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1、优秀学习资料欢迎下载第一章（摩尔衡算）作业答案：P1-11A 在一个连续流动的反应器中反应：AB等温进行，计算当进料的摩尔流率为5mol/h, 假设反应速率 -rA为：（a） -rA=k， k=0.05mol/h.L 时（b） -rA=kCA， k=0.0001s-1时（c） -rA=kCA2， k=3 L/mol.h 时消耗 99%的组分 A（即 CA=0.01CA0）时，对 CSTR 和 PFR 反应器需要的反应器体积。进料的体积流量为10L/h。注意： FA=CAv。当体积流量恒定时，v=v0, 因此，FA=CAv0。故 CA0=FA0/v0=（5 mol/h）/(10L/h)=0.5m
2、ol/L 。 解：（a）在 CSTR 中，组分 A 的摩尔平衡方程为：AoAAFFVr00.0110/0.5/0.990.99990.05/.AoAAoAAoCvC vCvCvvCL hmolLVLkkkmolh L对 PFR，组分的摩尔平衡方程为：AAdFrdV摩尔流率与体积流率之间的关系：AAFC v由于体积流率 v 恒定，故有：AAAdFdC vdCvdVdVdV对零级不可逆反应，反应速率可写为：Ark将 rA代入方程得到：AAdCvrkdV整理得：AvdCdVk反应器入口的条件：当V=0 时 CA=CA0对上式子积分：00AACVACvdCdVk给出方程：0()AAvVCCk将 CA0
3、、CA、v 和 k 的数值代入方程，得：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 8 页优秀学习资料欢迎下载10/(10.01)0.5/990.05/L hVmol LLmol h L（b）在 CSTR 中，组分 A 的摩尔平衡方程为：AoAAFFVr0100.0110/999927500.010.00013600AoAAoAAACvC vCvCvvL hVLkCkCkh根据（ a）中 PFR的求解方法，得出一级不可逆反应的V 的表达式：0lnAAvCVkC将 CA0、CA、v 和 k 的数值代入方程，得到：110/1ln127.
4、90.000136000.01L hVLh（c）在 CSTR 中，组分 A 的摩尔平衡方程为：AoAAFFVr00022000.0110 /9900990066000(0.01)3 /0.5/AAAAAAAC vC vC vC vvL hVLkCkCkCL mol hmol L根据（ a）中 PFR的求解方法，得出二级不可逆反应的V 的表达式：011()AAvVk CC将 CA0、CA、v 和 k 的数值代入方程，得到：10 /11()6603 /0.50.010.5L hVLL mol h第二章（转化率和反应器尺寸）作业答案：在体积为 2.5 m3的理想 BR 中进行液相反应：ABP，反应温
5、度维持在 75，实验测 定 反 应 速 率方 程为 ：AABrkC C，32.7810/.kl mol s，004/ABCCmol l，0684/minAFmol求： （1）反应器中 A 的转化率达 80%时所需的时间。（2）上述反应在 PFR 中进行， A 的转化率达 80%时所需反应器体积。（3）上述反应在 CSTR 中进行， A 的转化率达 80%时所需反应器体积。（4）上述反应在两个串联的PFR 中进行， A 的转化率分别为50和 80%时所需反应器体积。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 8 页优秀学习资料欢迎下载
6、（5）上述反应在两个串联的CSTR 中进行， A 的转化率分别为50和 80%时所需反应器体积。解：由于 A 和 B 的初始浓度相同，而且反应过程二者的反应量相同，所以在整个反应过程中 CACB，所以反应速率可表达为2AAkCr（1）由 BR 设计方程可得反应所需的时间为：)(7.359)8 .01(41078.28.0)1()1(30022000200000sXkCXXKCdXCKCdXCrdXVNVrdXNtAAAAXAAAAAAAXAAAXAAAAAXA（2）由 CSTR 的设计方程可得反应器的体积为：0022320(684/60)0.85125.9( )(1)2.78 1044(10.
