第二版化學反應(yīng)工程課后習題答案

1、第一章習題1 化學反應(yīng)式與化學計量方程有何異同?化學反應(yīng)式中計量系數(shù)與化學計量方程中的計量系數(shù)有何關(guān)系?答：化學反應(yīng)式中計量系數(shù)恒為正值，化學計量方程中反應(yīng)物的計量系數(shù)與化學反應(yīng)式中數(shù)值相同，符號相反，對于產(chǎn)物二者相同。2 何謂基元反應(yīng)?基元反應(yīng)的動力學方程中活化能與反應(yīng)級數(shù)的含義是什么?何謂非基元反應(yīng)?非基元反應(yīng)的動力學方程中活化能與反應(yīng)級數(shù)含義是什么?答：如果反應(yīng)物嚴格按照化學反應(yīng)式一步直接轉(zhuǎn)化生成產(chǎn)物，該反應(yīng)是基元反應(yīng)?；磻?yīng)符合質(zhì)量作用定律?；磻?yīng)的活化能指1摩爾活化分子的平均能量比普通分子的平均能量的高出值?；磻?yīng)的反應(yīng)級數(shù)是該反應(yīng)的反應(yīng)分子數(shù)。一切不符合質(zhì)量作用定律的反應(yīng)都是

2、非基元反應(yīng)。非基元反應(yīng)的活化能沒有明確的物理意義，僅決定了反應(yīng)速率對溫度的敏感程度。非基元反應(yīng)的反應(yīng)級數(shù)是經(jīng)驗數(shù)值，決定了反應(yīng)速率對反應(yīng)物濃度的敏感程度。3 若將反應(yīng)速率寫成，有什么條件?答：化學反應(yīng)的進行不引起物系體積的變化，即恒容。4 為什么均相液相反應(yīng)過程的動力學方程實驗測定采用間歇反應(yīng)器?答：在間歇反應(yīng)器中可以直接得到反應(yīng)時間和反應(yīng)程度的關(guān)系，而這種關(guān)系僅是動力學方程的直接積分，與反應(yīng)器大小和投料量無關(guān)。5 現(xiàn)有如下基元反應(yīng)過程，請寫出各組分生成速率與濃度之間關(guān)系。 (1)A+2BCA+C D (2)A+2BCB+CDC+DE (3)2A+2BCA+CD解(1) (2) (3) 6 氣

3、相基元反應(yīng)A+2B2P在30和常壓下的反應(yīng)速率常數(shù)kc=2.65×104m6kmol-2s-1。現(xiàn)以氣相分壓來表示速率方程，即(rA)=kPpApB2，求kP=?（假定氣體為理想氣體）解7 有一反應(yīng)在間歇反應(yīng)器中進行，經(jīng)過8min后，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化掉80，經(jīng)過18min后，轉(zhuǎn)化掉90，求表達此反應(yīng)的動力學方程式。解8 反應(yīng)A(g) +B(l)C(l)氣相反應(yīng)物A被B的水溶液吸收，吸收后A與B生成C。反應(yīng)動力學方程為：rA=kcAcB。由于反應(yīng)物B在水中的濃度遠大于A，在反應(yīng)過程中可視為不變，而反應(yīng)物A溶解于水的速率極快，以至于A在水中的濃度恒為其飽和溶解度。試求此反應(yīng)器中液相體積為5m3

4、時C的生成量。已知k=1m3kmol-1hr-1，cB0=3kmol·m-3，cA飽和=0.02 kmol·m-3，水溶液流量為10m3hr-1。解9 反應(yīng)，在恒容下用等摩爾H2，NO進行實驗，測得以下數(shù)據(jù)總壓/MPa0.02720.03260.03810.04350.0543半衰期/s26518613510467求此反應(yīng)的級數(shù)。解Y = A + B * XParameterValueErrorA1.602170.01399B-1.99460.0083410 考慮反應(yīng)，其動力學方程為試推導(dǎo)在恒容下以總壓表示的動力學方程。解11 A和B在水溶液中進行反應(yīng)，在25下測得下列數(shù)據(jù)

5、，試確定該反應(yīng)反應(yīng)級數(shù)和反應(yīng)速度常數(shù)。時間/s116.8319.8490.2913.81188cA/kmol·m-399.090.683.070.665.342.4cB/kmol·m-356.648.240.628.222.90解由cA-cB=42.4可知反應(yīng)應(yīng)按下列方式A+B產(chǎn)物進行設(shè)為二級反應(yīng)積分得：以對t作圖若為直線，則假設(shè)正確。由cA0-cB0=42.4整理得數(shù)據(jù)如下：t116.8319.8490.2913.811880.01320.01490.01690.02160.0247線性回歸：Y = A + B * XParameterValueErrorA0.01166

