化學反應工課后答案

1、精選第一章習題1化學反應式與化學計量方程有何異同?化學反應式中計量系數(shù)與化學計量方程中的計量系數(shù)有何關(guān)系?答：化學反應式中計量系數(shù)恒為正值，化學計量方程中反應物的計量系數(shù)與化學反應式中數(shù)值相同，符號相反，對于產(chǎn)物二者相同。2何謂基元反應?基元反應的動力學方程中活化能與反應級數(shù)的含義是什么?何謂非基元反應?非基元反應的動力學方程中活化能與反應級數(shù)含義是什么?答：如果反應物嚴格按照化學反應式一步直接轉(zhuǎn)化生成產(chǎn)物，該反應是基元反應?；磻腺|(zhì)量作用定律?；磻幕罨苤?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姆磻墧?shù)是該反應的反應分子數(shù)。一切不符合質(zhì)量作用定律的反應都是

2、非基元反應。非基元反應的活化能沒有明確的物理意義，僅決定了反應速率對溫度的敏感程度。非基元反應的反應級數(shù)是經(jīng)驗數(shù)值，決定了反應速率對反應物濃度的敏感程度。若將反應速率寫成-r=-a，有什么條件？Adt答：化學反應的進行不引起物系體積的變化，即恒容。為什么均相液相反應過程的動力學方程實驗測定采用間歇反應器？答：在間歇反應器中可以直接得到反應時間和反應程度的關(guān)系，而這種關(guān)系僅是動力學方程的直接積分，與反應器大小和投料量無關(guān)?，F(xiàn)有如下基元反應過程，請寫出各組分生成速率與濃度之間關(guān)系。A+2BCA+3DA+2BCB+3DC+DE2A+2BYA+3D解r=-kcc2+kc-kcc+kcA1AB2C3AC

3、4Dr=-2kcc2+2kcB1AB2Cr=kcc2-kc-kcc+kcC1AB2C3AC4Dr=kcc-kcD3AC4Dr=-kcc2+kcA1AB2Cr=-2kcc2+2kc-kcc+kcB1AB2C3BC4Dr=kcc2-kc-kcc+kc-kcc+kcC1AB2C3BC4D5CD6Er=kcc-kc-kcc+kcD3BC4D5CD6Er=-2kc2c2+2kc一kcc+kcA1AB2C3AC4Dr=-2kc2c2+2kcB1AB2Cr=kc2c2-kc-kcc+kcC1AB2C3AC4Dr=kcc-kcD3AC4D6氣相基元反應A+2B-2P在30C和常壓下的反應速率常數(shù)kc=2.65

4、X104m6kmol-2s-i?，F(xiàn)以氣相分壓來表示速率方程，即(-)=詔人卩82，求kp=?(假定氣體為理想氣體)解T=273+30=303Kk=2.65x104m6kmol-2s-1cpc=RT2一r=kcc2=k-PAAcABcRT-r=kpp2ApABk2.65x104m6kmol-2s-1k=c=Jp(RT)3$.314kJ-kmol-iK-1x303K=1.655x10-6kmol-m-3s-1kPa-37有一反應在間歇反應器中進行，經(jīng)過8min后，反應物轉(zhuǎn)化掉80%，經(jīng)過18min后，轉(zhuǎn)化掉90，求表達此反應的動力學方程式。解,1xkt=-ac1-xA0A(kcA0)8min10.

5、8810.8TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark180 10.91(kcA0)18min181-0.92假設正確，動力學方程為dcA-kc2 HYPERLINK l bookmark2 dtA8反應A(g)+B(l)fC(l)氣相反應物A被B的水溶液吸收，吸收后A與B生成C。反應動力學方程為：-YAkcApB。由于反應物B在水中的濃度遠大于A,在反應過程中可視為不變，而反應物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。試求此反應器中液相體積為5m3時C的生成量。已知k=1m3kmol-1hr-1,cB0=3kmolm-3,cA飽和0.02kmol

