《化学反应工程》第三版(陈甘堂著)课后习题答案

1、化学反应工程第三版(陈甘堂著)课后习题答案第二章均相反应动力学基础24三级气相反应2NO+O22NO2,在30C。及1kgf/cm2下反应，已知反应速率常数2kC=2.65x104L2/(mol2s),若以rA二kppApB表示，反应速率常数kp应为何值？解：原速率方程rA=dcA2cB=2.65x104cAdt由气体状态方程有cA=代入式(1)25考虑反应A课所以kp=2.65x104x(0.08477x303)3=1.564后当压力单位为kgf/cm2时，R=0.08477，T=303K。答pp2rA=2.65x10AB=2.65x104(RT)3pApBRTRTp表示的动力学方程。解：.

2、因，wwnAp二A,微分得RTVdaw案24网pAp,cB=BRTRT3P,其动力学方程为（rA）=dnAn=kA。试推导：在恒容下以总压VdtV6A=31=21dnA1dpAVdtRTdt代入原动力学方程整理得wdpA=kpAdt设初始原料为纯A，yA0=1,总量为nO二nAO。反应过程中总摩尔数根据膨胀因子定义6A=nn0nA0nA若侵犯了您的版权利益，敬请来信通知我们！Yhttp:/.cn.co（1）mol/Ls（kgf/cm2）3m（1）则nA=nA01（nn0）6A1（PP0）6A（2）恒容下上式可转换为pA=P0所以将式（2）和式（3）代入式（1）整理得26在700C。及3kgf/

3、cm2恒压下发生下列反应：C4H10发生变化，试求下列各项的变化速率。（1）乙烯分压；（2）H2的物质的量，mol；（3）丁烷的摩尔分数。解：P=3kgf/cm2，（1）课MC4H10=58，2)w.krC2H4=2(rC4H10)=2x2.4=4.8kgf/(cm2s)PC4H10=PyC4H101dpC4H10=Pdt2.4-1=0.8s3w(3)nC4H10=nyC4H10=n0(1+6C4H10yC4H1010xC4H10)yC4H10dnH2dtdnH2dthdaw后nO=nC4H1010=6C4H10rC4H10=反应开始时，系统中含C4H*kg，当反应完成50%时，丁烷分压以2.

4、4kgf/(cm2s)的速率dyC4H10dt答1rCH=2.4224wdnC4H10dt案116x1000=2000mol582+11=21网dyC4H10二n0(1+0C4H10yC4H10,0xC4H10)dt=2000x(1+2x1x0.5)x0.8=3200mol/s若侵犯了您的版权利益，敬请来信通知我们！Yhttp:/.cno2C2H4+H2，dP二kA+1)P0P=k(3P0P)dtm(3)dpA1dP=dtSAdt29反应APS,(r1)=k1cA,(r2)=k2cp，已知t=0时，cA=cA0,cp0=cS0=0,k1/k2=0.2。反应在等温、间歇反应器中进行，过程为恒容过

5、程，求反应产物P的瞬时收率与总收率。解：cA=cA0ek1tk1k2tk1tc=c(ee)mPA0k1k2k1(ekoc2tek1trPkckkk)P=r=12P=1212kAk1cAk1e1t=1k2k网.案(e(k1k2)t1)1k2=k1k答1 k2k1akw2 k(k1k2)t=1.25e4k1t0后2e.25课dck1kek2tek1t)1k2(P0.25(1e4k1t)P=c=1ekitA0cAek1t1或由khiP=cA0cA/cAcA0pdcA计算。.第三章均相反应过程3-iww解：(1)k=ilniix=ilnii0.7=0.0926min-1tA13T=1111(2)平推流

6、反应器kln1x=ln=13minA0.092610.7S11V=13=0.0769min-lT若侵犯了您的版权利益，敬请来信通知我们！Yhttp:/.cnwT=(3)全混流反应器xA0.7=25.2mink(1xA)0.0926x(10.7)11SV=0.0397min-1T25.232，已知进料中含30%A(摩尔分率)，其余为惰性物料，加料流量为6.3mol/s，动力学方程为：(rA)=0.27cA(mol/m3m在555K及3kg/cm2下，在平推流反应器中进行反应：s)，为达到95%转化率。试求：(1)所需空速是多少？(2)反应器容积大小。解：vF0RT=6.3x0.08206x555

7、0=o81x10/1.013x10=99c.42L/s=0.09942m3p3x9.45/sT二1kln11x=1.27ln1网10.95=11.1sA0.SV=1/t=1/11.1二案0.09s-1V=v0T=0.答w09942x1134后a.1=1.104m3均相气相反应d,服从二级反应动力学。在5kg/cm2,350C。和v0=4m3/h下，采用一个2.5cm内径,2mh长的实验反应器,能获得60%转化率。为了设计工业规模的反应器，当处理量为320m3/h,进料中含50%A,50%惰性物料时,在25kg/cm2和350C下反应,为获得80%转化率,试求：k(1)需用2.5cm内径，2m长

