《化学反应工程第二版课后答案解析.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化学反应工程第二版课后答案解析.pdf（80页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
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？卷：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
2、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 一 以=-也，有什么条件？d/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险测定采用间歇反应器？琴：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。(DA+2B CA+C-D(2)A+2B tCB+C-*DC+DTE(3)2A+2B-CA
3、+C-D解人=-kCACl+k2CC -k3CACC +k A%=-2占4。+2k/cG=kicAca-k2cc-kfA q+A/DrD k3cAcc-k4cD么=-%4+为0%=-2kcAcl+2k2cc-k3cBec+kAcDrc=勺4%kg。-k3cBec+kD -kccco+A 6cEO=k3cBec 一 +及6，EA -2勺。人。+2 A 2。一 人3cAec+勺&%=-+2k gcrc=京 混-k2cc-k3cAcc+k4cD%=k3cAec-kA6 气相基元反应A+2BT 2P在30 和常压下的反应速率常数.dS XIO km o l s-1.现以气相分压来表示速率方程，即（一
4、）=加四例2,求历=?（假定气体为理想气体）解7=273+30=303K）lc=2.65x104m6k 7mor2s-c=-RT-：、=也4=%令 仁a一 公=45PA区k.一 2.65直0%6。守。（KT），G-3 14kJ kmorK-x 303K）=1.655 x 10-6kmoi-mskPa37 有一反应在间歇反应器中进行，经 过8m i n后，反应物转化掉8 0%,经过18m i n后，转 化 掉9 0%,求表达此反应的动力学方程式。解k t =-CAO、1 0.8 1o I-U.o Z_ 1 0.9.1“。z|_09 _ 2假设正确，动力学方程为一 也=比：d t 八8 反 应A(
5、g)+B(I)T C(I)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：-*kcQs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5m 3时C 的生成量。已知 Z l n？km o l-i hr T,c&o=3km o l ,m _3,e x他 知=0.0 2ki n o l ,m-3,水溶液流量为 10 m3hr-1 o解-i =k chc3 由已知条件，与O均为常数-rA=1 x 0.0 2 x 3=0.0 6km o l -m-3hr-1反应时间即液相在反应
6、器中的停留时间10 m hrC的生成最N,=0.0 6km o l -m-Jhr-l x 0.5hr x 5m3=0.15km o l9 反应2H/2 N OTN二+2 H?O,在恒容下用等摩尔出，NO进行实脸，测得以下数据_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _总压/MP a 0.0 272 0.0 326 0.0 381 0.0 435 0.0 543半衰期/s 265 186 135 10 4 67求此反
7、应的级救。解2-等=h p；-pndpA=kpdf一 工 小二 年-P7)=JI =%PA=S 5 PAO-（PAO 65,p A kphR1-0.5 l,1-0.5-z,、,&（_1）外。=%垢卜（_ ）+（1 -）l nP A。=In%pM 0.1360*265In PAO-1995In ty2 5.5800.1630 0.190 5186 135-1.814-1.6585.226 4.90 50.217510 4-1.5264.6440.271567-1.30 44.20 5In%对In PAO作图，得直线Y=A+B*XP ar am e t e rV al u eE r r o rA1