6、m-3,水溶液流量為10m3hr-1。解一r=kccAAB由已知條件，C與C均為常數(shù)AB一r二1x0.02x3二0.06kmol-m-3hr-1A反應時間即液相在反應器中的停留時間e=5m=0.5hr10m3hr-1C的生成量N=0.06kmol-m-3hr-1x0.5hrx5m3=0.15kmolC9反應2H+2NOtN+2HO，在恒容下用等摩爾H2，NO進行實驗，測得以下數(shù)據(jù)2總壓/MPa220.02720.03260.03810.04350.0543半衰期/s26518613510467求此反應的級數(shù)。解dp一A=kpndtpAIpA.pA0p-n+1A一n+1一p-ndp=kdtApp

7、-ndp=J12dtA0PA=ktp1-np1-n丿=ktA0AppA0p=0.5pAA01pl-n051-npl-n）=ktn1A0A0p121-0.51-np1-n=tkS1.A012ln1-0.51-nk（n一1）pA0=lnt12A0pA0t12lnpA0lnt120.13600.16300.19050.21750.271526518613510467-1.995-1.814-1.658-1.526-1.3045.5805.2264.9054.6444.205plnt對lnp作圖，得直線12A0-2.1-2.0-1.9-1.8-1.7-1.6-1.5-1.4-1.3-1.2lnpY=A

8、+B*XParameterValueErrorA1.602170.01399B-1.99460.00834斜率-1.9946-1.9946=1-nn-3三級反應11A和B在水溶液中進行反應，在25C下測得下列數(shù)據(jù)，試確定該反應反應級數(shù)和反應速度常數(shù)。時間/s116.8319.8490.2913.81188gc*/kmoLm-3A99.090.683.070.665.342.4cB/kmolm-356.648.240.628.222.90解由cA-cB=42.4可知反應應按下列方式A+B產(chǎn)物進行設為二級反應以Ina對t作圖若為直線，則假設正確。c一ccA0B0B由cA0-cB0=42.4整理得數(shù)

9、據(jù)如下：t116.8319.8490.2913.81188c0.0132y二lnac一ccA0B0B0.01490.01690.02160.024710考慮反應AT3P，其動力學方程為-rA1dnn=VdtA=kp試推導在恒容下以總壓表示的動力學方程。t二tP0nAn-p)總-(3p2A0pA0pA2p、pAbA0總2RTdn二dpA2RT總丄dp、2RT總丿dt=(3p-pA0丄Vdp總dtGp“-pA0總二k2RTVdcAdt=kCAb積分得:kt1cclnAB0c-cccA0B0A0B線性回歸：Y=A+B*XParameterValueErrorA0.011661.84643E-4B1.

10、08978E-52.55927E-7y二1.0898x10-51+0.01166k=1.0898x10-5m3kmol-1s-1-dcA二1.0898x10-5ccdtAB12丁烷在700C，總壓為0.3MPa的條件下熱分解反應：C4H102C2H4+H2(A)(R)(S)起始時丁烷為116kg,當轉(zhuǎn)化率為50%時-dpA=0.24MPa-s-1,dtdpdndyR，S，A。dtdtdt解求此時dpdtdpA二2x0.24二0.48MPa-s-1dt丿dpdtdpAdtpVn=sSRTdn=dpSRTSnA0=2kmol58x=0.5時An=1kmol，n=2kmol，ARnRT4xRTV=p

11、300總dnVdp4dpsss=dt_RTdt麗dt-n=1kmol，n=4kmolst掃=O.OE-s-1dyA-dt1dp卩總7tdt二丄x0.24二0.8s-10.313某二級液相不可逆反應在初始濃度為5kmolm-3時，反應到某一濃度需要285s,初始濃度為1kmolm-3時，反應到同一濃度需要283s，那么，從初始濃度為5kmolm-3反應到1kmolm-3需要多長時間？解t=285-283=2s反應前后體積不變的不可逆反應，已經(jīng)反應掉的部分不會對反應產(chǎn)生任何影響。反應過程中的任意時刻都可以作為初始時刻和終了時刻。14在間歇攪拌槽式反應器中，用醋酸與丁醇生產(chǎn)醋酸丁酯，反應式為：CHC

12、OOH+CHOHh2so4CHCOOCH+HO3(a)4(B)(R)49(s)反應物配比為：A(mol):B(mol)=1:4.97，反應在100C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)，計算反應器體積。混合物密度為750kgm-3,反應器裝填系數(shù)為0.75。解A+BtR+SM6074116iR產(chǎn)量2400/24=100kg-hr-1100=0.862kmol-hr-1116轉(zhuǎn)化率50%,則A的投料量08$=1.724kmol-hr-1折算成質(zhì)量流量1.724x60=103.4kg-hr-1A:B=1:4.97則