6、1.84643E-4B1.08978E-52.55927E-712 丁烷在700，總壓為0.3MPa的條件下熱分解反應(yīng)：C4H102C2H4+H2(A) (R) (S)起始時丁烷為116kg，當轉(zhuǎn)化率為50%時，求此時。解13 某二級液相不可逆反應(yīng)在初始濃度為5kmol·m-3時，反應(yīng)到某一濃度需要285s，初始濃度為1kmol·m-3時，反應(yīng)到同一濃度需要283s，那么，從初始濃度為5kmol·m-3反應(yīng)到1kmol·m-3需要多長時間？解t=285-283=2s反應(yīng)前后體積不變的不可逆反應(yīng)，已經(jīng)反應(yīng)掉的部分不會對反應(yīng)產(chǎn)生任何影響。反應(yīng)過程中的任意時刻

7、都可以作為初始時刻和終了時刻。14 在間歇攪拌槽式反應(yīng)器中，用醋酸與丁醇生產(chǎn)醋酸丁酯，反應(yīng)式為：反應(yīng)物配比為：A(mol):B(mol)=1:4.97，反應(yīng)在100下進行。A轉(zhuǎn)化率達50需要時間為24.6min，輔助生產(chǎn)時間為30min，每天生產(chǎn)2400kg醋酸丁酯（忽略分離損失），計算反應(yīng)器體積?；旌衔锩芏葹?50kg·m-3，反應(yīng)器裝填系數(shù)為0.75。解15 反應(yīng)(CH3CO)2O+H2O2CH3COOH在間歇反應(yīng)器中15下進行。已知一次加入反應(yīng)物料50kg，其中(CH3CO)2O的濃度為216mol·m-3，物料密度為1050kg·m-3。反應(yīng)為擬一級反應(yīng)，

8、速率常數(shù)為k=5.708×107 exp(E/RT) min-1，E=49.82kJ·mol-1。求xA=0.8時，在等溫操作下的反應(yīng)時間。解16 在100下，純A在恒容間歇反應(yīng)器中發(fā)生下列氣相反應(yīng):2AR+SA組分分壓與時間關(guān)系見下表:t/sec020406080100120140160pA /MPa0.10.0960.0800.0560.0320.0180.0080.0040.002試求在100，0.1MPa下，進口物流中包含20%惰性物，A組份流量為100mol·hr-1，達到95%轉(zhuǎn)化率所需的平推流反應(yīng)器的體積。解17 間歇操作的液相反應(yīng)AR，反應(yīng)速率測定

9、結(jié)果列于下表。欲使反應(yīng)物濃度由cA0=1.3kmol·m-3降到0.3 kmol·m-3需多少時間?cA/kmol·m-30.10.20.30.40.50.60.70.81.01.32.0(rA)/kmol·m-3min-10.10.30.50.60.50.250.100.060.050.0450.042解圖解積分0.10.20.30.40.50.60.70.81.01.32.0103.332.01.672.04.01016.720.022.223.818 一氣相分解反應(yīng)在常壓間歇反應(yīng)器中進行，在400K和500K溫度下，其反應(yīng)速率均可表達為rA=23p

10、A2 mol·m-3s-1，式中pA 的單位為kPa。求該反應(yīng)的活化能。解19 有如下化學反應(yīng)CH4+C2H2+H2=C2H4+CH4(I) (A) (B) (P) (I)在反應(yīng)前各組分的摩爾數(shù)分別為nI0=1mol；nA0=2mol；nB0=3mol；nP0=0，求化學膨脹率（用兩種方法）。解方法一方法二20 在555K及0.3MPa下，在平推流管式反應(yīng)器中進行氣相反應(yīng)AP，已知進料中含A 30%（摩爾分數(shù)），其余為惰性物料，加料流量為6.3mol·s-1，動力學方程式為rA=0.27cA mol·m-3s-1為了達到95轉(zhuǎn)化率，試求：(1) 所需空速為多少?(

11、2) 反應(yīng)器容積大小?解21 液相一級不可逆分解反應(yīng)AB+C于常溫下在一個2m3全混流反應(yīng)器（CSTR，MFR，連續(xù)攪拌槽式反應(yīng)器）中等溫進行。進口反應(yīng)物濃度為1 kmol·m-3，體積流量為1m3hr-1，出口轉(zhuǎn)化率為80%。因后續(xù)工段設(shè)備故障，出口物流中斷。操作人員為此緊急停止反應(yīng)器進料。半小時后故障排除，生產(chǎn)恢復(fù)。試計算生產(chǎn)恢復(fù)時反應(yīng)器內(nèi)物料的轉(zhuǎn)化率為多少？解22 第17題中的反應(yīng)，(1)當cA0=1.2kmol·m-3，進料速率1kmolA·hr-1，轉(zhuǎn)化率為75；(2) cA0=1.3kmol·m-3，進料速率2kmolA·hr-1，