8、.60 2170.0 1399B-1.99460.0 0 834斜率-1.9946-1.9946=1 =3三级反应31 0 考虑反应Af 3 P,其动力学方程为一4=-皿 =区试推导在A K d/V恒容下以总压表示的动力学方程。解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/s116.8 319.8 490.2 913.8 1188 oocA/kmo I m-3km o I nr：99.0 90.6 83.0 70.6 65.3 42.456.6 48.2 40.6 28.2 22.9 0解由 CA-6=42.4 可知反应应按下列方式A
9、+BT产物进行设为二级反应-幺=斤 幺,积 分 得：卜=一!一 始 空 迦.幺0-G o 。0小以!In 幺 对 t 作图若为直线，则假设正确。C AO。80%由CAO-CBO=4 2.4整理得数据如下：t116.8 319.8 490.2 913.8 118841 C 0.0 13 0.0 14 0.0 16 0.0 21 0.0 24L 嬴3 2 9 9 6 7线性回归：Y=A+B*XP ar am e t e r V al u e E r r o rA 0.0 1166 1.84643E-4B 1.0 8978E-5 2.55927E-7y =1.0 898x 10-51+0.0 116
10、6左=1.0 898 x 10-5 m km o Ls=1.0 898 x IO-5 CACB12 丁烷在70 0,C,总压为0.3MP a的条件下热分解反应：C 4H10 T 2c2H4+均(A)(R)(S)起始时丁烷为116kg.当转化率为50%时 一 见 =0.24MP a-s-1求此时d/-d-R ,-d-/?-s,-d-)-odt d/山解5蚣=2（-也）=2x 0.24=0.48MPa s-d/V d/；飒=即Ad/d/wA0=2kmol xA=0.5 时58I、=Ikmol,R=2kmoh ns=Ikmoh nt=4kmol 凡 RT 4xRTy=-=-P总 300圾=上 蛆=2
11、圾=0.032kmol.s-1dz RT di 300 d/30013 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 2 8 5 s,初始浓度为1kmolm-3时，反应到同一浓度需要2 8 3 s,那么，从初始浓度为5kmol m-3反 应 到 1kmol,m-3需要多长时间？解Q285-283=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。1 4 在间歇揽拌槽式反应器中，用醋酸与丁醇生产醋酸丁酯，反应式为：CHjCOOH+C4HMOH CH5COOC4H9+H2O(A)(B)(R)(S)
12、反应物配比为：A(mol)：B(mol)=1：4.9 7,反 应 在 100C下进行。A 转化率达 50%需要时间为24.6 m in,辅助生产时间为30m in,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。6A+B-R +SMj 60 74 116R产量2400/24=100kg hr_1 僵=0.862kmol hr-1 50%D A口口 =1.724kmol hr_,0.5 量流量1.724 x 60=103.4kg 小尸A:B=I:4.97 则 B 投料量1.724 x 4.97 x74=634
13、.1 kg-hr-1 103.4+634.1=737.5kg hr-1737 5 -=0.9834m3hr_175054 6 24.6+30=54.6min口 口 =0.91hr60 器口 口 0.9834x0.91=0.8949n?0 8949,器口-=1.2m315 反应(CH3C0)2O+K2O-2CH3COOH在间歇反应器中15下进行。已知一次加入反应物料5 0 k g,其 中 9 电00)2。的浓度为216moi m-3,物料密度为1050kg m-3.反应为拟一级反应，速率常数为依5.708X107 exp(-7/?力min-1,=49.82kJm oL。求&=0.8时，在等温操作
14、下的反应时间。k=5.708xl07 exp(-498208.314x288)=0.05252 min-116 在 10(TC下，纯 A 在恒容间歇反应器中发生下列气相反应：2ATR+SA 组分分压与时间关系见下表：t/sec 0 20 40 6P 80 100 120 140 160Pk/MPa 0.0.09 0.08 0.05 0.03 0.01 0.00 0.00 0.007EA试 求 在 100.0.1MPa下，进口物流中包含20%情性物，A 组份流量为100mol h r-1,达 到 95%转化率所需的平推流反应器的体积。解平推流反应器的停留时间与间歇反应器的反应时间相同。pAo=0