13、B投料量1.724x4.97x74=634.1kg-hr-1總投料量103.4+634.1=737.5kg-hr-1737.5換算成體積流量二=0.9834m3hr-175054.6總生產(chǎn)時間24.6+30=54.6min折合=0.91hr60反應器有效體積0.9834x0.91=0.8949ms0.8949反應器總體積丄=1.2m30.7515反應(CH3CO)2O+H2Of2CH3COOH在間歇反應器中15C下進行。已知一次加入反應物料50kg，其中(CH3CO)2O的濃度為216molm-3,物料密度為1050kgm-3。反應為擬一級反應，速率常數(shù)為k=5.708X107exp(-E/R

14、T)min-1,E=49.82kJmol-1。求xA=0.8時，在等溫操作下的反應時間。解k=5.708x107exp(83)=05252min-1t=ln-=-ln-=30.6mink1-x0.052521-0.8A16在100C下，純A在恒容間歇反應器中發(fā)生下列氣相反應: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100C,0.1MPa下，進口物流中包含20%惰性物，A組份流量為100molhr-1,達到95%轉(zhuǎn)化率所需的平推流反應器的體積。

15、解平推流反應器的停留時間與間歇反應器的反應時間相同。由數(shù)據(jù)表可知，p=0.08MPa,轉(zhuǎn)化率95%(p=0.004MPa)所需要的反應時間為A0At=14040=100sx8.314x373.15V=vt=迪0(x100=0.1077m30.1x106x(1-0.2丿17間歇操作的液相反應AR，反應速率測定結(jié)果列于下表。欲使反應物濃度由cA0=1.3kmolm-3降到0.3kmolm-3需多少時間？cA/kmolm-30.10.20.30.40.50.60.70.81.01.32.0A(rA)/kmolm-3min-0.10.30.50.60.50.250.100.060.050.0450.0

16、421解c=1.3kmol-m-3c=0.3kmol-m-3A0Afxdxcdct=cJxaa=-JcAArA00(-r)cA0(-r)AA0A圖解積分0.1ckmol-m-3A0.20.30.40.50.60.70.81.01.32.010-r-1A3.332.01.672.04.01016.720.022.223.8t=01(2.0+16.7+2(1.67+2+4+10)+02(16.7+20)r22字(20+22.2)2.702+3.67+6.33=12.7min18一氣相分解反應在常壓間歇反應器中進行，在400K和500K溫度下，其反應速率均可表達為-rA=23pA2molm-3s-1

17、,式中pA的單位為kPa。求該反應的活化能。解將分壓換算成濃度p=cRTAA400K下：一r=23p2kmol-m-3s-1r=23c2(400RAA同理：500K下：(E(118.314(400500丿丿-r=23c2(500R(-r)A16E7421J-mol-i_ayoo二expA50019有如下化學反應CH4+C2H2+H2=C2H4+CH4(I)(A)(B)(P)(I)在反應前各組分的摩爾數(shù)分別為nI0=1mol(用兩種方法)。解方法一nA0=2mol；nB0=3mol；np0=0,求化學膨脹率8ayA05A1-1-1-1A0方法二TOC o 1-5 h zV-V1+0+(3-2)+

18、2-G+2+3)18x1x0-aV1+2+33x020在555K及0.3MPa下，在平推流管式反應器中進行氣相反應AP,已知進料中含A30%(摩爾分數(shù))，其余為惰性物料，加料流量為6.3mols-1,動力學方程式為-rA=0.27cAmolm-3s-1為了達到95%轉(zhuǎn)化率，試求：所需空速為多少?反應器容積大小?解300V=$3x10-3X山?jīng)Q5555=0.0969m3s-10T=cf0-95dXA=卜95=Lin2.4-0.3x-_030.029m3R32.40.5x60=11.10saooro0.27“-x丿0.271-0.95AAS=t-1=11.10-1=0.09s-1VV=Vt=0.0