12、出口為0.3kmol·m-3；(3) cA0=2.4kmol·m-3，出口仍然為0.3kmol·m-3，進料速率為1kmolA·hr-1。計算三種情況下，用全混流反應(yīng)器的體積各為多少?解23 反應(yīng)A+BR+S，已知VR=0.001m3，物料進料速率V0=0.5×10-3m3min-1，cA0=cB0=5mol·m3，動力學方程式為rA=kcAcB，其中k=100m3kmol-1min-1。求：(1)反應(yīng)在平推流反應(yīng)器中進行時出口轉(zhuǎn)化率為多少？(2)欲用全混流反應(yīng)器得到相同的出口轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)器體積應(yīng)多大?(3)若全混流反應(yīng)器體積VR=0

13、.001m3，可達到的轉(zhuǎn)化率為多少?已知k=1m3kmol-1hr-1，cB0=3kmol·m-3，cA飽和=0.02kmol·m-3，水溶液流量為10m3hr-1。解平推流(1) 全混流24 在全混流反應(yīng)器中進行如下等溫液相反應(yīng)：2ABCrc=k1cA2AB2DrD=2k2cAcBA的初始濃度為2.5kmol·m-3，A和C的出口濃度分別為0.45和0.75kmol·m-3。假設(shè)進口物流中不含B、C、D，反應(yīng)時間為1250sec，求：1. 出口物流中B和D的濃度；2. k1和k2 。解第二章習題1. 動力學方程的實驗測定時，有采用循環(huán)反應(yīng)器的，為什么?

14、答：循環(huán)反應(yīng)器行為與全混流反應(yīng)器相同，可以得到反應(yīng)速率的點數(shù)據(jù)，而且反應(yīng)器進出口濃度差比較大，對分析精度要求不很高。2. 為什么可逆吸熱反應(yīng)宜選平推流反應(yīng)器且在高溫下操作，而可逆放熱反應(yīng)卻不是?根據(jù)可逆放熱反應(yīng)的特點，試問選用何種類型反應(yīng)器適宜?為什么?答：可逆吸熱反應(yīng)的反應(yīng)速率與化學平衡都隨溫度的升高而升高，高溫下操作對二者都有利?？赡娣艧岱磻?yīng)的化學平衡隨溫度的升高向反應(yīng)物方向移動，對達到高轉(zhuǎn)化率不利。對此類反應(yīng)，可選用多段絕熱反應(yīng)器或換熱條件較好的管式反應(yīng)器。3. 一級反應(yīng)AP，在一體積為VP的平推流反應(yīng)器中進行，已知進料溫度為150，活化能為84kJ·mol-1，如改用全混流反

15、應(yīng)器，其所需體積設(shè)為Vm，則Vm/Vp應(yīng)有何關(guān)系?當轉(zhuǎn)化率為0.6時，如果使Vm=Vp，反應(yīng)溫度應(yīng)如何變化?如反應(yīng)級數(shù)分別為n=2，1/2，1時，全混流反應(yīng)器的體積將怎樣改變？解：4. 在體積VR=0.12m3的全混流反應(yīng)器中，進行反應(yīng)，式中k1=7m3kmol-1min-1，k2=3m3kmol-1min-1，兩種物料以等體積加入反應(yīng)器中，一種含2.8kmolA·m-3，另一種含1.6kmolA·m-3。設(shè)系統(tǒng)密度不變，當B的轉(zhuǎn)化率為75時，求每種物料的流量。解5. 可逆一級液相反應(yīng)，已知；當此反應(yīng)在間歇反應(yīng)器中進行，經(jīng)過8min后，A的轉(zhuǎn)化率為33.3%，而平衡轉(zhuǎn)化率是

16、66.7%，求此反應(yīng)的動力學方程式。解6. 平行液相反應(yīng)AP rP=1AR rR=2cAAS rS=cA2已知cA0=2kmol·m-3，cAf=0.2kmol·m-3，求下列反應(yīng)器中，cP最大為多少?(1) 平推流反應(yīng)器；(2)全混流反應(yīng)器；(3)兩相同體積的全混流反應(yīng)器串聯(lián)，cA1=1 kmol·m-3。解7. 自催化反應(yīng)A+P2P的速率方程為：rA=kcAcP，k=l m3kmol-1min-1，原料組成為含A 13%，含P 1%（摩爾百分數(shù)），且cA0+cP0= l kmol·m-3，出口流中cP= 0.9 kmol·m-3，計算采用下

17、列各種反應(yīng)器時的空間時間(=VR/V0)。(1)平推流反應(yīng)器；(2)全混流反應(yīng)器；(3)平推流與全混流反應(yīng)器的最佳組合；(4)全混流反應(yīng)器與一分離器的最佳組合。解8. 在兩個串聯(lián)的全混流反應(yīng)器中進行一級反應(yīng)，進出口條件一定時，試證明當反應(yīng)器大小相同時，兩個反應(yīng)器的總?cè)莘e最小。證9. 半衰期為20小時的放射性流體以0.1m3hr-1的流量通過兩個串聯(lián)的40m3全混流反應(yīng)器后，其放射性衰減了多少？解10. A進行平行分解反應(yīng)，其速率式為 R rR=1 kmol·m-3min-1A S rS=2cA kmol·m-3min-1 T rT=cA kmol·m-3min-1