15、8MPa口转化率95%SA uO-OEMPa)口口 口时间为T=140-40=100s-x8.314x373.15r =VT=维2 7-xl00=0.1077m30.1 x IO6 x(1-0.2)1 7 间歇操作的液相反应A T R,反应速率测定结果列于下表。欲使反应物浓度 由C AO=1 .3kmo I m-3降 到 0.3 kmo I nf3需多少时间？/km o 1 m-30.0.0.0.0.0.60.70.81.0 1.3 2.012345(-TA)/kmo 1 m0.0.0.0.0.0.20.10.00.0 0.04 0.04 in 1135655065 5 2解%=1.3kmol
16、 m30.3kmol m-3图解积分cAkmol-m30.10.20.30.4 0.5 0.6 0.70.8 1.0 1.32.0-1103.33 2.01.67 2.0 4.0 1016.7 20.0 22.223.8=5-1(2.0+16.7+2(1.67+2+4+10)+给16.7+20)学(20+22.2)=2.702+3.67+6.33=12.7 min18 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一。=23功2 moI,m-3sw1,式 中 0 A 的单位为kPa。求该反应的活化能。8解将分压换算成浓度：PA=ORT400K E：r
17、A 23 pkmol-m?s-1F=2 3 c：(400/？y同理：500K b：F=234(500/?小=曳=cxnf _ E(J _ _ _2 5 A 8.314V400 500JJE=7421Jmo19 有如下化学反应CH4+C2H2+Hz=C2H4+CH4(I)(A)(B)(P)(I)在反应前各组分的摩尔数分别为 io=1mol:0Ao=2mol：/%o=3mo I：*o=O,求化学膨胀率(用两种方法)。解方法一A=JAOAu 1-1-1 1 2 I 1r-i 产1717rl 以=w方法二,_ 匕=1-匕=。_1+0+(3-2)+2 (1+2+3)_ 120 在555K及0.3MPa下
18、，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6.3m。Is-1,动力学方程式为-=0.27CA mol m-3s-i为了达到95%转化率，试求：(1)所需空速为多少？9(2)反应器容积大小？解v匕)=-6-.3-x-1-0-3-x-8-.-3-1-4-x-5-5-5-.-1-5=0.0n9Q6A9Qm 3s Tr =c/*.=/9 5 4=1 t 1A。1 7A L 0.27(1-xA)0.27 1-0.95Sv=r-=11.10_,=0.09s-1%=0.0969 xll,10=1.075m3标准空速为：吟 旦 0.0969 273
19、.15x0.3T PQ=555.15x01013=0.131s-1.07521 液相一级不可逆分解反应ATB+C于常温下在一个2m3全混流反应器(CSTR,M FR,连续搅抨槽式反应器)中等温进行。进口反应物浓度为1km o lm-3,体积流量为1 m 3 hL,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？解首先求反应速率常数2 1-0.21 0.2%k=2hr,全混流反应器切断进出料即为间歇反应器A.=产50.2cA=0.0736kmol-m-34幺厂 J=1 二 736=Q 9
20、 2 6 4122第1 7题中的反应，化率为75%：(2)0.3kmol m-3：(3)当 CAO=1.2kmol m-3,进料速率 IkmolA h r-1,转cA0=1.3kmol m3t 进料速率 2kmol A h r-1,出口为,o=2.4kmol m-3,出 口 仍然为 0.3kmol m3,进料10速 率 为I k m o l A h r-1计算三种情况下，用全混流反应器的体积各为多少？L=AOZAv.-rM匕=F3cA=1.2(1 -0.7 5)=0 3 由数据表,对 应-=0.5 k m o l -m-3m i n-1匕 1 2 =限3=x 1 2-03=0.0 2 5 m3
21、1.2 0.5 x 6 02 1.3-0.3一 一 X-1.3 0.5 x 6 01 2.4-0 3=0.0 5 I m3-x-2.4 0.5 x 6 0=0.0 2 9 m32 3 反 应A+B T R+S,巳 知 分0.0 0 1*物 料 进 料 速 率%=0.SX I OT j rP m i n-，cx o=（%o=5 m o l ,m3,动 力 学 方 程 式 为 其 中 A=1 0 0 m 3 k m o|T m i n 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 存0.0 0