8、的管子多少根？(2)这些管子应以并联或串联？.w假设流动状况为平推流,忽略压降,反应气体符合理想气体行为。解：631A=1=2,yA0=1wcA0=p=5x9.81x1048.314x(350+273)=97.4mol/m3RTccA0(1xA)cA0(1xA)A=1+6=AyA0xA1+2xA2r22A=kcA=kcA01xA1+2xA若侵犯了您的版权利益，敬请来信通知我们！Yhttp:/.cnw由设计方程xAdxV1At二二cAOJ二0rv0kcA0A/0.61+2xA1 xdxAA21kcA0/0.62 21xdxAA0.624.905kcm1=kcA09+x+x12ln(1)4AAx1

9、A0A0所以V=4.905v0kc（1）oA0工业反应条件下：ypya0cA0=0.5,cAO二网RT=2.5cA.0cCA0（1案xA）c+6=0xAwAO（1xA）A=1答AyA1+xA2T后=Va0.8d1+xA课v=cxAdxA1AOO/Or=AkcAO/1xdxAA210.8hkcA20/1x1AdxA0.8k=14kc1x+4ln(1xA)+xAA0A0.=10.36kcwA0所以V二10.36v0kc(2)A0w比较式(1)和式(2)得：V10.*V=n=10.364.905cA0cv0A0v=04.905x2.5x4=67.6-68根应并联组合。35丙烷热解为乙烯反应可表示为：

10、C3H82H4+CH4,(忽略副反应)若侵犯了您的版权利益，敬请来信通知我们！Yhttp:/.cnw在772C。等温反应时，动力学方程为：dpA二kpA,其中，k=0.4h-1。若系统保证恒压，dtp=1kgf/cm2，。求当xA=0.5时，所需平推流反应器的体积v0=800L/h(772C,1kgf/cm2)解：因6A=cA=dcpA，动力学方程可转换为：A=kcAdtRTm1+11=1,1yA0=1ccA0(1xA)cA0(1xA)A=1+6=AyA0xA1+xAoT=Vv=cxAdxA10.51+xAA0设计方程OJOr二AkJO1xAdxAc=1k/0.5021x1A网.=1案dxA0

11、.5k2ln1答1xAxA=10.4后（2ln20.5）a0=2.216hV课二v0T=800dx2.216=1773L38一级反应AP，在一体积为Vp的平推流反应器中进行，已知进料温度为150C。，活化能为84k/mol。今改用全混流反应器，起所需体积为Vm，则Vm/Vp应有何关系？若转化率分别为06和0.9,如要使Vm二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变化？w解：一级不可逆反应设计方程wPFRVv0p=kln1P1x（A）ACSTRV=v0mxAk（B）m1xA（1）等温反应kVmxAP=km，贝ij，V=p(1xA)ln(1xA)

12、(2)若Tp=150C。，要求VP二Vm，则有，若侵犯了您的版权利益，敬请来信通知我们！Yhttp:/.cnwE1kmxA1=exp(1xA)ln(1xA)kpRTTmP当xA=0.6时，由式(C)求得Tm=159C。当xA=0.9时，由式(C)求得Tm=175.6C(3)n级不可逆反应设计方程PFR(C)v0VP=n1kcn11111xn1m(D)A0ACSTRVv0xAm=okcn1A0(1xA)nc(E)当n=2时VmV网=11x1pA.当n=1/2时Vm案x1/2V=A=1+(1xA)1答p2(1xA)1/w2(1xA)2(1xA)1/2当n=1时后V课Vam=2(1xA)1310dp

13、2xA某一分解反应Prp=2cAAS1rs1=1S2r2s2=cAw已知cA0=1mol/L,且S1为目的产物，求：(1)全混釜；(2)平推流；(3)你所设想的最w合适反应器或流程所能获得的S1最高浓度是多少？解：(1)CSTRCS1S1二c=1A0cA(1+cA)2/ccA0cAS1=(1+c2A)若侵犯了您的版权利益，敬请来信通知我们！Yhttp:/.cnw当cA=0时，cS1二cA0=1.0mol/L。cS1=JdcA=JcA0cAcA0(2)PFRcA1A(1+cA)2当cA=0时，cS1=0.5mol/L。m111+cA2(3)采用全混流反应器与分离装置组合，cS1=1.0mol/L

14、。第四章非理想流动o42c脉冲示踪测得如下数据，求E、F。t/min0123.467891Oc(t)/(g/L)OO3案1解：（1）求C0答00aCO二cit=0课ti=30t/min03*-*c(t)/(g/L)kh12043210E(t)000.10.16330.10.0670.0330F(t).000.050.1830.3670.5670.7330.850.9330.9831wtE(t)00330.30t2E(t)672.7wt=4.78mino2t=26.34.782=3.46o2o2t3.