18、其中R是所要求的目的產(chǎn)物，cA0=1kmol·m-3。試問在下述反應(yīng)器進行等溫操作時，預(yù)計最大的cR為多少?(1)全混流反應(yīng)器；(2)平推流反應(yīng)器。解低濃度操作對生成目的產(chǎn)物R有利，對全混流反應(yīng)器，可在極低的濃度下操作對平推流反應(yīng)器，則盡量使其轉(zhuǎn)化率提高。11. 在0時純氣相組分A在一恒容間歇反應(yīng)器依以下計量方程反應(yīng)：A2.5P，實驗測得如下數(shù)據(jù)：時間/s02468101214pA/MPa0.10.080.06250.0510.0420.0360.0320.0280.020求此反應(yīng)的動力學方程式。解當t時，pAe=0.2故為可逆反應(yīng)，設(shè)此反應(yīng)為一級可逆反應(yīng)，則以(-ln(pA-pAe

19、)對t作圖t02468101214pA0.10.080.06250.0510.0420.0360.0320.028PA-pAe0.080.060.04250.0310.0220.0160.0120.008-ln(pA-pAe)2.5262.8133.1583.4743.8174.1354.4234.82812. 氣相反應(yīng)A+B=R的動力學方程為(rA)=k(pApBpR/KP)，式中請確定最佳反應(yīng)溫度與轉(zhuǎn)化率之間的關(guān)系。解13. 某液相一級不可逆反應(yīng)在體積為VR的全混釜中進行，如果將出口物料的一半進行循環(huán)，新鮮物料相應(yīng)也減少一半，產(chǎn)品物料的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物生成速率有什么變化？解全混流循環(huán)時出口物料

20、一半與等量的xA=0的物料混合，xA0=0.5xAf。與簡單地把處理量減半等效。14. 有一自催化反應(yīng)AR， 動力學方程為 rA=0.001cAcR kmol·m-3s-1。 要求反應(yīng)在4個0.1m3的全混流反應(yīng)器中進行，反應(yīng)物初始濃度cA0=10kmol·m-3，cR0=0，處理量為5.4 m3hr-1。如何排列這4個反應(yīng)器（串聯(lián)、并聯(lián)、或串并聯(lián)結(jié)合）才能獲得最大的最終轉(zhuǎn)化率？最大的轉(zhuǎn)化率是多少？解15. 一級不可逆連串反應(yīng)，k1=0.25hr-1，k2=0.05hr-1，進料流率V0為1m3hr-1，cA0=1kmol·m-3，cB0=cC0=0。試求：采用兩

21、個VR=1m3的全混流反應(yīng)器串聯(lián)時，反應(yīng)器出口產(chǎn)物B的濃度。解16. 某氣相基元反應(yīng)：A+2BP已知初始濃度之比cA0:cB0=1:3，求的關(guān)系式。解17. 已知常壓氣相反應(yīng)動力學方程為，試用下列三種方式表達動力學方程：(1)組分分壓；(2)組分摩爾分率；(3)組分初始濃度和A的轉(zhuǎn)化率。解18. 高溫下二氧化氮的分解為二級不可逆反應(yīng)。在平推流反應(yīng)器中101.3kPa下627.2K時等溫分解。已知k=1.7m3kmol-1s-1，處理氣量為120m3hr-1（標準狀態(tài)），使NO2分解70%。當(1)不考慮體積變化；(2)考慮體積變化時，求反應(yīng)器的體積。解(1) 恒容過程(2) 變?nèi)葸^程19. 均

22、相氣相反應(yīng)A3P，服從二級反應(yīng)動力學。在0.5MPa、350和V0=4m3hr-1下，采用個25mm內(nèi)徑，長2m的實驗反應(yīng)器，能獲得60轉(zhuǎn)化率。設(shè)計一個工業(yè)平推流反應(yīng)器，當處理量為320m3hr-1，進料中含50%A，50%惰性物料時，在2.5MPa和350下反應(yīng)，為獲得80%的轉(zhuǎn)化率求需用25mm內(nèi)徑，長2m的管子多少根?這些管子應(yīng)并聯(lián)還是串聯(lián)？解(1) 求速率常數(shù)k(2)求反應(yīng)器體積和管數(shù)管子的串并聯(lián)要從流體阻力和流型考慮，在保持平推流的前提下盡量并聯(lián)。20. 有一氣相分解反應(yīng)，其化學反應(yīng)式為AR+S，反應(yīng)速率方程為rA=kcA2，反應(yīng)溫度為500。這時測得的反應(yīng)速率常數(shù)為k=0.25m3