22、1 m3,可达到的转化率为多少？巳知 k l n k m o l T h r-i,1 =&xA=0.3820(1-x J 2 4 在全混流反应2 中进行如下等温液相反应:2ATB+C r於 kC，A+BT2D r泸 2k266A 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-3o 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.尢和2 o反应共消耗 A 2.5 -0.4 5 =2.0 5 k m o l-m-3每消耗2个A生成1个C,生成C所消耗的A为2 x 0.7 5 =1.5 k m o
23、l m-生成 D所消耗的 A为2.0 5-1.5 =O.5 5 k m o l m-3每消耗1个A将生成2个D,因此D的出口浓度为0.5 5 x 2 =l.l k m o L m-3每生成1个C伴生1个B,但每生成1个D又消耗0.5个B,所以，B 的浓度为 0.7 5 -0.5 x 1.1 =0.2 k m o l -m-3r=A Cr，1-2 5 0 =-0-.-7-5-07rc kx x 0.4 5*勺=2.9 6 3 x I O-m 3 k m o L sTr=1 2 5 0 =rD 2,x 0.4 5 x 0.2A2=4.8 8 9 x 1 0-3 m m o l V,第二章习题1.动
24、力学方程的实险测定时，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？冬：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 T p,在一体积为玲的平推流反应器中进行，已知进料温度为150,活化
25、能为84kJm o L,如改用全混流反应器，其所需体积设为%,则 应 有 何 关 系？当转化率为0.6 时，如 果 使 =%,反应温度应如何变化？如反应级数分别为用2,1/2,T时，全混流反应器的体积将怎样改变？解：E(-rA)=kcA=koe x p(-)cAPFR 五=厂=ln(l-xA)FA。(F)1 7A 0kCSTR 4=FRO CAO(1-4)嗫 二 f kVv Z:(l-xA)ln(l-xA)=-exp(定一卷%f)lXnA(l f)13叫=4嗫二 f kVf-l-rjlnd-x j_ -XA(l-xA)l n(l-xA)I F 也=1 a n d xA=0.6在 鱼 工 儿(&
26、k)0.6(l-0.6)l n(1-0.6)I (8 4 0 0 0 f 4 2 3.1 5-7；.1 =e x d-x 1.6 3 7I 8.3 1 4 4 2 3.1 5 7；)(4 2 3 1 5-T%0.6 1 0 9 =e xp 2 3.8 7 0 I I 力-0.4 9 2 9 =2 3.8 7 6 4 2 3 1 5-qTm-0.0 2 0 6 4 7；=4 2 3.1 5-7；TI D=4 3 2.0 7 Kc 嗫 XA 嗫，1F.Q k c K .c.-7 7 =1/2,匕 但=c吊。k既 嗑=-1,-匕SL.=XA V-mE=.L =C2：、&k c：嗑曦=1 或 p -&
27、0TA fW I-n v r .nFm 1 CA K CA4.在 体 积4=0.1 2招的全混流反应器中，进行反应A+B R+S,式(*2中用=7m3kmoLminT,ZrtTpkmorin-1,两种物料以等体积加入反应器中，一 种 含 2.8kmolA k 3,另一种含1.6kmolA 山 7。设系统密度不变,当 B 的转化率为75%时，求每种物料的流量。A 00=1.4 k m o l m-2 刖=2=0.8 k m o l m-3cB=0.8（l -0.7 5）=0.2 k m o l -m-5cR=cs=0.8 x 0.7 5 =0.6 k m o l -m-JCR=1.4-0.6 =
28、0.8 k m o l -m-。=7 x 0.8 x 0.2 -3 x 0.6 x 0.6 =0.0 4 k m o l -m i E n C o 0.8 0.2 ,_ .r =-E.=-=1 5 mm-rK 0.0 4v=Q 1 2 x 60=0.4 8 m3h r-1 5每股是总物料量的一半：vA=vB=0.2 4 m3h r-15.可 逆 一 级 液 相 反 应 力 二 已 知 c*o=0.5kmol m-3,cr o=0: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舟,而平衡转化率是66.7%,求此反应的动力学方程式。解一=一冬=k$A 一&Cp=A-鱼鼠0。
