化学反应工程陈甘棠答案

化学反应工程陈甘棠答案

【篇一：反应工程第五章习题答案】

xt>5.1乙炔与氯化氢在hgcl2-活性炭催化剂上合成氯乙烯的反应

c2h2?hcl?c2h3cl (a)(b) (c)

其动力学方程式可有如下种种形式：

(1) r??(papb?pc/k)/(1?kapa?kbpb?kcpc) (2)

r??kakbpapb/(1?kbpb?kcpc)(1?kapa) (3)

r??kapapb/(1?kapa?kbpb)

(4) r??kbpapb/(1?kbpb?kcpc)

2

试说明各式所代表的反应机理和控制步骤。

解：（1） a???a?

b???b?

a??b??c??? （控制步骤） c??c??

（2） a??1?a?1

b??2?b?2

a?1?b?2?c?2??1（控制步骤） c?1?c??1

（3）a???a?

b???b?

a??b?c?? （控制步骤）

（4） b???b?

a?b??c? （控制步骤） c??c??

5.2 在pd-al2o3催化剂上用乙烯合成醋酸乙烯的反应为

c2h4?ch3cooh?

12

实验测得的初速率数据如下[功刀等，化工志，71，2007（1968）.] 115℃, pacoh?200mmhg，po?92mmhg。

2

pc2h4(mmhg)

r0?10(mol/hr?g催化剂)

5

70 100 195 247 315 465

3.9

4.4 6.0 6.6 7.25

5.4

注：1mmhg=133.322pa

如反应机理设想为

acoh???acoh?c2h4???c2h4?

acoh?c2h4?hc2h4oac???

o2?2??2o?

hc2h4oac??o??c2h3oac??h2o? (控制步

骤)c2h3oac??c2h3oac??h2o? ?h2o+?

试写出反应速率并检验上述部分数据能与之符合否。解：c2h4?ch3cooh?

12

o2?ch2cooc2h3?h2o

（a）（b）（c）（e）（f） ?a?kapa?v

?b?kbpb?

v?c?v

?f?

kfpf?v ?d?ks1kakbpapb?v ?e?kep?ev

?v?

?k2?k3pa

r?ks2?d?c?

?

k1pa

(k2?k3pa)

2

r0??

pa

(k2?k3pa)

2

pc2h4(mmhg)

70 100 195 247 315 465

r0?10(mol/hr?g催化剂)

5

3.9

4.4 6.0 6.6 7.25

5.4

1.34

10

?3

1.51 1.80 1.93

2.08 2.93

pa作图，基本上为一直线。

∴上述数据与反应速度式基本符合。 5.3

?r?s，其动力学方程式为某反应a??

?ra?kka(pa?prps/k)/(1?kapa?krpr)

试导出平推流式的等温积分反应管中转化率xa与w/fao的关系式。解：设总压不变且pa0?p0?p(pr0?ps0?0)?a?

2?11

?1

pa?

pa0(1?xa)1??aya0xa

?

(1?xa)(1?xa)

pa0?

(1?xa)(1?xa)

pa

同理： pr?ps?

xa1?xa

p

将各p值代人题中给出的动力学方程式，并简化得：

?ra?(1?ax)/(bx?cx?d)

2

2

2

式中： a?1?

2

pk

b?(

1p

?kr?ka)/kka

c?(

2p

?kr)/kka d?(

1p

?ka)/kkax?xa

并设?ra是以单位床层体积为基准的，反应管中堆积密度为pb（不应存在密度项）。

wfa0?b

?b?

xf0

x

22

1?ax

dx?c?2 xf0

x1?ax 2

?d?2 xf0

d1?ax 2

2

?

?

?2a

2a

b

xf0

x1?ax dx? ?

?2a

c2a

2

b

xf0

x1?ax ?c?

2

xf0

x1?ax 2

dx?2 d

?2

xf0

11?ax ?

d

?2

xf0

11?ax b?d

1?axf1?axf

ln(1?axf)?bxf

2

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：

h2:?/k?59.7c6h6:?/k?412.3

??2.827?10??5.349

?10

m

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：

12

12

?ab?

(?

a

??b)?

1/2

(2.827?5.349)?4.088

1/2

?ab?(?a?b)

?k(59.7?412.3)?157.0k

故： kt/?ab?473/157.0?30.1

由表5.3-3查得： ?ab?0.9483

代入（5.3-61）式：dh

2

?c6h6

?0.001858(473)

3/2

0.86022.01678.11

?cm/s 2

pp(4.088)(0.9483)

(

1

?

1