23、kmol-1s-1。反應(yīng)在內(nèi)徑為25mm、長為1m的管式反應(yīng)器中進行，器內(nèi)壓強維持在101.3kPa（絕），進料中僅含組分A，當其轉(zhuǎn)化率為20%，空間速度為45hr-1（反應(yīng)條件下的計算值）。試求反應(yīng)條件下的平均停留時間和空間時間。解第三章習題1 有一有效容積VR=1m3，送入液體的流量為1.8m3hr-1的反應(yīng)器，現(xiàn)用脈沖示蹤法測得其出口液體中示蹤劑質(zhì)量濃度變化關(guān)系為：t/min01020304050607080c/kg·m-3036543210求其停留時間分布規(guī)律，即F(t)，E(t)，解示蹤法求停留時間分布規(guī)律t/minc/kg·m-3cF(t)E(t)t·

24、ct2c000000010330.1250.01253030020690.37500.02501202400305140.58330.02081504500404180.750.01671606400503210.8750.01251507500602230.95830.00831207200701241.00.0042704900800241.00002480332002 對某一反應(yīng)器用階躍法測得出口處不同時間的示蹤劑質(zhì)量濃度變化關(guān)系為：t/min0246810121416c/kg·m-300.050.110.20.310.430.480.500.50求其停留時間分布規(guī)律，即F(t

25、)，E(t)，解: 階躍法求停留時間分布規(guī)律c0=0.5kgm-3t/minc/kg·m-3cF(t)E(t)000000020.050.050.10.050.20.440.110.160.220.060.481.9260.20.360.40.091.086.4880.310.670.620.111.7614.08100.431.10.860.122.424120.481.580.960.051.214.4140.52.081.00.020.567.84160.52.581.00007.6869.123 請將習題一中停留時間分布規(guī)律用對比時間作變量，求F()，E()，。解t/min0

26、1020304050607080cA/kg·m-303654321000.41660.8330.6940.55560.41660.27660.139000.06250.250.47920.66670.81250.91670.97921.04 應(yīng)用習題一的反應(yīng)器，進行A+BD反應(yīng)，已知cA0=cB0=20mol·m-3，動力學方程為rA=0.005cAcB mol·m-3min-1，請用凝集流模型計算反應(yīng)器出口物料中A組分的轉(zhuǎn)化率，并求cA，cB，cD值。本題若用PFR及CSTR模型計算時，物料出口中A組分的轉(zhuǎn)化率是多少?解 凝集流模型：時間t/minc/kg

27、83;m-3F(t)0000001030.1250.50.1250.06252060.3750.6670.250.166753050.58330.750.20830.1562254040.750.80.16670.133365030.8750.8330.1250.1041256020.95830.8570.08330.07138817011.00.8750.04170.03648758001.00.88900240.7308356 PFR模型計算時：CSTR模型計算5 在習題一的反應(yīng)器中進行AD反應(yīng)，已知cA0=25mol·m-3，動力學方程為rA=0.05cA mol·m

28、-3min-1，請分別用：(1)凝集流模型； (2)多級混合槽模型；(3)平推流模型；(4)全混流模型。計算出口物料中A組分的轉(zhuǎn)化率。解（1）凝集流模型t/minc/kg·m-3cF(t)0000010330.1250.1189 0.0758220690.3750.2262 0.09197305140.58330.1793 0.04649404180.750.1365 0.02256503210.8750.0974 0.01026602230.95830.0617 0.00415701241.00.0294 0.00126800241.00240.2525(2)多級混合槽模型：(3)

29、PFR模型：(4)CSTR模型：6 用習題5的條件，采用軸向擴散模型，計算其Pe值與出口物料中A組分的轉(zhuǎn)化率。解7 設(shè)E()、F()分別為某流動反應(yīng)器的停留時間分布密度函數(shù)和停留時間分布函數(shù)，為對比時間。(1) 若反應(yīng)器為PFR，試求：(a) F(1)，(b) E(1)，(c) F(0.8)，(d) E(0.8)，(e) E(1.2)(2) 若反應(yīng)器為CSTR，試求：(a) F(1)，(b) E(1)，(c) F(0.8)，(d) E(0.8)，(e) E(1.2)(3) 若反應(yīng)器為一非理想流動反應(yīng)器，試求(a)F()，(b) F(0)，(c) E()，(d) ，(e) 解(1)對PFR， F

30、(1)=1， E(1)=，F(xiàn)(0.8)=0， E(0.8)=0， E(1.2)=0(2) (3) 8 液體以1m3hr-1的流量通過1m3的反應(yīng)器。定常態(tài)時用惰性示蹤物以恒定流量2×10-4mol·hr-1送入反應(yīng)器（可以忽略示蹤物流對流動的影響）。若反應(yīng)器分別為PFR或CSTR，求示蹤物料加入后1.2hr時，反應(yīng)器出口物流中示蹤物的濃度為多少？解入口濃度對PFR， 對CSTR， 9 請推導(dǎo)層流流動系統(tǒng)的物料停留時間分布密度函數(shù)和停留時間分布函數(shù)。解第四章習題1、 乙炔與氯化氫在HgCl2活性炭催化劑上合成氯乙烯：其動力學方程式可有如下幾種形式：(1) (2) (3) (4