7、8)AAAAAAAFXFXVLrkCX（3）由 PFR 的设计方程可得反应器的体积为：00022230000684 / 600.81025.2()(1)(1)2.781044(10.8)AAXXAAAAAAAAAAAdXFdXFXVFLrKCXKCX（4）由 PFR 的设计方程可得当转化率为50时反应器的体积为：0.5000222300000.5684 / 600.5256.3( )(1)(10.5)2.781044(10.5)AXAAAAAAAAAdXFdXFVFLrKCXKC当转化率由 50到 80时所需反应器的体积为：0.80.80000222230.50.50000.80.5684/
8、600.80.5()768.9( )(1)(10.8)(10.5)2.78 1044 (1 0.8)(10.5)AAAAAAAAAAAdXFdXFFVFLrKCXKCKC（5）由 CSTR 的设计方程可得当转化率为50时反应器的体积为：0022320(684 / 60)0.5512.6()(1)2.781044(10.5)AAAAAAAFXFXVLrkCX当转化率由 50到 80时所需反应器的体积为：021021223202()()(0.6841000 / 60)(0.80.5)1922()(1)2.781044(10.8)AAAAAAAAAFXXFXXVLrkCX精选学习资料 - - - -
9、 - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 8 页优秀学习资料欢迎下载第三章（速度定律和化学计量方程）作业答案：P3-12A（1）将2H作为计算的基准，建立等压等温流动系统中等摩尔2N和2H进料时下列反应的完整的化学计量表。2231322NHNH（2）如果入口总压为16.4atm，入口温度为1727，计算2H的转化率为60%时氨和氢气的浓度。（3）如果将2N作为计算的基准，2N的转化率能达到60%吗？解： （1）以2H作为计算基准，化学反应式整理为：2231233HNNH化学计量表为：组分符号初始量变化量剩余量2HA 0AF0AFX0(1)AFX2NB 0BF
10、013AFX01(1)3AFX3NHC 0 023AFX023AF XT 002TAFF00223TAAFFFX（2）由理想气体定律可得入口处A 的浓度为：000.5 16.40.05(/)0.082(/)(1727273)AAyPatmCmolLRTL atm mol KK对于反应2231233HNNH，2121333入口处： FA0FB0，则 yA00.5，所以A01y3由于压力和温度保持不变，2HAA0A01X1X10.6CCCC0.050.025(mol/ L)111X1X10.6333CNHCA0A0222X0X0.6333CCCC0.050.025(mol/L)111X1X10.6
11、33（3）以2N作为计算基准，化学反应式整理为：22332NHNH精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 8 页优秀学习资料欢迎下载2312，yA00.5，所以A0y12NA0A01X1X10.6CCC0.050.05(mol / L)1X1X10.62BHA0A03X13X130.6CCC0.050.1(mol / L)1X1X10.62HC不能小于 0，所以以2N作为计算基准，2N的转化率不能达到60%。第四章（等温反应器设计计算）作业答案：P4-12B在一个等温管式（活塞流）反应器中，发生不可逆气相基元反应BA2。反应物
12、A 和稀释剂 C 以等摩尔比加入，并且A 的转化率为 80 %。如果 A 的摩尔进料流率减少一半， 假设 C 的进料流率保持不变， 那么 A 的转化率为多少？假设气体的理想性和反应器的温度保持不变。解：对于不可逆气相基元反应BA2，整理为0.5AB膨胀因子0.5-1-0.5 对于二级反应，由课本P147公式（ 4-17）得：22020(1)2 (1)ln(1)1AAFXVXXkCX第一种情况下：因为00ACFF，所以00.5Ay00.5*(0.5)0.25Ay000.5ATTAyPPCRTRT第二种情况下：因为000.5AAFF，000CCAFFF所以00.333Ay00.33*(0.5)0.
