化学反应工程郭锴着课后答案.pdf

目 录 第一章习题 1 第二章习题第二章习题 14 第三章习题第三章习题 31 第四章习题第四章习题 38 第五章习题第五章习题 51 第六章习题第六章习题 56 第七章习题第七章习题 64 第八章习题第八章习题 71 w w w k h d a w c o m 课后答案网 化学反应工程 第二版习题解答 第一章习题第一章习题 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 t c r d d A A 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 A C D 2 A 2B C B C D C D E 3 2A 2B C 1 w w w k h d a w c o m 课后答案网 化学反应工程 第二版习题解答 A C D 解 1 D4CA3D D4CA3C2 2 BA1C C2 2 BA1B D4CA3C2 2 BA1A 22 ckcckr ckcckckcckr ckcckr ckcckckcckr 2 E6DC5D4CB3D E6DC5D4CB3C2 2 BA1C D4CB3C2 2 BA1B C2 2 BA1A 22 ckcckckcckr ckcckckcckckcckr ckcckckcckr ckcckr 3 D4CA3D D4CA3C2 2 B 2 A1C C2 2 B 2 A1B D4CA3C2 2 B 2 A1A 22 22 ckcckr ckcckckcckr ckcckr ckcckckcckr 6 气相基元反应A 2B 2P在 30 和常压下的反应速率常数kc 2 65 104m6kmol 2s 1 现以气相分压来表示速率方程 即 rA kPpApB2 求kP 假定气体为理想气体 解 3 1 36 3 11 1264 3 c P 2 BApA 2 BA c 2 BAcA 1264 c kPasmkmol10655 1 K303KkmolkJ314 8 skmolm1065 2 skmolm1065 2 K30330273 RT k k ppkr RT p RT p kcckr RT p c k T 2 w w w k h d a w c o m 课后答案网 化学反应工程 第二版习题解答 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 解 2 A A min18A0 min8A0 A A A0 d d 2 1 9 01 9 0 18 1 2 1 8 01 8 0 8 1 1 1 kc t c kc kc x x c kt 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 cB0 3kmol m 3 cA饱和 0 02 kmol m 3 水溶液流 量为 10m3hr 1 解 0 15kmol5m0 5hrhrm0 06kmol 0 5hr hr10m 5m hrmkmol06 0302 01 313 13 3 13 A BABAA C NC r ccckcr 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HO2HN2NO2H 222 2 NO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 3 w w w k h d a w c o m 课后答案网 化学反应工程 第二版习题解答 解 205 4644 4905 4226 5580 5ln 304 1526 1658 1814 1995 1ln 67104135186265 2715 02175 01905 01630 01360 0 2 1 lnln1 1 5 01 ln 1 5 01 5 0 1 1 5 0 1 1 1 dd dd d d 21 A0 21 A0 A0210A p 1 21 1 0A p 1 21p 1 A0 11 0AA0A21 p 1 A 1 0Ap 1 A 0 A pAAp A A A0 A 0A 21 t p t p pptpn nk tp nk tkpp n pptt tkpp n tk n p tpp tkpppk t p n n n nnn nn p p n p p t n nn 总 作图 得直线对 A021 lnlnpt 2 1 2 0 1 9 1 8 1 7 1 6 1 5 1 4 1 3 1 2 4 0 4 2 4 4 4 6 4 8 5 0 5 2 5 4 5 6 ln t1 2 lnpA0 Y A B X Parameter Value Error A 1 60217 0 01399 B 1 9946 0 00834 三级反应斜率319946 19946 1 nn 4 w w w k h d a w c o m 课后答案网 化学反应工程 第二版习题解答 10 考虑反应 其动力学方程为3PA V n k t n V r AA A d d1 试推导在恒 容下以总压表示的动力学方程 