15、46e24.782=0.1524-9有一反应器被用于某一级反应，对该反应器进行示踪一一应答试验，在进口出加入6函数，示踪物在出口处响应为：若侵犯了您的版权利益，敬请来信通知我们！Yhttp:/.cnwt/sc(t)100203305405504602701800已知该反应在全混釜中进行时，在同样T下，xAf=0.82，求本反应器所能获得的xAf?解：t/sc(t)C0=*-*-*02m701*0+4x(3+5+2)+2x(5+4+1)+0=2003E(t)00.0150.0250.0250.020.01tE(t)00.30.75110.6o0.0050.35t2E(t)0622.54050c3

16、624.5xA(t)0*.*.*.9969.0.*.*.9999xAE(t)0.01350.0242网0.010.0051030+4x(0.3案+1+0.6)w0.02480.0199t=+2x(0.75+1+0.35)+0=39.3so2t二100+答3后4x(6+40+a36)+2x(22.5+50+24.5)+039.32=195.5o课2=195.5039.32d=0.127由CSTR的设计方程hT=t=xAfk(1xAf)所以kk=xAfT(1X=0.82Af)3x(10.82)=0.1159s-139.w故.xA(t)=1e0.1159t用不同反应时间代入上式计算转化率,并填入表格

17、wxAf=1030+4x(0.0135+0.0248+0.01)+2x(0.0242+0.0199+0.005)+0=0.97146个封闭容器，已知流动时测得Eu/uL=0.2，若用串联的全混流反应器能表达此系统，则串联釜应为多少？2o2=21Pe210Pe(1ePe)解：=2x0.22x0.22x(1e5)=0.3205N=1o2=1.3205=3.12=300若侵犯了您的版权利益，敬请来信通知我们！Yhttp:/.cnw4-10脉冲示踪测得反应器内停留时间分布数据如题4-9。进有液液均相反应A+B产物，已知cAO二cBO,若此反应在平推流反应器中进行，可得转化率为99%，求（1）用扩散模型

18、时，转化率为多少？（2假定多级全混流模型可用，求釜的数目及所能达到的转化率。解：（1）4-9已接得002=0.127,反应器为闭式容器，则由11002=22（1ePe）=0.1272mPePe试差法解得Pe=14.7。o由PFR中二级反应的设计方程T二xAkcA0（1xA）C得kcxAAOT二案1x网.=由kcw0.99=99A10.99A0t=99，Pe/2=7.35，查图答4-17a，得1xA=0.018所以，扩散模型计算的转化率后dxA=10.018=0.982（2）多级全混流模型的参数课N=1o2=10.127=7.87-89由kcA0T=99h,N=8,查图得，1xA=0.017w所

19、以,多级全混流模型计算的转化率xA=10.017=0.983若侵犯了您的版权利益,敬请来信通知我们！Yhttp:/.cnw52（1）A+B+A+BCoAoBo催化剂与催化反应动力学CoC+om（2）A+oo1B+oo2Bo2Ao1+Bo2Co2+o1cCo2C+o2网.（3）A+oAo案B+wBoAo+BC+oa（4）B+BoBo+ACoCoC+o57.wa=2VgS=2sp2x0.52gS=gpp350x10x1.06=2.8x1074cmwDK=9700a（T/M）1/2=9700x2.8x107x（773一120）1/2=6.89x103cm2/sD=11/D/D=10.0066cm2/

20、sAB+1K1/0.155+1/0.00689D3e=spDT0.52x0.0066=1.14x10cm23/s固定床反应器若侵犯了您的版权利益，敬请来信通知我们！Yhttp:/.cnw61u=G*=4.63m/sp1.5x36003x103x4.63x1.5=*-*(1sB)1.8x105x(10.45)LdSReMdpup1sBp=1.75s3B210.45425pu=1.75xxx1.5x4.63=4.53x10Pa30.450.003m62h=0.2271T3rV1+100B1o(1)2(1sB)oc=0.227x网1.31+案0.421x673=69.2W/m2K2x(10.42)x

21、11001h0.227o答3wa3.227后2oTmrS=100课=0xd1673221x100=69.2W/mK入OehhrVd入二spB1s1+入B+12入k1rS+3入申+p入入S.w入=0.5810.0546=10.6查图6-15得1=0.17,2=0.06申二必B0.26w2+(申1申2)0.216=0.06+(0.170.06)x0.420.260.216=0.128入0e10.42入=0.42x69.2x0.00512所以1+0.0546+10.128+3x10.60.0546=2.668+4.34=7.01dp0.005d=查图6-14得(aB)=0.11t0.1Yhttp:/

22、.cn=0.05若侵犯了您的版权利益，敬请来信通知我们wRep=则dpup=114.50.005x2x1.513.1x105入e/入二入Oe/入+(aB)RepPr=7.01+0.11xll4.5x0.7=15.83入e=15.83x0.0546=0.886W/mK(2)XS=10.6入查图6-15得W=0.105m入WhrVd入=pWs2+入+1W11入1orS+p3入S申+W入c入0W69.2网.10.7入=0.7x2+x0.0050.0546+111案+3x10.6=5.838+3.175=答09.013w.105+0.05461h0d后a课=1d0.50=10.5二wp/XXOw/M/入9.0137.010.0396h*wdp入二CPh1/3rR1/2ep=4x0.71/3x114.51/2=38.0hwdp1入kh0wdp入+1110.0396