19、969x11.10=1.075m3R0標準空速為：V0*0.0969273.15X0.3S=0TP=55515x01013=0.131s-!vnoV1.075R21液相一級不可逆分解反應A-B+C于常溫下在一個2m3全混流反應器（CSTR,MFR,連續(xù)攪拌槽式反應器）中等溫進行。進口反應物濃度為1kmolm-3,體積流量為1m3hr-1,出口轉(zhuǎn)化率為80%。因后續(xù)工段設備故障,出口物流中斷。操作人員為此緊急停止反應器進料。半小時后故障排除,生產(chǎn)恢復。試計算生產(chǎn)恢復時反應器內(nèi)物料的轉(zhuǎn)化率為多少？解首先求反應速率常數(shù)c-c21-0.2=foa=k=2hr-1-r10.2k0Af全混流反應器切斷進出

20、料即為間歇反應器cAe-ktcA0c-cxaoaAcA0cae-2x0.5c0.0736kmol-m-310.073610.92640.2a22第17題中的反應，(1)當cA0=1.2kmolm-3,進料速率1kmolAhr-1,轉(zhuǎn)化率為75%；(2)cA0=1.3kmolm-3，進料速率2kmolAhr-1,出口為0.3kmolm-3；(3)cA0=2.4kmolm-3，出口仍然為0.3kmolm-3，進料速率為1kmolAhr-1。計算三種情況下，用全混流反應器的體積各為多少?解TOC o 1-5 h zc-cFAV-0-r0c0AfA0c1.2(10.75)0.3由數(shù)據(jù)表，對應r0.5k

21、molm-3min-1AA“11.20.3o025x0.025m3R11.20.5x60、721.30.3oO51x0.051m3R21.30.5x6023反應A+BfR+S,已知VR=0.001m3,物料進料速率V0=0.5X10-3m3min-i,R0cA0=cB0=5molm3，動力學方程式為一rA=kcAcB，其中k=100m3kmol-imin-i。求：(1)反應在平推流反應器中進行時出口轉(zhuǎn)化率為多少？(2)欲用全混流反應器得到相同的出口轉(zhuǎn)化率，反應器體積應多大?(3)若全混流反應器體積VR=0.001m3,可達到的轉(zhuǎn)化率為多少?已矢口k=1m3kmol-1hr-1,cB0=3kmo

22、lm-3,cA飽和0.02kmolm-3，水溶液流量為10m3hr-1。解平推流AfkcA0dx(1-xA)2VkckcA0(匚Af-1)0.001x0.1x5=0.50.0005(1)全混流-c-c0.005-0.0025A0A0-rkcc100 x0.00252AB=Vt=0.5x10-3x4=2x10-3m3-c-c-rkccABA0(2)V=0.001m30.5x10-3x100 x0.005(1-x=0.3820-x24在全混流反應器中進行如下等溫液相反應：2AB+Crc=k1CA2A+B2DrD=2k2CACBA的初始濃度為2.5kmolm3,A和C的出口濃度分別為0.45和0.7

23、5kmolm-3。假設進口物流中不含B、C、D,反應時間為1250sec，求：出口物流中B和D的濃度；k1和k2。解反應共消耗A2.5-0.45=2.05kmol-m-3每消耗2個A生成1個C,生成C所消耗的A為2x0.75=1.5kmol-m-3生成D所消耗的A為2.051.5=0.55kmol-m-3每消耗1個A將生成2個D,因此D的出口濃度為0.55x2=l.lkmol-m-3每生成1個C伴生1個B,但每生成1個D又消耗0.5個B,所以，B的濃度為0.75-0.5x1.1=0.2kmol-m-3ACT=crC1250=0.750kx0.4521k=2.963x10-3m3kmol-1s-

24、11ACT=DrD1250=1.102kx0.45x0.22k=4.889x10-3m3kmol-1s-12第二章習題1.動力學方程的實驗測定時，有采用循環(huán)反應器的，為什么?答：循環(huán)反應器行為與全混流反應器相同，可以得到反應速率的點數(shù)據(jù)，而且反應器進出口濃度差比較大，對分析精度要求不很高。為什么可逆吸熱反應宜選平推流反應器且在高溫下操作，而可逆放熱反應卻不是?根據(jù)可逆放熱反應的特點，試問選用何種類型反應器適宜?為什么?答：可逆吸熱反應的反應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。可逆放熱反應的化學平衡隨溫度的升高向反應物方向移動，對達到高轉(zhuǎn)化率不利。對此類反應，可選用多段絕