解 总 总 总 总 总 总 总 总 pp t p V RT Vpp k t p RT V V p RT V n RT Vpp nppp ppppp nnntt pp nt p A0 A0 A A0 AA0A AA0AA0A AA0A A0A0 A0 3 d d 2 3 d d 21 d 2 d 2 3 3 2 1 233 3 0 00 PA 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 时间 s 116 8 319 8 490 2 913 8 1188 cA kmol m 3 99 0 90 6 83 0 70 6 65 3 42 4 cB kmol m 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 BA A d d ckc t c 积分得 BA0 B0A B0A0 ln 1 cc cc cc kt 以 B A B0A0 ln 1 c c cc 对 t 作图若为直线 则假设正确 由cA0 cB0 42 4 整理得数据如下 t 116 8 319 8 490 2 913 8 1188 5 w w w k h d a w c o m 课后答案网 化学反应工程 第二版习题解答 B A B0A0 ln 1 c c cc y 0 01320 01490 01690 02160 0247 线性回归 020040060080010001200 0 012 0 014 0 016 0 018 0 020 0 022 0 024 0 026 y t Y A B X Parameter Value Error A 0 01166 1 84643E 4 B 1 08978E 5 2 55927E 7 01166 0 100898 1 5 ty BA 5 A 1135 100898 1 d d skmolm100898 1 cc t c k 12 丁烷在 700 总压为 0 3MPa 的条件下热分解反应 C4H10 2C2H4 H2 A R S 起始时丁烷为 116kg 当转化率为 50 时 1 A sMPa24 0 d d t p 求此时 t y t n t p d d d d d d ASR 解 6 w w w k h d a w c o m 课后答案网 化学反应工程 第二版习题解答 1 AR sMPa48 024 02 d d 2 d d t p t p 1 SSS t tSRA AA0 SS S S AS skmol032 0 300 4 24 d d 300 4 d d d d 300 4 kmol4kmol1kmol2kmol1 5 0kmol2 58 116 dd d d d d t p t p RT V t n RT p RTn V nnnn xn p RT V n RT Vp n t p t p 总 时 1 AA s8 024 0 3 0 1 d d1 d d t p pt y 总 13 某二级液相不可逆反应在初始浓度为 5kmol m 3时 反应到某一浓度需要 285s 初始浓度为 1kmol m 3时 反应到同一浓度需要 283s 那么 从初 始浓度为 5kmol m 3反应到 1kmol m 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 A OHHCOOCCHOHHCCOOHCH 2943 SOH 943 42 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 750kg m 3 反应 器装填系数为 0 75 解 7 w w w k h d a w c o m 课后答案网 化学反应工程 第二版习题解答 3 3 13 1 1 1 1 11 i 1 2m 0 75 0 8949 总体积反应 0 8949m0 910 9834有效体积反应 0 91hr 60 54 6 折合54 6min3024 6总生产时间 hr0 9834m 750 737 5 换算成体积流量 hr737 5kg634 1103 4总投料量 hr634 1kg744 97724 1B4 97 1B A hr103 4kg601 724折算成质 hr1 724kmol 0 5 0 862 的投料量A 则50 转化率 hr0 862kmol 116 100 hr100kg2400 24R 116 74 60 M SRBA 器 器 投料量则 量流量 产量 15 反应 CH3CO 2O H2O 2CH3COOH在间歇反应器中 15 下进行 已知一 次加入反应物料 50kg 其中 CH3CO 2O的浓度为 216mol m 3 物料密度为 1050kg m 3 反应为拟一级反应 速率常数为k 5 708 107 exp E RT min 1 E 49 82kJ mol 1 求xA 0 8 时 在等温操作下的反应时间 解 min6 30 8 01 1 ln 05252 0 1 1 1 ln 1 min05252 0 288314 8 49820 exp 