29、)at仁=%。一 幻Cp=-%-=&A O(I-x)-k2cAOxat at15崇=1 一 伏 +丘2)Xd x-=d/k-(kt+k、)xl=0,x=0t =t,X =X-1历夕一出+七口=1k、+k2 kK=C p e=G o Z =彳 二 0 6 6 7 二？k1%(1一 工3 1一 兀 1-0.6 6 7K=k=2 x=0.3 3 3 t =8-I n f l-(l +-|x0.3 3 3|=8占+&I I 2)J-14+3I n(0.5)=0.6 9 3 1&+自=0 0 8 6 6 4.勺/与=2勺 =0.0 5 7 7 6 m i n-iJ l2=0.0 2 8 8 8 m i
30、n-1位=0.0 5 7 7 6 c.-0.0 2 8 8 8 c pdl P6.平行液相反应AT P rP=1ATR=2CAATS rs=cx2已知%=2卜 0）01 m?cAf=0.2kmol,m-3,求下列反应器中，今最大为多少？（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，CAI=1 kmol,m-3o解IP F +5+G 1 +2。+或(1 +CA)2F o r P F R-=-=0.5 k m o l-m 3(1 +()(1 +%)1 +0.2 1 +2F o r C S T R-1 1C p=S p(g-4 f)=(cA 0-cA f)-7 T =(
31、2 -0 2)J(1 +G f)(1 +0.2)=1.2 5 k m o l -m 3F o r t wo C S T R i n S e r i e sC p=(c、A0 C A i)S pi+(c,Al C.Af)Sp2=(2-1)+0.2)!_F(1 +1)2 (1 +0.2)2=0.2 5 +0.5 6=0.8 1 k m o l m 37.自催化反应A+PT2P的速率方程为：一*k c q,A=l m3km or,min_,原料组成为含A 13%,含P 1%（摩尔百分数），且%）+%）=I kmol m-出 口 流 中 少 0.9 kmol m-3,计算采用下列各种反应器时的空间时间
32、（7=%/咐。（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cA 0=1 k m o l -m3 xA jn=0.07 1 4 xA f=0.9一以=kc=品A O(1-4=h；o(l -*A 况ForPFR-xkc“Aiti1*A _ 1(I-XABA k 4-Idr 1 0.97.ra-In=4.76 mm(0.0714I 1-0.0714)ForCSTRr=CA0*A f-x人AinAGOQ-*A f bAf 1 X 1x0.9-0X)714=9 2 m i n(l-0.9)x0.9ForCSTR +PFR由于L
33、与 的 极 值 点 相 同，令rA1-XkcA CAOCo,有12XA=0,4 1=0 5d rAxA f-xA皿in一=1 x-0-.-5-0-.-0-7-1-4-=1.71 min(1-xAI)xAI lx(l-0.5)x0.5AJ=cAO(l-jfA1)=0.5kmolm_3(0.9、U-0.9=ln)(=2.20(扁r=r(+r2=1.71+2.20=3.91 minForCSTR +分离器妇R=0,xA1=0.5况1 xA-x.in 1 0.5-0.0714.r=-=-=1.71 mmkcM(l-xAI)xAI 1x1(l-0.5)x0.58.在两个串联的全混流反应器中进行一级反应，
34、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189.半衰期为2 0小时的放射性流体以0.InPhr-i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？解只有一级反应存在半衰期的概念。首先求反应速率常数：5=0.5=ex t =0.03466hr-CAO对全混流反应器，匚 幺代入数据（第一釜）第=8。-%。（1-弋）400=一；以=0.93270.1 仁0.03466（1-4）第二釜，单釜转化率仍为0.9327。总转化率1-（1-0.9327=0.995510.A进行平行分解反应，其速率式为；R rp=1 kmo I,m_3m i n-1A-S ry2c