25、熱反應器或換熱條件較好的管式反應器。一級反應A-P,在一體積為Vp的平推流反應器中進行，已知進料溫度為150C，活化能為84kJmol-i,如改用全混流反應器，其所需體積設為Vm，則Vm/Vp應有何關(guān)系?當轉(zhuǎn)化率為0.6時，如果使Vm=Vp,反應溫度應如何變化?如反應級數(shù)分別為n=2，1/2，-1時，全混流反應器的體積將怎樣改變？解：(-r)=kc=kexp(A0A0V_Fck(1-x)A0A0A-xkAPFRCSTR)cRTa仕-=丄Jxadx=_Z1ln(1-x)0(-r)ck01一xckAAA0AA0 xaVm=Ak(1-x)ln(1-x)pAA HYPERLINK l bookmark

26、118 =-exp(丄)RTRT(1-x)ln(1-x)mpAIFT_Tpm-xkm_Ak(1-x)ln(1-x)PAA-x_A(1-x)ln(1-x)AAVIFm=1andx=0.6AP1=-exp(E(T-T)PmIRTT丿Pm1=expx0.6X(1-0.6)ln(1-0.6)84000423.15-T丫mI8.314I423.15T丿丿mX1.6370.6109=exp23.876423.15-Tm-Tm423.15-T-0.4929=23.876mTm-0.02064T=423.15-TmT=432.07Km丿丿n=2,P，已知c=0.5kmol-m-3,A0c0；當此反應在間歇反應

27、P0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66.7%，求此反應的動力學方程式。dtc=c(1-x) HYPERLINK l bookmark106 AA0c=cxPA0dccdx HYPERLINK l bookmark300 A= HYPERLINK l bookmark136 dtdt=kc-kc=kc-k(c-c)1A2P1A2A0A=kcG-x)-k1A0cxA0dx訂k-(Jk2)Xdxdtk-(k+k)x112t=0,k+k12KkK=k2Kkk2c-PecAe=24k1cx=A0e=tc(1x)1A0 xexe0.667=210.667x=0.333(1

28、、1-1+-x0.3332丿丿=8Ink+k12丄ln(0.5)=0.6931=8k+kk+k1212比+k=0.08664k1k22k/k=212=0.05776min-1=0.02888min-1-rA=-dCA=0.05776c-0.02888cdtAP6.平行液相反應APrp=1A-RrR=2CAASrS=cA2已知cA0=2kmolm-3,cAf=0.2kmolm-3，求下列反應器中，cp最大為多少？(1)平推流反應器；2)全混流反應器;(3)兩相同體積的全混流反應器串聯(lián)，A1=1kmol.m-3。解r11SDPr+r+r1+2c+c2(1+c)2PRSAAAForPFRS=1fcA

29、0Sdcpc-ccPAA0AfAfc=S(c-c)=fcA01dcPpA0Afc(1+c)2AAfA1111=0.5kmol-m-3(1+c)-(1+c)=1+0.2-口AfA0ForCSTRc=S(c-c)=(c-c)-PpA0AfA0AfAf=1.25kmol-m-3=(2-0.2)1(1+0.2)2FortwoCSTRinSeriesc=(c-c)S+(c-c)SPA0A1P1A1AfP2=(2-1)1(1+1)2+(1-0.2)1(1+0.2)2=0.25+0.56=0.81kmol-m-37.自催化反應A+Pf2P的速率方程為：-丫A=kcApp,k=lm3kmol-imin-i,原

30、料組成為含A13%，含P1%(摩爾百分數(shù))，且cA0+cp0=lkmolm-3,出口流中cp=0.9kmoLm-3,計算采用下列各種反應器時的空間時間(tVr/V0)。(1)平推流反應器；(2)全混流反應器；(3)平推流與全混流反應器的最佳組合；(4)全混流反應器與一分離器的最佳組合。解c=lkmol-m3A0二0.0714Ain14Af二0.9二kcc二kc(1一x)cxAPA0AA0A=kc2(1一x)xA0AAForPFRdxCTO=A、=cfxAfA0 xAin(xAf1一x丿A丿 HYPERLINK l bookmark250 1fxdx HYPERLINK l bookmark21