10708 5 A 17 xk t k 16 在 100 下 纯 A 在恒容间歇反应器中发生下列气相反应 2A R S A 组分分压与时间关系见下表 t sec 0 20 40 60 80 100 120 140 160 pA MPa0 10 0960 0800 0560 0320 0180 0080 004 0 002 8 w w w k h d a w c o m 课后答案网 化学反应工程 第二版习题解答 试求在 100 0 1MPa下 进口物流中包含 20 惰性物 A组份流量为 100mol hr 1 达到 95 转化率所需的平推流反应器的体积 解 3 6 AA0 0 1077m100 0 21100 1 373 158 314 3600 100 100s40140 所需要的反应0 004MPa95 0 08MPa 由数据表可知 v V pp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A R 反应速率测定结果列于下表 欲使反应物浓 度由cA0 1 3kmol m 3降到 0 3 kmol m 3需多少时间 cA kmol m 3 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 60 70 81 01 3 2 0 rA kmol m 3min 1 0 1 0 3 0 5 0 6 0 5 0 25 0 10 0 06 0 05 0 045 0 042 解 A A0 A d d mkmol3 0mkmol3 1 A A 0 A A A0 3 Af 3 A0 c c x r r c r x ct cc 图解积分 3 A mkmol c 0 10 2 0 30 4 0 50 60 70 8 1 0 1 3 2 0 1 A r 10 3 332 01 672 04 010 16 720 0 22 2 23 8 min7 1233 6 67 3 702 2 2 2220 2 3 0 207 16 2 2 0 104267 1 2 7 160 2 2 1 0 r t 18 一气相分解反应在常压间歇反应器中进行 在 400K和 500K温度下 其反 应速率均可表达为 rA 23pA2 mol m 3s 1 式中pA 的单位为kPa 求该反应 的活化能 解 9 w w w k h d a w c o m 课后答案网 化学反应工程 第二版习题解答 1 500A 400A 2 2 A 2 2 A 132 AA molJ7421 500 1 400 1 314 8 exp 25 16 50023 K500 40023 smkmol23 K400 E E r r Rcr Rcr pr RTcp A A AA 下 同理 下 将分压换算成浓度 19 有如下化学反应 CH4 C2H2 H2 C2H4 CH4 I A B P I 在反应前各组分的摩尔数分别为nI0 1mol nA0 2mol nB0 3mol nP0 0 求化学膨胀率 用两种方法 解 方法一 3 1 3 1 321 2 1 1 111 AA0A AA0A y y 方法二 3 1 321 32122301 0 01 A x xx V VV 20 在 555K及 0 3MPa下 在平推流管式反应器中进行气相反应A P 已知进 料中含A 30 摩尔分数 其余为惰性物料 加料流量为 6 3mol s 1 动 力学方程式为 rA 0 27cA mol m 3s 1为了达到 95 转化率 试求 1 所需空速为多少 2 反应器容积大小 解 10 w w w k h d a w c o m 课后答案网 化学反应工程 第二版习题解答 1 R 0 0 0 VNO 3 0R 111 V 95 0 0 A A 95 0 0 A A A0 13 3 0 s131 0 075 1 1013 015 555 3 015 273 0969 0 m075 1 10 110969 0 s09 0 10 11 s10 11 95 01 1 ln 27 0 1 127 0 dd sm0969 0 300 15 555314 8 103 6 V p p T T V S VV S x x r x c V 标准空速为 21 液相一级不可逆分解反应A B C于常温下在一个 2m3全混流反应器 CSTR MFR 连续搅拌槽式反应器 中等温进行 进口反应物浓度为 1 kmol m 3 体积流量为 1m3hr 1 出口转化率为 80 因后续工段设备故 障 出口物流中断 操作人员为此紧急停止反应器进料 半小时后故障排 除 生产恢复 试计算生产恢复时反应器内物料的转化率为多少 解 9264 0 1 0736 01 mkmol0736 0 2 0 hr2 2 0 2 01 1 2 0A AA0 A 3 A 5 02 A 0A A 1 Af AA0 0 c cc x ce c e c c k kr cc V V kt 料即为间歇反应器全混流反应器切断进出 首先求反应速率常数 22 第 17 题中的反应 1 当cA0 1 2kmol m 3 进料速率 1kmolA hr 