进行脱氢反应。
已知该反应为一级不可逆反应。
在500℃
时，反应的速率常数为k =，若采用直径为的球形催化剂，其平均孔径d 0=，孔容为，空隙率为，曲折因子等于。
试计算催化剂的效率因子。
解
1
2P K e 1
260
K 1P V 3
g
P
P s cm 003506.02
36.001948.0s cm 01948.058
15.773101.14850M 4850s 9673.0029.194.0cm g 029.135
.036
.0-----=⨯===⨯⨯⨯=⨯==⨯==⋅==
=
τερερD D T d D k k V 7052.06577.210701.02634.140701.02634.148859.018859.0318859.018859.0003506
.09673.0316.03
8859.038859.038859.038859.03e V S =⎪
⎭⎫
⎝⎛--+=
⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯--+====
⨯-⨯⨯-⨯e e e e D k R ηϕ 5. 某一级不可逆催化反应在球形催化剂上进行，已知D e =10-3
cm 2s -1
，反应速率常数k =，若
要消除内扩散影响，试估算球形催化剂的最大直径。
解
cm
18.009
.0101.033.03
3.0,3
e
V S S <<>
=
<-D R R D k R ϕϕ要求消除内扩散影响
6. 某催化反应在500℃条件下进行，已知反应速率为：
−r A = mol ·s -1g cat -1
式中p A 的单位为kPa ，颗粒为圆柱形，高直径为55mm ，颗粒密度ρP =·cm -3
，粒子表面分压为，粒子内A 组分的有效扩散系数为D e =，试计算催化剂的效率因子。
解
()()(
)()
()()201
.097
.411
97
.484.1525.1025.0001576.026.12555π5π5.2m kmol 001576.015.773314.8133
.10m s kmol 6.125m kJ s kmol
m kJ 6.125m kJ s kmol kPa 6.125m kg K
K kmol kJ g s mol kPa
800
15.773314.8108.3s m mol m kmol :kPa
s mol kPa : of unit The kPa
:g s mol 108.3S 2AS e V S S S 3AS AS 3
11V 3
211
2
3-32112V 32
111
cat 12
2
9V 1
31-2
A V A 3
-A A A 1
cat
12A 1
cat
12
A
9A =====⨯⨯⨯⨯⨯⨯='=⋅=⨯==
=⋅⋅=⋅=⋅⋅⋅⨯⨯⨯⨯=⋅=-⋅=⋅⋅⨯=--------------------------ϕηϕc f D k S V RT p c k k k c k r c RT
c p g k p p r
7. 某相对分子质量为225的油品在硅铝催化剂上裂解，反应温度为630℃、压力为，催化
剂为球形，直径，密度·cm -3，比表面积为338m 2g -1，空隙率εP =，导热系数为·s -1cm -1K -1
；
测得实际反应速率常数k V =；反应物在催化剂外表面处的浓度c AS =·cm -3
；反应热
ΔH =·mol -1；活化能E =·mol -1
；扩散过程属于克努森扩散，曲折因子为τ=3，试求催化剂的效率因子和颗粒内最大温差。
解
1
270
K 7
4
g P P g
g 0s cm 005230.0255
9031073.548504850cm 10730.51033895.046.044
4
---=⨯⨯⨯=⨯=⨯=⨯⨯⨯===M T d D S S V d ρε
K
812.4106.310
35.1106.11002.8)(s cm 1002.83
46.000523.04
5
54e
R e max 124P K
e AS
-=⨯⨯⨯⨯⨯⨯-=
∆-=
=∆⨯=⨯==-----λβτεc H D T T D D S 温差不大,按
等温计算有效因子
3346.0818.71000402.024********.02485606.21606.231606.21606.21002.833.63176.05.03
606.23606.23606.23606.234
e V S =⎪
⎭⎫
⎝⎛--+=
⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯--+==⨯⨯==
⨯-⨯⨯-⨯-e e e e D k R ηϕ
8. 实验室中欲测取某气固相催化反应动力学，该动力学方程包括本征动力学与宏观动力
学方程，试问如何进行
答：第一步必须确定消除内、外扩散的颗粒粒度及气流速度和装置；第二步测定本征动力学；第三步在循环反应器中测定原颗粒的宏观动力学。
9. 什么是宏观反应速率的定义式什么是宏观反应速率的计算式两者有何异同 答：定义式()()⎰⎰-=
-S S
S
S
A A
d d V V V
V r R 计算式 −R A =η (−r AS )
两者都反映了宏观反应速率与本征反应速率之间的关系。
颗粒内实际反应速率受颗粒内浓度、温度分布影响，用定义式是难于计算的。
计算式将过程概括为颗粒表面反应速率与效率因子的关系，而效率因子通过颗粒内扩散及浓度、温度分布的规律是可以计算的，从而得到总体颗粒的宏观速率。