化学反应工程第二版习题解答

目 录第一 章习题 .1第二章习题 .14第三章习题 .31第 四章习题 .38第五章习题 .51第六章 习题 .56第七章习题 .64第八章习 题 .71化学反应工程第二版习题解答1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 ，有什么条件?tcrdA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+2BCA+C D(2)A+2BCB+CDC+DE(3)2A+2BCA+CD化学反应工程第二版习题解答2解(1) D4CA3DD4CA32B1432A1ckrckckr(2) E6DC54CB3D E6DC54B32A121 ckckr ck(3) D4CA3DD4CA32B14321ckrck6 气相基元反应 A+2B2P 在 30和常压下的反应速率常数kc=2.65104m6kmol-2s-1。现以气相分压来表示速率方程，即(r A)=kPpApB2，求 kP=?（假定气体为理想气体）解 3-16 312643cP2BAp2Bcc1264c kPasmol105. K0lJ.8so5)(sol105.K37RTkrTpRTp化学反应工程第二版习题解答37 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。解 2Amin180iA0d19.)(.1kctkcxt为假 设 正 确 ， 动 力 学 方 程8 反应 A(g) +B(l)C(l)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： rA=kcAcB。由于反应物 B 在水中的浓度远大于 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 k=1m3kmol-1hr-1，c B0=3kmolm-3，c A 饱和 =0.02 kmolm-3，水溶液流量为 10m3hr-1。解 0.15kmol.5hrm0.6kol hrrl.32.131313ABAB CNrcck的 生 成 量 器 中 的 停 留 时 间反 应 时 间 即 液 相 在 反 应 均 为 常 数与由 已 知 条 件 ， 9 反应 ，在恒容下用等摩尔 H2，NO 进行实验，测O2H2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。解化学反应工程第二版习题解答4205.46.905.426.580.ln 31819173.3. 21lnl5.01ln5.01.1dd2A A0210Ap210Ap p112 pA0p1A0pApA0021t ptktnk kt tktkntkkt nnntnn 总作 图 ， 得 直 线对1pY = A + B * XParameter Value ErrorA 1.60217 0.01399B -1.9946 0.00834 三 级 反 应斜 率 31946.1n-2.1-2.0-1.9-1.8-1.7-1.6-1.5-1.4-1.3-1.24.0.24.64.85.0.25.4.6ln t1/2 lnpA0化学反应工程第二版习题解答510 考虑反应 ，其动力学方程为 试推导在3PAVnktrAAd1恒容下以总压表示的动力学方程。解 总总 总总 总 总总 总pt VRTpktRTVpnVnpntpA0A0AA00A003d2321d312311 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。时间/s 116.8 319.8 490.2 913.8 1188 cA/kmolm-3 99.0 90.6 83.0 70.6 65.3 42.4cB/kmolm-3 56.6 48.2 40.6 28.2 22.9 0解由 cA-cB=42.4 可知反应应按下列方式 A+B产物进行设为二级反应积分得：dktBA0A0ln1cckt以 对 t 作图若为直线，则假设正确。BA0Aln1c由 cA0-cB0=42.4 整理得数据如下：t 116.8 319.8 490.2 913.8 1188化学反应工程第二版习题解答6BA0Aln1cy0.0132 0.0149 0.0169 0.0216 0.0247线性回归：Y = A + B * XParameter Value ErrorA 0.01166 1.84643E-4B 1.08978E-5 2.55927E-7016.089.15tyBA5A3.dskmolctck12 丁烷在 700，总压为 0.3MPa 的条件下热分解反应：C4H102C 2H4+H2(A) (R) (S)起始时丁烷为 116kg，当转化率为 50%时 ，求此1AsMPa24.0dtp时 。tyntpdASR，解02040608010120.120.140.160.180.20.20.240.26y t化学反应工程第二版习题解答71AR sMPa48.02.d2tpt 1SSSt tSRAA0 SSSS skmol032.4d304d ll1kmol2kol15.0586dtptTVtnpnxn pRTVTntt总 ， 时1AAs8.1tty总13 某二级液相不可逆反应在初始浓度为 5kmolm-3 时，反应到某一浓度需要285s，初始浓度为 1kmolm-3 时，反应到同一浓度需要 283s，那么，从初始浓度为 5kmolm-3 反应到 1kmolm-3 需要多长时间？解t=285-283=2s反应前后体积不变的不可逆反应，已经反应掉的部分不会对反应产生任何影响。反应过程中的任意时刻都可以作为初始时刻和终了时刻。14 在间歇搅拌槽式反应器中，用醋酸与丁醇生产醋酸丁酯，反应式为： S R B AOHCOHC2943S94342 反应物配比为：A(mol):B(mol)=1:4.97，反应在 100下进行。A 转化率达50需要时间为 24.6min，辅助生产时间为 30min，每天生产 2400kg 醋酸丁酯（忽略分离损失） ，计算反应器体积。混合物密度为 750kgm-3，反应器装填系数为 0.75。解化学反应工程第二版习题解答833131111i 1.2m0.75894产0.894. .hr65产.in6r753.kg410.产hr64.kg792B9:1Ahr0.6.7mol58产5%r.62krkg240/R6 7 MSBA器器 投 料 量则量 流 量产 量15 反应(CH 3CO)2O+H2O2CH 3COOH 在间歇反应器中 15下进行。已知一次加入反应物料 50kg，其中(CH 3CO)2O 的浓度为 216molm-3，物料密度为 1050kgm-3。反应为拟一级反应，速率常数为 k=5.708107 exp(E/RT) min-1，E=49.82kJmol -1。求 xA=0.8 时，在等温操作下的反应时间。解 min6.308.1ln052.1ln52.)34.9exp(78.5A 17kt16 在 100下，纯 A 在恒容间歇反应器中发生下列气相反应:2AR+SA 组分分压与时间关系见下表 :t/sec 0 20 40 60 80 100 120 140 160化学反应工程第二版习题解答9pA /MPa 0.1 0.096 0.080 0.056 0.032 0.018 0.008 0.004 0.002试求在 100，0.1MPa 下，进口物流中包含 20%惰性物，A 组份流量为100molhr-1，达到 95%转化率所需的平推流反应器的体积。解 36 AA00.17m.21.37584s14 产.04MPa9%.MPa产产vVpp 时 间 为转 化 率 时 间 相 同 。间 与 间 歇 反 应 器 的 反 应平 推 流 反 应 器 的 停 留 时17 间歇操作的液相反应 AR，反应速率测定结果列于下表。欲使反应物浓度由 cA0=1.3kmolm-3 降到 0.3 kmolm-3 需多少时间?cA/kmolm-3 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1.0 1.3 2.0(rA