31、4 fAf(1xA)xx1xxAinkcA0ln廠AinUr丿kcA0111占f：AfAAA0Ain/0.9、ln1_0.=4.76min(0.0714丿丿、1-0.0714丿dxForCSTRxxT=cAfAinAOkc2UxxA0AfAf1、/090.071411X(10.9)x0.9=9.2minForCSTR+PFR由于丄與-r的極值點相同，令H一衛(wèi)=0,有1-2x=0,rAdxAAAxx10.50.0714xAf=x=1.71minkc(1x)x1x1(10.5)x0.5A0A1A1=c(1x)=0.5kmolm一3A0A10.9、I一O.89丿=220匚可=、10.5丿T=T+T=

32、1.71+2.20=3.91min12x=0.5A1AincA1T=ln2ForCSTR+分離器dY)=0,x=0.5dxA1A1x一x10.5一0.0714.t=Af=-=1.71minkc(1x)x1x1(10.5)x0.5A0A1A1c-cT=Af(-r)Afd(T+T)12=dcA1c-cc1c-cc1cA0k-ccA0AfTA0-1kckckA1A1c10A0+c2kc2kcA1A1AfT-2-A1f-kcAfkckAfccc-1.ccA0AfA1、A0Af-0-1-vcA0AfkcAfAfc-0-1AfT=TV=V12R1R29.半衰期為20小時的放射性流體以0.1m3hr-1的流

33、量通過兩個串聯(lián)的40m3全混流反應器后，其放射性衰減了多少？解只有一級反應存在半衰期的概念。首先求反應速率常數(shù)：cAe-kt0.5e-20kk0.03466hr-1cA0對全混流反應器，Tf-rx=0.9327A代入數(shù)據(jù)(第一釜)：-)400-引)0.1kcQ-x)0.0346611-x丿A0AA第二釜，單釜轉(zhuǎn)化率仍為0.9327。總轉(zhuǎn)化率1-G-0.93270.995510.A進行平行分解反應，其速率式為/Rr=1kmolm-3min-iRA_S妒2%kmolmBmin-1TrT=cAkmolm-3min-1其中R是所要求的目的產(chǎn)物，cA0=1kmolm-3。試問在下述反應器進行等溫操作時，

34、預計最大的cR為多少?(1)全混流反應器；(2)平推流反應器。解低濃度操作對生成目的產(chǎn)物R有利，對全混流反應器，可在極低的濃度下操作-cAfgc(c-c)S(cRA0AfpA0AfAf(1-0)對平推流反應器，則盡量使其轉(zhuǎn)化率提高。dcAc(c-c)SIcA0.RAOAfpc1+3cAfAf1In10.462mol-m331+011.在0C時純氣相組分A在一恒容間歇反應器依以下計量方程反應：A-2.5P,實驗測得如下數(shù)據(jù)：時間/s02468101214spA/MPa0.10.080.06250.0510.0420.0360.0320.0280.020求此反應的動力學方程式。解當t8時，pAe=

35、0.2故為可逆反應，設此反應為一級可逆反應，則=kp1A-2.5k(p-p)2A0A-dPA=kp-kpdt1A2P積分，得(k+2.5k)t=Inao12p-pAAe以(-ln(pA-pAe)對t作圖t02468101214Pa0.10.080.06250.0510.0420.0360.0320.028PA-pAe0.080.060.04250.0310.0220.0160.0120.008ln(PA-PAe)2.5262.8133.1583.4743.8174.1354.4234.828y=0.1633t+2.5035k+2.5k=0.163312Kk2.5(p-p)2.5(1-0.2)1

36、Okp0.22Aek0.131k0.0131-r0.131p-0.0327(p-p)AAA0A12.氣相反應A+B=R的動力學方程為(-rA)=k(pApB-pJK)，式中k=3.5x10-8exp(-2620)C，k1=0.25hr-1，k2=0.05hr-1，進料流率0為1m3hr-1，cA0=1kmolm-3,cB0=cC0=0。試求：采用兩個R=1m3的全混流反應器串聯(lián)時,反應器出口產(chǎn)物B的濃度。解cA=cA0d+U1m第一個反應器出口：cA1，/kbao(l+ktkt)1m2m1=0.8kmol-m3(l+0.25)V1t=r=lhrmV10第一個反應器出口：c=f1X0.25)=0