1 转化率 为 75 2 cA0 1 3kmol m 3 进料速率 2kmolA hr 1 出口为 0 3kmol m 3 3 cA0 2 4kmol m 3 出口仍然为 0 3kmol m 3 进料速率为 1kmolA hr 1 计算三种情况下 用全混流反应器的体积各为多少 解 11 w w w k h d a w c o m 课后答案网 化学反应工程 第二版习题解答 3 3R 3 2R 3 1R 13 AA A0 A0 0 Af AA0 0 m029 0 605 0 3 04 2 4 2 1 m051 0 605 0 3 03 1 3 1 2 m025 0 605 0 3 02 1 2 1 1 minmkmol5 03 075 0 12 1 V V V rc c F V r cc V V 由数据表 对应 23 反应A B R S 已知VR 0 001m3 物料进料速率V0 0 5 10 3m3min 1 cA0 cB0 5mol m3 动力学方程式为 rA kcAcB 其中k 100m3kmol 1min 1 求 1 反应在平推流反应器中进行时出口转化率为多少 2 欲用全混流 反应器得到相同的出口转化率 反应器体积应多大 3 若全混流反应器体 积VR 0 001m3 可达到的转化率为多少 已知k 1m3kmol 1hr 1 cB0 3kmol m 3 cA饱和 0 02kmol m 3 水溶液流量为 10m3hr 1 解 平推流 5 0 0005 0 51 0001 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 d1 0 A0R Af Af0A 0 2 A A 0A0 R Af V kcV x xkcx x kcV V x 1 全混流 333 0R 2 BA AA0 A AA0 0 R m1024105 0 4 0025 0 100 0025 0005 0 VV ckc cc r cc V V 12 w w w k h d a w c o m 课后答案网 化学反应工程 第二版习题解答 2 3820 0 1 1 1005 0 100 105 0 m001 0 1 A2 A A 2 A A 3 3 R 2 A 2 0A AA0 BA AA0 A AA0 0 R x x x x x V xkc xc ckc cc r cc V V 24 在全混流反应器中进行如下等温液相反应 2A B Crc k1cA2 A B 2DrD 2k2cAcB A的初始浓度为 2 5kmol m 3 A和C的出口浓度分别为 0 45 和 0 75kmol m 3 假设进口物流中不含B C D 反应时间为 1250sec 求 1 出口物流中 B 和 D 的浓度 2 k1和k2 解 1133 2 2D D 1133 1 2 1C C 3 3 3 3 3 skmolm10889 4 2 045 02 01 1 1250 skmolm10963 2 45 0 075 0 1250 mkmol2 01 15 075 0B B5 0D1B1C1 m1 1kmol20 55DD2A1 mkmol55 05 105 2AD mkmol5 175 02ACC1A2 mkmol05 245 05 2A k kr C k kr C 的浓度为 所以 个又消耗个 但每生成个伴生个每生成 的出口浓度为 因此个将生成个每消耗 为所消耗的生成 为所消耗的 生成个生成个每消耗 反应共消耗 13 w w w k h d a w c o m 课后答案网 化学反应工程 第二版习题解答 第二章习题第二章习题 1 动力学方程的实验测定时 有采用循环反应器的 为什么 答 循环反应器行为与全混流反应器相同 可以得到反应速率的点数据 而且反应器进出口浓度差比较大 对分析精度要求不很高 2 为什么可逆吸热反应宜选平推流反应器且在高温下操作 而可逆放热反应 却不是 根据可逆放热反应的特点 试问选用何种类型反应器适宜 为什 么 答 可逆吸热反应的反应速率与化学平衡都随温度的升高而升高 高温下 操作对二者都有利 可逆放热反应的化学平衡随温度的升高向反应物方向 移动 对达到高转化率不利 对此类反应 可选用多段绝热反应器或换热 条件较好的管式反应器 3 一级反应A P 在一体积为VP的平推流反应器中进行 已知进料温度为 150 活化能为 84kJ mol 1 如改用全混流反应器 其所需体积设为Vm 则Vm Vp应有何关系 当转化率为 0 6 时 如果使Vm Vp 反应温度应如何 变化 如反应级数分别为n 2 1 2 1 时 全混流反应器的体积将怎样改 变 解 1ln 1 exp 1ln 1 1 CSTR 1ln 1 1 d1 d PFR exp AA A pm AA A p m A0A A A0 m A A0 0 A A A0 0 A A A0 P A0AA AA xx x RT E RT E xxk kx V V xkc x F V x kcx x kcr x F V c RT E kkcr xx 14 w w w k h d a w c o m 课后答案网 化学反应工程 第二版习题解答 