13、165Ay000.33AATTyPPCRTRT所以000.5AAFF，0023AACC精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 8 页优秀学习资料欢迎下载22020(1)2 (1)ln(1)1AAFXVXXkCX（1）代入已知量，整理得到：2002.9AAVkCF02220(1)2(1)ln(1)()1AAFXVXXk CX（2）把式（ 1）/式（2） ，整理得：22(1)2(1)ln(1)2.581XXXX代入A，试差得：X 0.76 可见当 A 的摩尔进料流率减少一半，而C 的进料流率保持不变， A 的转化率为 76。第六章（
14、复合反应）作业答案：1. 在一定的反应温度下A 发生下述平行反应：RAK1312 . 0(/.)ArCk m o lmhSAK222320.2(/. )ArCkmol m h其中 R 是主产物，S是副产物。反应原料为纯的反应物A，其初始浓度为 10 kmol/m3。（1）计算 A 的转化率为 80%时的瞬时选择性。（2）对该平行反应，采用怎样的操作方式可以提高反应过程的选择性？解： （1）根据瞬时选择性的定义：22.0100.2RASAArCSrCC当 A 的转化率为 80%，CACA0（1-0.8）2 kmol/m3，101052ASC（2）由于10ASC，所以在反应过程中， 为了使 S尽可
15、能大，需要使 A 的浓度尽可能低，为此可以采用以下方法： （a）采用 CSTR 反应器（ b）加入惰性物质稀释进料（ c）如果反应为气相反应，采用低压操作2. 在一个间歇反应器中进行连串一级不可逆等温反应：66HCk1ClHC56k3246ClHC精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 8 页优秀学习资料欢迎下载反应过程体积不变化，ClHC56为主产物，246ClHC为副产物。已知 k11.0 h-1，k20.5 h-1，入口为纯66HC进料，计算该连串反应所能达到的最优转化率和最优转化时间。解：对于一级连串反应，其最优转化率1
16、21/()1/(0.5 1)121110.750.5kkkoptkXk最优转化时间1122111lnln1.3910.50.5optkthkkk第十章（多孔催化剂的扩散和反应）作业答案：P12-4B 在不同温度、流速和颗粒尺寸时， 在微分填充床反应器中发生反应：AB，结果见图 P12-4。（1） 在什么条件下（ dp、T、FTO）外扩散成为控制步骤？（2） 哪些区域为反应速率控制？（3） 哪些区域为内扩散控制？（4） 在 T400，dp0.8cm 时内扩散有效因子为多少？图 P12-4 解：（1） 在 T400K，FTO 2500mol/s条件下外扩散成为控制步骤。（2）在 T300K，dp2
17、500mol/s，dp2500mol/s，0.1cm dp 0.8cm区域为内扩散控制。（4） 在 T400，dp0.8cm 时，内扩散有效因子：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 8 页优秀学习资料欢迎下载100.6715催化剂颗粒的实际反应速率内扩散无影响时的反应速率2、下表为转框反应器中测得的气固催化反应动力学数据：No. 粒径dp出口反应物浓度CA转速N 反应速率rA1 0.5 1 800 4 2 1 1 800 4 3 2 1 800 2 4 2 1 300 2 （1）请分析该实验装置的外扩散阻力情况？（2）请分析
18、该实验装置的内扩散阻力情况？（ 3）请分别求出第 1 组和第 3 组实验中的内扩散有效因子？解： （1）比较（ 3）和（4）两组数据可知：当转速改变时，反应速率不变，可见外扩散阻力非常小，外扩散的影响已消除。（2）比较（1） 、 （2）和（3）三组数据可知：当催化剂粒径由2减小到 1 时，反应速率发生变化，可见内扩散对反应过程有影响；当催化剂粒径由1 减小到 0.5 时，反应速率不变化，可见内扩散对反应过程无影响。可见，当粒径小于1 时，内扩散对反应过程无影响。（3）由定义可知：内扩散有效因子，速率内扩散无影响时的反应速率催化剂颗粒的实际反应第（1）组实验中，144第（3）组实验中，20.54
19、3、在球形催化剂上进行一级不可逆反应PA，催化剂的粒径为2.4mm，气流主体中A 的浓度为 1mol/m3，测得单位床层表观反应速率(rA)obs2.7710-5mol/(cm3.s)，组分 A 在颗粒内有效扩散系数为0.15cm2/s，外部传质系数为KG30cm/s。请问：（1）外扩散对反应过程是否有影响？（2）内扩散对反应过程是否有影响？可通过什么途径来消除该影响？解：（1） 由 Mears判据得：15.01108. 0)/(101)/(301)(24. 021)./(1077. 2)(3635cmmolscmcmscmmolCkRnrAGGobsA可见外扩散无影响。（2）由 Weisz-Prater判据得：532226312.77 10 (/(. )(0.24()22.659210.15(/ ) 1 10 (/)AWPeAsmolcm scmrobs RCD Ccmsmol cm可见内扩散有影响。可通过减小催化剂直径来消除内扩散的影响。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 8 页