37、.1905kmol-m-3BL(1+0.25)1+0.05)第二個反應器出口：c二廠08)=0.64kmol-m-3A2(1+0.25)就第二個反應器對B作物料衡算：VcVc=(kckc)V0B20B11A22B2R從中解岀c：B2kcV+Vc0.25X0.64+0.1905iA2r=0.3338kmol-m3V+kV02RcB21+0.0516.某氣相基元反應：A+2BP已知初始濃度之比cA0：Cb0=1：3，求dx的關(guān)系式。dt-rA1dnAVdt=21=n(Lx)A0AyA08=0.5AcdxA0A0.5xdtA1x=kcc2AB=n2nxB0A0Ac=cAAA010.5xAnn2nc=

38、boaoa=aoaoabVVQ0.5x丿V弋0.5x)0A0A3n2nxA0-32x=cA-A010.5xAdx=kc2lx/dtA0AIl0.5x丿A17.已知常壓氣相反應2A+BR+S動力學方程為r=kcacbkcrcs，A1AB2RS(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。試用下列三種方式表達動力學方程：p=cRTAA-rA-r=kcacb-kcrcs=kA1AB2RS1-k2-rA1-x=cA-AO1+8xAAc+O.5cxRO1+8xAA(1-XcA(AO1+8X)AA-k2yRrySsr+sAOAAAc-O.5cX-SO1+8XAA-O.5cXsAOAA

39、OA-k2c+O.5cx-O-1+8X/AAAOABO,1+8X丿AAc+O.5cXs-SO1+8X丿AAAOA18.高溫下二氧化氮的分解為二級不可逆反應。在平推流反應器中101.3kPa下627.2K時等溫分解。已知k=1.7m3kmol-1s-1,處理氣量為12Om3hr-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，求反應器的體積。解2NOTN+2O222-r=kc變?nèi)葸^程,k=1.7m3kmol-1s-1,V=12ONm3hr-1TOC o 1-5 h zAAOp=O.1O13kPa,T=627.2K,X=O.7OA(1)恒容過程V=Fi7RAOOk

40、c2(1-X)2AOAAO224oo=1.488x1O-3kmo1-s-11O1.3cAS=8.314x627.2=O.1943kmol-m-3X=5.41m31一XA“1.488x10-3V=R11.7x0.019432j0.71+8AxA1-xAV=-FA0R2kc20A0=2+1-2=0.5,VR2F=A0kc20A00.25FA0kc2A00.25F=A0kc2A0dxAyA01+0.5xAf(I0.711-xA=1,dxA、2一1dxA8=0.5x1=0.5AF=A0kc20A0j0.7(-0.5+0.5x+1.5)0.25FA0kc2A0、f9x+61n(1-x)+x11-xAA丿

41、AxA=0.7=8.382m32dxA+1dxA丿19.均相氣相反應A3P，服從二級反應動力學。在0.5MPa、350C和V0=4m3hr-1下，采用個25mm內(nèi)徑，長2m的實驗反應器，能獲得60轉(zhuǎn)化率。設計一個工業(yè)平推流反應器，當處理量為320m3hr-1,進料中含50%A,50%惰性物料時，在2.5MPa和350C下反應，為獲得80%的轉(zhuǎn)化率.求需用25mm內(nèi)徑，長2m的管子多少根?這些管子應并聯(lián)還是串聯(lián)？解(1)求速率常數(shù)kc=P0A0RT=0.0965kmolm一38.314x623.15nV=_x0.0252x2=9.817x10-4m3R4匕=218=AyA0=18=2A-rA=k

42、c2=kc2(AdxA1-xT=CjxAA00kc2A0l1+2x=1kcA0=1kcA0AA丿4x+12lnM.-x)+AAkcA0l1-xA丿2dx4x0.6+12ln(1-0.6)+-91-x丿A9)-91-0.6丿1-x1)2A01+2xA=丄x4.905kcA09.817x1-4=2.454x10-4hr=0.8836s4.905=57.52m3kmol-is-1Tc0.8836x0.0965A0(2)求反應器體積和管數(shù)y=0.5,e=y8=0.5x2=2,A0AA0AV=320m3hr-1=0.08889m3s-10k=4.905xx=0.8AFA0pV0.5x2500 x0.08