1ln 1 1ln 1 IF AA AA A P m mp xx x xxk kx V V TT A K07 432 15 42302064 0 15 423 876 234929 0 15 423 876 23exp6109 0 637 1 15 423 15 423 314 8 84000 exp1 6 01ln 6 01 6 0 exp1 0 6 and 1 IF m m m m m m m m mP mP A P m T TT T T T T T T TT TT R E x V V m n n n n kc xF V cV V c V V kc x F V n c V V kc x F V n cV V kc x F V n Af AfA0 m 1 Am1 m 2 A 1m 1m 1 A A A0 m 2 1 A 1m 2 1m 2 1 A A A0 m A1m 2m 2 A A 0A m 1 1 2 1 1 2 或 4 在体积VR 0 12m3的全混流反应器中 进行反应 式SRBA 2 1 k k 15 w w w k h d a w c o m 课后答案网 化学反应工程 第二版习题解答 中k1 7m3kmol 1min 1 k2 3m3kmol 1min 1 两种物料以等体积加入反应器 中 一种含 2 8kmolA m 3 另一种含 1 6kmolA m 3 设系统密度不变 当 B的转化率为 75 时 求每种物料的流量 解 13 BA 13 A B0B 13 A 3 A 3 SR 3 B 3 B0 3 0A hrm24 0 2 48 0 hrm48 0 15 6012 0 min15 04 0 2 08 0 minmkmol04 0 6 06 032 08 07 mkmol8 06 04 1 mkmol6 075 0 8 0 mkmol2 075 0 18 0 mkmol8 0 2 6 1 mkmol4 1 2 8 2 vv v r cc r c cc c c c 半 每一股是总物料量的一 5 可逆一级液相反应 已知 当此反 应在间歇反应器中进行 经过8min后 A的转化率为33 3 而平衡转 化率是66 7 求此反应的动力学方程式 PA 0 mkmol5 0 P0 3 0 ccA 解 xckxck t xc t c xcc xcc cckckckck t c r A02A01 A0A A0P A0A AA02A1P2A1 A A 1 d d d d 1 d d 16 w w w k h d a w c o m 课后答案网 化学反应工程 第二版习题解答 xxtt xt t xkkk x xkkk t x 0 0 d d d d 211 211 8333 0 2 2 667 0 1 667 0 1 1 ln 1 2 1 e e e0A e0A Ae Pe 2 1 1 211 21 tx k k K x x xc xc c c k k K t k xkkk kk PA A A 1 2 1 1 21 21 2121 21 02888 005776 0 d d min02888 0 min05776 0 2 08664 0 8 6931 0 5 0ln 1 8333 0 2 1 11ln 1 cc t c r k k kk kk kkkk kk 6 平行液相反应 A P rP 1 A R rR 2cA A S rS cA2 已知cA0 2kmol m 3 cAf 0 2kmol m 3 求下列反应器中 cP最大为多少 1 平推流反应器 2 全混流反应器 3 两相同体积的全混流反应器串联 cA1 1 kmol m 3 解 17 w w w k h d a w c o m 课后答案网 化学反应工程 第二版习题解答 3 A0Af A 2 A Af0A p P AP AfA0 p 2 A 2 AASRP P P mkmol5 0 21 1 2 01 1 1 1 1 1 d 1 1 d 1 PFRFor 1 1 21 1 A0 Af 0A Af cc c c ccSc cS cc S cccrrr r S c c c c 3 22 Af AfA0AfA0 p P mkmol25 1 2 01 1 2 02 1 1 CSTRFor c ccccSc 3 22 P2AfA1P1A1A0P mkmol81 0 56 025 0 2 01 1 2 01 11 1 12 Seriesin CSTR For two SccSccc 7 自催化反应A P 2P的速率方程为 rA kcAcP k l m3kmol 1min 1 原料 组成为含A 13 含P 1 摩尔百分数 且cA0 cP0 l kmol m 3 出口流 中cP 0 9 kmol m 3 计算采用下列各种反应器时的空间时间 VR V0 1 平推流反应器 2 全混流反应器 3 平推流与全混流反应器的最佳组合 4 全混流反应器与一分离器的最佳组合 解 AA 2 A0AA0AA0PAA AfAin 3 A0 1 1 9 00714 0 14 1 m1kmol xxkcxcxkcckcr xxc 18 w w w k h