反应工程第五章习题答案

1、化学反应工程习题（第五章）5.1乙炔与氯化氢在HgCl2-活性炭催化剂上合成氯乙烯的反应 其动力学方程式可有如下种种形式： 试说明各式所代表的反应机理和控制步骤。 解：（1） （控制步骤） （2） （控制步骤） （3） （控制步骤）（4） （控制步骤） 5.2 在Pd-Al2O3催化剂上用乙烯合成醋酸乙烯的反应为 实验测得的初速率数据如下功刀等，化工志，71，2007（1968）. 115, ，。 注：1mmHg=133.322Pa如反应机理设想为 试写出反应速率并检验上述部分数据能与之符合否。解： （A） （B） （C） （E） （F） 计算值如下表：以对作图，基本上为一直线。上述数据与反应

2、速度式基本符合。5.3 某反应，其动力学方程式为 试导出平推流式的等温积分反应管中转化率XA与W/FAO的关系式。 解：设总压不变且 同理： 将各p值代人题中给出的动力学方程式，并简化得：式中： 并设是以单位床层体积为基准的，反应管中堆积密度为（不应存在密度项）。 5.4 在200下，苯在Ni催化剂上加氢。已知催化剂微孔的平均孔径4.0mm，求总压分别为0.1Mpa及3.5MPa下氢的扩散系数。 解：由陈甘棠（81版）表5.3-4查得： 设本系统可由苯与氢的二组分系统代表，则由（5.3-62）及（5.3-63）式，得：故： 由表5.3-3查得： 代入（5.3-61）式：当p=0.1MPa=1a

3、tm 时 当p=3.5MPa=35atm 时 至于努森扩散则由（5.3-65）式计算，它与总压是无关的。 由此可知，由于孔径较大，努森扩散的影响可以忽略。解法2：由于孔径4mm很大，因此直接用分子扩散的公式（参考朱炳晨的书）5.5 异丙苯在催化剂上裂解而生成苯，如催化剂为微球状，dp=0.4cm，p=1.06g/cm3，p=0.52, Sg=350m2/g，求在500，0.1Mpa时，异丙苯的微孔中的有效扩散系数。设已知微孔的曲折因子=3，异丙苯-苯的分子扩散系数为0.155cm2/s。 解： 孔径很小属努森扩散区： 迷宫因子是催化剂中的一种加速或者减弱催化的酶的催化系数，这个系数决定了催化的

4、速度。5.6兹有直径为0.2cm高0.2cm及直径为0.8cm高0.8cm的两种催化剂粒子分别在等温的管中进行测试，填充体积为150cm3，床层空隙率0.40，所用气体流量均为3cm3/s，粒子孔隙率均为0.35，迷宫因子0.20，反应为一级不可逆，对直径为0.2cm催化剂，达到的转化率为66%，而对直径为0.8cm的催化剂则为30%，如气体密度不变，问：（1）这两种床层催化剂有效系数是多少？（2）气体真实的扩散系数为多少？解：（1）设等比表面当量球半径Rp1, Rp2： 表面积/体积 ，故 ， 一级反应催化剂有效系数与浓度无关，分别设为1，2 式中，均以催化剂粒子体积为基准：， 根据式（5.

5、3-91）计算，用试差法求得： 此算法均是将圆柱子化作当量球形求解。（2）（或） 由式（5.3-78） 5.7 某组分A在540下的催化剂上反应，其速率式为 催化剂A的单位为Pa。如催化剂颗粒的密度为0.8g/cm3，当量直径为0.3cm，颗粒外表面上A的分压为pA,s=1.2104Pa，A的组分在粒内的扩散系数为0.020cm2/s,求催化剂的有效系数。解：用浓度表示时 PV=nRT故：-rA又R=0.3cm 代入（5.3-77） 于是从图5.3-11中查得：=0.915.8 某一加氢化反应，在0.2Mpa及80下进行，如粒子的p=1.16g/cm3，e=1.06510-1w/mK，H2在粒

6、内的扩散系数De=3.010-2cm2/s,反应热H=-180Kj/mol，反应的活化能为62.8Kj/mol，如反应组分在进料气中占20%，而用无内扩散影响的细粒子测得的反应速率为1010-7mol/sg催化剂，试估算粒度为dp=1.30cm时的反应速率。 解： 式中为以粒子体积为基准的粒子表面反应速度。 。由，在图5.3-16上试查得，。5.9 有一气-固相非催化反应 已知固体颗粒直径为2cm，颗粒表面的分压为0.09Mpa，反应速率由灰层内A的扩散所控制，该扩散系数为0.020cm2/s。如用缩核模型，求当B转化到40%及80%时所需的时间和当时的反应速率。解：由题意可得，反应速率由灰层

7、内扩散所控制，且为缩核模型： 简化 又 又 ，当时， 应为rB 当时， 5.10 一含有15%反应组分A和85%惰性组分的混合气体在总压0.2Mpa下通过含反应组分B2.610-6mol/cm3的60恒温液体，已知在该条件下，反应器中的持液率为0.85，比表面积为2.8cm2/cm3,传质系数kLA=0.066cm/s，扩散系数DLA=2.010-5cm2/s，亨利常数HA=1.18107Pa/mol/l,化学反应速率式 如气相传质阻力可以忽略，而液相中A的传质阻力需加考虑，问这时以单位容积计的反应速率为多少？ 解：（陈甘棠81版P314） 由已知可得，按拟一级反应处理，由（8-2-12）式

8、故，虽属慢反应，但传质仍有影响。 又： 因此反应速度为： 气体的溶解度有两种表示方法。（1）在一定温度下，气体的压强（或是该气体的分压，不包括水蒸气的压强）在101kPa下，溶解在1体积水里达到饱和状态时溶解的气体的体积（将非标准状况时气体的体积换算成标准状况时的体积数），就是这种气体在水里的溶解度。例如在0，氮气的溶解度是0.024，就是指在0，1体积水里最多能溶解0.024体积的氮气。（2）在一定温度下，气体的总压强是101kPa（气体的分压加上当时水蒸气的压强）时该气体在100g水里溶解的克数。 5.12 含有0.1%H2S的气流在2Mpa，20下以含有0.25mol/l甲醇胺的溶液吸收，其反应式为 此反应属不可逆瞬