43、889=rA0=0.01985kmol-s-1RT8.314x673.15cA0p0.5x2500=0.2334kmol-m-3RT8.314x623.15V=FfxAf-dXARA00-r0Afxdx=FJXAfAA00kc2A=FfXAf一A00kc2A0(1+XdxA1-X、FJx=A0Afkc20A0FJx=A0Afkc20A0AU-Xa丿(4、2dxA+1dx丿0.8F=A0-kc2A00.019854+4ln(1-x)+x11-xAAA丿A0+4ln(1-0.8)+0.8-457.52x0.23342(1-0.8丿=0.06564m3N=.6564=679.817x10-4管子的串

44、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，其化學反應式為A-R+S,反應速率方程為-rA=kcA2，反應溫度為500C。這時測得的反應速率常數(shù)為k=0.25m3kmol-1s-1。反應在內(nèi)徑為25mm、長為1m的管式反應器中進行，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（反應條件下的計算值）。試求反應條件下的平均停留時間和空間時間。解=yA01-xc=c1AA01+xAA101.3PA0=RT8.314x(273.15+500)VT HYPERLINK l bookmark304 T=RON0SV

45、ST0V0Vxdx HYPERLINK l bookmark288 tCJAfAA00cA0=0.01576kmol-m-3273.1545x(273.15+500)=儷785128.26s1L1+xAf0A0(1-xA(-r)(1+x)kcAA11X/A+InG-x)-Af1-0A2)_、G-x丄A2、1xAf1kcA01kcA00.25x0.01576C2H3C1(A)(B)(O其動力學方程式可有如下幾種形式:(1)(2)(4)Pg-牛)(1+KpA+十KI、pt_.)杞KrKePnPe(1+K)(1十KhPq十KpP匚)1+xPA1KbJ?b1-K“P+Kpc試說明各式所代表的反應機理和

46、控制步驟解：A+nAnB-bcj13crAa+BoI、Co+g(控制兀驟)CffC+CTA+仃銳(2)卩十廳牛噸6Ac+Bs+w(控制涉驟)(-疔工：斗G2.在刃叱進行異丙苯的催化分解反應,CtH5CH(CHO2=C6HfC3Hfi(A)冋測得總壓p與初謹度兀的關(guān)系如下：Rn+S（l制兀驟）或仏口R+Sn）心、R+SUcv(控制步驟)當/0fhj,pR=ps=0Pz悶沖血線關(guān)系.實驗數(shù)據(jù)不符*U.)繪九R脫附控制，B得心=constg；驗數(shù)據(jù)不符廣=氐傀一7念廠W：-紅皿I+KrP；+心吊心Kra一忍P貳點口Kp一亂pR農(nóng)-4”1+K扎p扎十心弘p,+K扎+心Kp扎P&|-const氛丁烯在某

47、催化劑上制丁二烯的總反應為f匚亂JCH十巴（A）m（S）若反應按下列步驟進行，TOC o 1-5 h zaA十df，A（1）小Aa7RT4ScR仃十fK十口（1）分別寫出站酣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，若反應物和產(chǎn)物的吸附都很弱問此時對丁晞是幾級反應.解：法:（厲控制r=-k2ffA對WWM詁啊噲豳對c昭=切v幾令心+則兔=心風(3)山（3）代入彳訃：PsPrva山乞I兔I兔=得&=K應厶*麗”13)b為腔制步驟:鐵加片吸附很弱I：K1,K.1則2心K仇-九K護皿對丁二烯是一級反應口4在氧化鋰催化劑上進行乙醇氧化反應，C=H,OH+-03CH.CHO-bH.OABR其反應機理為畫C屮OH十2ci,.亍C.HjOa,+日切1AiOa+An,Hn,cCjHQd+Ob-CHiCHO+OH（32（控制步驟）A!BeROHa2M：兩類活性中心樂十+為T久+&QB1表面反應為控制歩驟，則快速八叫逆反爪d二饑務a川由呂得：如夙、二虹&芒心二*而且.當步驟出如不可逆吋*該步驟対