31、) 試說明各式所代表的反應(yīng)機理和控制步驟。解：（1） （2）（3）（4）2、 在510進行異丙苯的催化分解反應(yīng)：測得總壓p與初速度r0的關(guān)系如下：4.36.57.17.58.1p/kPa99.3265.5432.7701.21437如反應(yīng)屬于單活性點的機理，試推導(dǎo)出反應(yīng)機理式及判斷其控制步驟。解：（1）設(shè)為表面反應(yīng)控制機理（a）（b）（c）還可設(shè)想別的機理：上述兩種機理有相同的初始速度關(guān)系式。即由實驗數(shù)據(jù)作圖得一直線，與所設(shè)機理相符。(b)可能較好。（2）設(shè)為A吸附控制可得：A吸附控制當時，應(yīng)為直線關(guān)系，與實驗數(shù)據(jù)不符。（1） 設(shè)為R脫附控制，可得與實驗數(shù)據(jù)不符3、 丁烯在某催化劑上制丁二烯的

32、總反應(yīng)為：若反應(yīng)按下列步驟進行：（1） 分別寫出a，c為控制步驟的均勻吸附動力學方程；（2） 寫出b為控制步驟的均勻吸附動力學方程，若反應(yīng)物和產(chǎn)物的吸附都很弱，問此時對丁烯是幾級反應(yīng)。解：法一：（a控制） （1）對b 令則 (2)對c 令則 (3) 由(3)代入(2)得：由得法二：（a控制）法一：（c控制） 法二：（c控制）由a ，令，則由b 由得（3） b為控制步驟：當吸附很弱時，則對丁二烯是一級反應(yīng)。4、 在氧化鉭催化劑上進行乙醇氧化反應(yīng)：其反應(yīng)機理為：a b c （控制步驟）d 證明：下述速率表達式：解：兩類活性中心，表面反應(yīng)c為控制步驟，則 （1）快速不可逆反應(yīng)d，由a得：令，而且，當

33、步驟d為不可逆時，該步驟為不可逆的快速反應(yīng)，由c生成的OH2很快與H1反應(yīng)，使體系中實際不存在OH2，即OH0，并使H1的消耗速率與步驟c中反應(yīng)物的消耗速率相同，故有H=A。 （2）由b得：令，則 （3）將（2），（3）代入（1）得：5、 用均勻吸附模型推導(dǎo)甲醇合成動力學.假定反應(yīng)機理為:(1) CO+=CO(2) H2+=H2(3) CO+2H2=CH3OH+2(4) CH3OH=CH3OH+推導(dǎo)當控制步驟分別為(1)，(3)，(4)時的反應(yīng)動力學方程。解：控制步驟為(1)時，控制步驟為(3)時，控制步驟為(4)時，6、 一氧化碳變換反應(yīng)CO+H2O=CO2+H2在催化劑上進行，若CO吸附為

34、控制步驟，用均勻表面吸附模型推導(dǎo)反應(yīng)動力學方程。用焦姆金非均勻表面吸附模型推導(dǎo)反應(yīng)動力學方程。解7、 催化反應(yīng)A+B，A，B為均勻吸附，反應(yīng)機理為：（1） A+=A（2） A= B（3） B= B+其中A分子吸附(1)和表面反應(yīng)(2)兩步都影響反應(yīng)速率，而B脫附很快達平衡。試推導(dǎo)動力學方程。解第五章習題1. 異丙苯在催化劑上脫烷基生成苯，如催化劑為球形，密度為P=1.06kg·m-3，空隙率P=0.52，比表面積為Sg=350m2g-1，求在500和101.33kPa，異丙苯在微孔中的有效擴散系數(shù)，設(shè)催化劑的曲折因子=3，異丙苯苯的分子擴散系數(shù)DAB=0.155cm2s-1。解2.

35、在30和101.33kPa下，二氧化碳向鎳鋁催化劑中的氫進行擴散，已知該催化劑的孔容為VP=0.36cm3g-1，比表面積SP=150m2g-1，曲折因子=3.9，顆粒密度S=1.4g·cm-3，氫的摩爾擴散體積VB=7.4cm3mol-1，二氧化碳的摩爾擴散體積VA=26.9 cm3mol-1，試求二氧化碳的有效擴散系數(shù)。解3. 在硅鋁催化劑球上，粗柴油催化裂解反應(yīng)可認為是一級反應(yīng)，在630時，該反應(yīng)的速率常數(shù)為k=6.01s-1，有效擴散系數(shù)為De=7.8210-4cm2s-1。，試求顆粒直徑為3mm和1mm時的催化劑的效率因子。解4. 常壓下正丁烷在鎳鋁催化劑上進行脫氫反應(yīng)。已