d a w c o m 课后答案网 化学反应工程 第二版习题解答 min76 4 0714 01 0714 0 9 01 9 0 ln 11 1 1 1 ln 1 d 1 1 11 1 d1d PFRFor Ain Ain Af Af A0 AA0AAA A A0A A A0 Af Ain Af Ain Af Ain x x x x kc x xxkcxx x kcr x c x x x x x x min2 9 9 09 01 0714 09 0 11 1 1 CSTRFor AfAf 2 0A AinAf 0A xxkc xx c min91 320 271 1 20 2 5 01 5 0 9 01 9 0 ln mkmol5 0 1 min71 1 5 0 5 01 0714 05 0 11 1 1 1 5 00210 d d 1 PFRCSTRFor 21 2 3 A1A0A1 A11A AinAf 0A 1 A1A A A A A xcc xx xx kc xx x r r r 有令的极值点相同与由于 min71 1 5 0 5 01 0714 05 0 11 1 1 1 5 0 0 d d CSTRFor A1A1 AinAf A0 1A A A xx xx kc x x r 分离器 8 在两个串联的全混流反应器中进行一级反应 进出口条件一定时 试证明 当反应器大小相同时 两个反应器的总容积最小 证 19 w w w k h d a w c o m 课后答案网 化学反应工程 第二版习题解答 AfA0A1Af0A 2 A1 Af 2 A1 0 1A 21 Af 1A Af Af1A 2 1A 0A 1A 1A0A 1 fA AfA0 0 1 0 d d 11 cccccc kckc c c kkc c kc cc kkc c kc cc r cc A R2R121 Af A0 Af AfA0 2 Af A0 Af0A 0A 1 1 11 1 11 VV c c kkkc cc c c kkcck c 9 半衰期为20小时的放射性流体以0 1m3hr 1的流量通过两个串联的40m3全 混流反应器后 其放射性衰减了多少 解 9955 0 9327 0 11 9327 0 9327 0 103466 0 400 1 1 1 0 40 hr03466 0 5 0 2 A A A AA0 AA0A0 A AA0 120 0A A 总转化率 为第二釜 单釜转化率仍 第一釜代入数据 对全混流反应器 首先求反应速率常数 期的概念 只有一级反应存在半衰 x x x xkc xcc r cc kee c c kkt 10 A进行平行分解反应 其速率式为 R rR 1 kmol m 3min 1 A S rS 2cA kmol m 3min 1 T rT cA kmol m 3min 1 其中R是所要求的目的产物 cA0 1kmol m 3 试问在下述反应器进行等温 操作时 预计最大的cR为多少 1 全混流反应器 2 平推流反应器 解 低浓度操作对生成目的产物R有利 对全混流反应器 可在极低的浓度下操作 20 w w w k h d a w c o m 课后答案网 化学反应工程 第二版习题解答 1 001 1 01 21 1 AfAf AfA0 p AfA0R cc ccSccc 对平推流反应器 则尽量使其转化率提高 3 A Af p AfA0R mmol462 0 01 1 ln 3 1 d 31 1A0 Af c c c c Sccc 11 在0 时纯气相组分A在一恒容间歇反应器依以下计量方程反应 A 2 5P 实验测得如下数据 时间 s 0 2 4 6 8 10 12 14 pA MP a 0 10 080 06250 0510 0420 0360 032 0 028 0 020 求此反应的动力学方程式 解 当t 时 pAe 0 2故为可逆反应 设此反应为一级可逆反应 则 AeA A0Ae 21 AA02A1P2A1 A ln 5 2 5 2 d d pp pp tkk ppkpkpkpk t p 积分 得 以 ln pA pAe 对t作图 t 0 2 4 6 8 10 12 14 pA 0 1 0 080 06250 0510 0420 0360 032 0 028 PA pAe 0 080 060 04250 0310 0220 0160 012 0 008 ln pA pAe 2 5262 813 3 1583 4743 8174 1354 423 4 828 21 w w w k h d a w c o m 课后答案网 化学反应工程 第二版习题解答 0246810121416 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 ln pA pAe t B Linear Fit of Data1 B AA0AA 21 Ae AeA0 2 1 21 0327 0131 0 0131 0131 0 10 2 0 2 01 5 2 5 2 1633 05 2 5035 21633 0 pppr kk p pp