36、知該反應(yīng)為一級不可逆反應(yīng)。在500時，反應(yīng)的速率常數(shù)為k=0.94cm3s-1gcat-1，若采用直徑為0.32cm的球形催化劑，其平均孔徑d0=1.110-8m，孔容為0.35cm3g-1，空隙率為0.36，曲折因子等于2.0。試計算催化劑的效率因子。解5. 某一級不可逆催化反應(yīng)在球形催化劑上進行，已知De=10-3cm2s-1，反應(yīng)速率常數(shù)k=0.1s-1，若要消除內(nèi)擴散影響，試估算球形催化劑的最大直徑。解6. 某催化反應(yīng)在500條件下進行，已知反應(yīng)速率為：rA=3.810-9pA2 mol·s-1gcat-1式中pA的單位為kPa，顆粒為圓柱形，高直徑為55mm，顆粒密度P=0

37、.8g·cm-3，粒子表面分壓為10.133kPa，粒子內(nèi)A組分的有效擴散系數(shù)為De=0.025cm2s-1，試計算催化劑的效率因子。解7. 某相對分子質(zhì)量為225的油品在硅鋁催化劑上裂解，反應(yīng)溫度為630、壓力為101.33kPa，催化劑為球形，直徑0.176cm，密度0.95g·cm-3，比表面積為338m2g-1，空隙率P=0.46，導(dǎo)熱系數(shù)為3.610-4J·s-1cm-1K-1；測得實際反應(yīng)速率常數(shù)kV=6.33s-1；反應(yīng)物在催化劑外表面處的濃度cAS=1.3510-5mol·cm-3；反應(yīng)熱H=1.6105J·mol-1；活化能E

38、=1.6105J·mol-1；擴散過程屬于克努森擴散，曲折因子為=3，試求催化劑的效率因子和顆粒內(nèi)最大溫差。解溫差不大,按等溫計算有效因子8. 實驗室中欲測取某氣固相催化反應(yīng)動力學，該動力學方程包括本征動力學與宏觀動力學方程，試問如何進行？答第一步必須確定消除內(nèi)、外擴散的顆粒粒度及氣流速度和裝置；第二步測定本征動力學；第三步在循環(huán)反應(yīng)器中測定原顆粒的宏觀動力學。9. 什么是宏觀反應(yīng)速率的定義式？什么是宏觀反應(yīng)速率的計算式？兩者有何異同？答定義式 計算式 RA= (rAS) 兩者都反映了宏觀反應(yīng)速率與本征反應(yīng)速率之間的關(guān)系。顆粒內(nèi)實際反應(yīng)速率受顆粒內(nèi)濃度、溫度分布影響，用定義式是難于計

39、算的。計算式將過程概括為顆粒表面反應(yīng)速率與效率因子的關(guān)系，而效率因子通過顆粒內(nèi)擴散及濃度、溫度分布的規(guī)律是可以計算的，從而得到總體顆粒的宏觀速率。第六章習題1. 在一總長為4m的填充床中，氣體以2500kg·m-2hr-1的質(zhì)量流率通過床層。床層體安裝直徑為3mm的球形催化劑顆粒，空隙率為0.45，氣體密度為2.9kg·m-3，其粘度為1.810-5kg·m-1s-1。求床層的壓降。解Ergun方程2. 不可逆反應(yīng)2A+BR，若按均相反應(yīng)進行，其動力學方程為：rA=3.8×10-3pA2pB mol·L-1hr-1在催化劑存在下，其動力學方程為

40、：若反應(yīng)在101.33kPa下恒溫操作，進料組分中pA=5.07kPa，pB=96.26kPa，催化劑的堆積密度為0.6g·cm-3。試求在一維擬均相反應(yīng)氣中為保證出口氣體中A的轉(zhuǎn)化率為93%，兩種反應(yīng)器所需的容積比。（式中，p的單位為kPa）解均相反應(yīng)數(shù)值積分（辛普生法）催化反應(yīng)3. 在鋁催化劑上進行乙腈的合成反應(yīng)C2H2+NH3CH3CN+H2+92.14kJ(A) (B) (R) (S)設(shè)原料氣的體積比為C2H2:NH3:H2=1:2.2:1。采用三段絕熱式反應(yīng)器，段間間接冷卻，使各段出口溫度均為550，每段入口溫度也相同，其反應(yīng)動力學方程可近似表示為：流體的平均熱容CP=12

41、8J·mol-1K-1。若要求乙腈的轉(zhuǎn)化率為92%，且日產(chǎn)乙腈20噸，求各段的催化劑量。解4. 在一固定床反應(yīng)器中，填充5.40m3的催化劑。在550，101.33kPa下進行2A2R+S的反應(yīng)，用水蒸汽作稀釋劑，反應(yīng)物A與水蒸氣的配比為1:4（摩爾比）。標準狀態(tài)下加料量為1.0m3hr-1，出口轉(zhuǎn)化率為50%，當反應(yīng)速率采用（其中V是催化劑填充體積）的定義時，550下的反應(yīng)速率常數(shù)為1.0hr-1。若忽略外擴散的影響，并假定有效因子在床層內(nèi)為一常數(shù)，求其有效因子。解ADMNCBTx5. 在Tx圖上，為平衡曲線，為最佳溫度曲線，AMN為等轉(zhuǎn)化率曲線，指出最大速率點和最小速率點。BCD

42、為等溫線，指出最大速率點和最小速率點。答在AMN線上，M為最大速率點，N為最小速率點在BCD線上，C為最大速率點，D為最小速率點6. 在Tx圖上，定性繪出三段間接換熱SO2氧化反應(yīng)的操作線。在Tx圖上，定性繪出三段原料氣冷激的合成氨反應(yīng)的操作線。解TxTx第七章習題1. 某合成反應(yīng)的催化劑，其粒度分布如下：dp106/m40.031.525.016.010.05.0%/(wt)4.6027.0527.9530.076.493.84已知mf=0.55，P=1300kg.m-3。在120及101.3kPa下，氣體的密度=1.453 kg.m-3，=1.36810-2mPa·s。求初始流化

43、速度。解計算平均粒徑計算雷諾數(shù)計算初始流化速度注：此計算程序存在如下兩大弊端：1 大數(shù)與小數(shù)值相加，極易引起誤差。2 Re的值由兩大數(shù)之差求得，極易引起誤差。推薦用下式計算當Re小于2時，符合Re值計算式適用。2. 計算粒徑為8010-6 m的球形顆粒在20空氣中的逸出速度。顆粒密度P=2650 kg·m-3，20空氣的密度=1.205 kg·m-3，空氣此時的粘度為=1.8510-2mPa·s。解設(shè)Re小于2，重設(shè)2<Re<500，uT=Fu，Re<10，F(xiàn)1uT=1.4ms-13. 在流化床反應(yīng)器中，催化劑的平均粒徑為5110-6m，顆粒密度

44、P=2500 kg·m-3，靜床空隙率為0.5，起始流化時床層空隙率為0.6，反應(yīng)氣體的密度為1 kg·m-3，粘度為410-2mPa·s。試求：1初始流化速度2逸出速度3操作氣速解計算初始流化速度設(shè)Re小于2，計算逸出速度uT=Fu，Re<10，F(xiàn)1uT=0.08856ms-1估算操作氣速操作氣速=(0.5-0.6)uT，取0.5，操作氣速=0.5uT=0.044ms-14. 在一直徑為2m，靜床高為0.2m的流化床中，以操作氣速u=0.3m·s-1的空氣進行流態(tài)化操作，已知數(shù)據(jù)如下：dp=8010-6 m，P=2200 kg·m-3，

45、=2 kg·m-3，=1.9010-2mPa·s，mf=0.5求床層的濃相段高度及稀相段高度。解計算逸出速度設(shè)2<Re<500， uT=Fu，Re<10，F(xiàn)1uT=0.4811ms-1計算床層空隙率當1<Re<200時，計算濃相段高度估算稀相段高度5. 例7-3中如果要求出口氣體中關(guān)鍵組分轉(zhuǎn)化率為xAf=0.98，催化劑用量應(yīng)取多少？解6. 例7-3中如果將操作氣速由u=0.12m·s-1提高到0.2 m·s-1，出口氣體中關(guān)鍵組分轉(zhuǎn)化率是多少？床層高度有何變化？解床層高度的變化出口氣體轉(zhuǎn)化率的變化由于u的變化引起參數(shù)變化為

46、第八章習題1. 以25的水用逆流接觸的方法吸收空氣中的CO2，試求在操作時（1） 氣膜和液膜的相對阻力是多少？（2） 采用哪種最簡單形式的速率方程來設(shè)計計算吸收塔。已知CO2在空氣和水中的傳質(zhì)數(shù)據(jù)如下：kAG=0.789mol·hr-1m-2kPa-1kAL=25L·hr-1m-2HA=3039.9kPa·L·mol-1解總阻力：122.863氣膜1.267，占1.03% 液膜121.596占98.97%總阻力：0.040417氣膜0.000417占1.03% 液膜0.04占98.97%所以忽略氣膜阻力2. 若采用NaOH水溶液吸收空氣中的CO2，反應(yīng)過程屬瞬間反應(yīng)CO2+2OH-=2H+CO32-吸收溫度為25（題1數(shù)據(jù)可用），請計算：（1） 當pCO2=1.0133kPa，cNaOH=2mol·L-1時的吸收速率；（2） 當pCO2=20.244kPa，cNaOH=0.2mol·L-1時的吸收速率；（3） 他