k k K kk ty 12 气相反应A B R的动力学方程为 rA k pApB pR KP 式中 2138 Pasmmol 2620 exp105 3 T k 112 P Pa 3560 exp100 7 T K 请确定最佳反应温度与转化率之间的关系 解 22 w w w k h d a w c o m 课后答案网 化学反应工程 第二版习题解答 比较合理 代入 设 比较合理 代入 设 校核 设初始时 K20175 0MPa05 0 K2215 0MPa05 0 1 5 01 1037 3ln 3560 5 01 1 26203560 100 72620 ln 3560 11 1 1 1 5 00 1037 3ln 3560 26203560 100 72620 ln 3560 26203560 100 72620 ln 3560 3560 exp 100 7 26203560 2620 0 2620356026203560 exp 100 7 105 3 26202620 exp105 3 3560 exp100 7 2620 exp103 5 AA0 AA0 2 AA0 AA11 AA 2 AA0 12 op AA AA0 R AA AA0 B AA AA0 A AR0B0A0 BA R11 R BA 12 op R BA 12 R 12 BA A 2 R 12 8 2 BA 8 12 BA 8 p R BA A p R BAA Txp Txp xp xx xx xp T x xp p x xp p x xp p ppp pp p p pp T p pp T T ppp T r TT p T pp T T T p pp T T K p ppk T r K p ppkr R 23 w w w k h d a w c o m 课后答案网 化学反应工程 第二版习题解答 13 某液相一级不可逆反应在体积为VR的全混釜中进行 如果将出口物料的一 半进行循环 新鲜物料相应也减少一半 产品物料的转化率和产物生成速 率有什么变化 解 全混流循环时 Af A0Af A0 r xx c 出口物料一半与等量的xA 0的物料混合 xA0 0 5xAf k k x x x k xk x xkc xx c 21 2 1 2 1 5 0 1 5 0 Af Af Af Af Af AfA0 AfAf A0 与简单地把处理量减半等效 k kVcV k k c V xc 21221 2 2 RA00 A0 0 AfA0 14 有一自催化反应A R 动力学方程为 rA 0 001cAcR kmol m 3s 1 要求 反 应 在4个0 1m3的 全 混 流 反 应 器 中 进 行 反 应 物 初 始 浓 度 cA0 10kmol m 3 cR0 0 处理量为5 4 m3hr 1 如何排列这4个反应器 串 联 并联 或串并联结合 才能获得最大的最终转化率 最大的转化率是 多少 解 3 A AA A RA AA0 0 R RA AA0 RA0AAAA0 A AA0A A A A AA0ARAA mkmol486 3 55001 0 5 001 0 s2003600 4 5 31 0 3 s200 55001 0 510 001 0 5 2 1 00 d 001 0d 0 d d 001 0001 0 c cc c cc cc V V cc cc cccccc c ccc r c r cccccr 另外一个串联在后面 恰好是最佳操作条件个反应器并联 将 最大当 24 w w w k h d a w c o m 课后答案网 化学反应工程 第二版习题解答 6514 0 10 486 3 11 A0 A A c c x 15 一级不可逆连串反应 kCBA 21 kk 1 0 25hr 1 k 2 0 05hr 1 进 料流率V0为1m3hr 1 cA0 1kmol m 3 cB0 cC0 0 试求 采用两个VR 1m3 的全混流反应器串联时 反应器出口产物B的浓度 解 3 R20 B10RA21 B2 B2 RB22A21B10B20 3 A2 3 B1 3 1A 0 R m m2m1 m1 A0B m1 A0A mkmol3338 0 05 01 1905 064 025 0 B mkmol64 0 25 01 8 0 mkmol1905 0 05 0125 01 25 01 mkmol8 0 25 01 1 hr1 1 1 111 1 VkV cVVck c c VckckcVcV c c c V V kk k cc k cc 从中解出 作物料衡算 就第二个反应器对 第二个反应器出口 第一个反应器出口 第一个反应器出口 16 某气相基元反应 A 2B P 已知初始浓度之比cA0 cB0 1 3 求 t x d d A 的关系式 解 25 w w w k h d a w c o m 课后答案网 化学反应工程 第二版习题解答 A A A0 A0 AA0A0 A0 AA0B0B B AA0B0B A A A0A 2 BA A A A0 A AA0A AA0AA0A A A 5 01 23 5 01 23 5 01 2 2 5 01 1 d d 5 01 5 0 4 1 31 1 2 1 211 11 d d1 x x c xV xnn xV xnn V n c xnnn x x cc ckc t x x c r y xVVxnn t n V r 2 A A A 2 0A A 5 01 23 1 d d x x xkc t x 17 已知常压气相反应 SRB2A 2 1 k k 动力学方程为 试用下列三种方式表达动力学方 程 srba cckcckr SR2BA1A 1 组分分压 2 组分摩尔分率 3 组分初始浓度和A的转化率 解 sr sr ba ba sr sr ba ba sr sr ba ba srba RT P yyk RT P yyk RT pp k RT pp kr yPp RT pp k RT pp kcckcckr RTcp 总总 总 SR2BA1 SR 2 BA 1A AA SR 2 BA 1SR2BA1A AA 26 w w w k h d a w c o m 课后答案网 化学反应工程 第二版习题解答 sr ba x xcc x xcc k x xcc x x ckr x xcc c x xcc c x xcc c x x cc AA AA0S0 AA AA0R0 2 AA AA0B0 AA A A01A AA AA0S0 S AA AA0R0 R AA AA0B0 B AA A A0A 1 5 0 1 5 0 1 5 0 1 1 1 5 0 1 5 0 1 5 0 1 1 18 高温下二氧化氮的分解为二级不可逆反应 在平推流反应器中101 3kPa 下627 2K时等温分解 已知k 1 7m3kmol 1s 1 处理气量为120m3hr 1 标 准状态 使NO2分解70 当 1 不考虑体积变化 2 考虑体积变化时 求反应器的体积 解 70 0 K 2 627 kPa1013 0 hrNm120 skmolm7 1 2ON2NO A 13 0 1132 AA 222 xTp Vkkcr 1 恒容过程 3 A A 2 3 1R 3 AS 13 A0 7 0 0 2 A 2 0A A 0AR m41 5 101943 07 1 10488 1 mkmol01943 0 2 627314 8 3 101 skmol10488 1 36004 22 120 1 d x x V c F xkc x FV 2 变容过程 27 w w w k h d a w c o m 课后答案网 化学反应工程 第二版习题解答 3 7 0 AA A A 2 A0 A0 A 7 0 0 A 2 A 2 0A A0 A 7 0 0 2 A 2 0A A0 A 7 0 0 2 A A 2 A0 A0 A 7 0 0 2 A A 2 A0 A0 R2 A0AA A 7 0 0 A AA 2 A0 A0 2R m382 8 1ln 6 1 925 0 d1 1 6 1 925 0 d1 1 325 0 d 1 5 15 05 0 d 1 5 01 5 015 0 1 5 0 2 212 d 1 1 A x xx x x kc F x xxkc F x xkc F x x x kc F x x x kc F V y x x x kc F V 19 均相气相反应A 3P 服从二级反应动力学 在0 5MPa 350 和V0 4m3hr 1 下 采用 个25mm内径 长2m的实验反应器 能获得60 转化率 设 计一个工业平推流反应器 当处理量为320m3hr 1 进料中含50 A 50 惰性物料时 在2 5MPa和350 下反应 为获得80 的转化率 求需用 25mm内径 长2m的管子多少根 这些管子应并联还是串联 解 1 求速率常数k 2 A A 2 A0 2 AA AA0A 342 R 3 0A A0 21 1 212 1 13 m10817 9 2025 0 4 mkmol0965 0 15 623314 8 500 x x kckcr y V RT p c 28 w w w k h d a w c o m 课后答案网 化学反应工程 第二版习题解答 905 4 1 9 6 01 9 6 01ln126 04 1 9 1 9 1ln124 1 d 1 211 21 1 d A0 A0 A AA A0 0 2 A A 0A 0 2 A A 2 0A A 0A AA kc kc x xx kc x x x kc x x kc x c xx 113 0A 4 4 0 R skmolm52 57 0965 0 8836 0 905 4 1 905 4 s8836 0hr10454 2 4 10817 9 c k V V 2 求反应器体积和管数 3 0A 0A 1 00A 0A 1313 0 AA0AA0A mkmol2334 0 15 623314 8 25005 0 skmol01985 0 15 673314 8 08889 0 25005 0 sm08889 0 hrm320 8 0 225 0 5 0 RT p c RT Vp F V xyy x xxkc F x x x kc F x