35、A kmoI,m_3min-1VT rT=cA kmoI,m _3min1其 中R是所要求的目的产物，CAo=1kmol-m-3o试问在下述反应器进行等温操作时，预计最大的s 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19CR=(CA 0-G f)Mp=(%-G f)1 +2cA f+cA=(1-0)11 +0+0=1对平推流反应器，则尽量使其转化率提高。CR=GA。-cAf FP=4 dcA1 +3tf=In J-=0.462mol m?3 1 +01 1.在0 C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:
36、AT 2.5P,实脸测得如下数据：时间/s02468101214oo外/MP a0.0.00.0 620.0 50.0 40.0 30.0 30.0 20.0 2185126280求此反应的动力学方程式。解当 1 8 时，%=0.2故为可逆反应，设此反应为一级可逆反应，则一智=A g-k2Pp=kPA-2.5eSAO-PA)at积分，得(4+2.5&,“=ln PAPA。以(T n SA-%)对亡作图PA-PACt02468101214PA0.10.0 80.0 620.0 50.0 40.0 30.0 30.0 2512628P*-PAe0.0 80.0 60.0 420.0 30.0 20
37、.0 10.0 10.0 0512628-ln(pA-2.522.813.1583.473.814.134.424.82PAB)634753820y =0.1 6 3 3,+2.5 03 5,+2.5=0.1 6 3 3，kt 2.5(pA 0-pA c)2.5(1-0.2)A.=-=-=.“2 PAC S24=0.1 3 1 比 2 =6 01 3 1f =0.1 3 l pA-0.03 2 7(pA 0-pA)1 2.气相反应人+8=区的动力学方程为（一7 （0团-赊/1）,式中%=3.5 x 1 0-8 e x p 1 m o l-m-3s-1Pa-2K p=7.0 x 1 0,2e x
38、 p y Pa-1请确定最佳反应温度与转化率之间的关系。解21f=k PAPB一肾)d k网-人）PRPAPB A.3.5 x 1 (J-2 6 2 0TPAPB3.5 x 1 07.0 x l()T)=0ST=3.5x62 6 2 0)PAPB5T2 6 2 0T-3 5 6 0-2 6 2 0 Y 3 5 6 0+2 6 2 0d3 5 6 0+2 6 2 02 6-C)PAPB=PR7.0 x l O-1 2-3 5 6 0TG 一I n2 6 2 0 x 7.0 x 1()7 2 pjB(3 5 6 0+2620)p-3 5 6 03 5 6 0 2 6 2 0 x 7.0 x 1 0
39、 3 P*PB、(3 5 6 0+2 6 2 0)In 3.37x10*-lPAPB设初始时PAO=PBO，PRO=0 幺=-5_ A(1-_ 夕 A d i-*A )1 -Q+AXA)B 一 (AXA)-3 5 6 0R(1+AXA)3 5 6 0In 2 6 2 0 x 7.0 x 1 0 PAOQ-XA)、(5 6 0 +2620)XA(1-0.5X A)I n 3.3 7 x 1 0u -J (1 -05X A)PAO(A Y 3校核：设PAO=0.05 M Pa,.rA=0.5代入设PAO=0.05 M Pa,XA=0.7 5代入=2 2 1 Kr =2 0 1 K比较合理。比较合理
40、。2313.某液相一级不可逆反应在体积为%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？全混流循环时7=Go出口物料一半与等量的XA=0的物料混合，加=。-5小。r-r“Af .5AAf _ S 5-A fAZrcA 0(l-xA f)Mi f f)与简单地把处理量减半等效。2k r +2k rAOAf-CM2k r VQ c +2k T)2 l +2 z14.有一自催化反应AT R,动 力 学 方 程 为-=0.0 0 1 CAG km o l ,m-3s-1 o 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C
41、AO=1 Okm o I,m _3,B用=0.25h r1 A2=0.OSh r-1,进 料 流 率%为 InPh rcxo=1kmol m _3,C BO=Q;O=OO试求：采用两个玲 Fm3的全混流反应器串联时，反应器出口产物B 的浓度。解1k.rA i Q+k)B A(l+S+I)1T=b =l=lh rm%1第一个反应器出口：cA(1 +0.2 5)0.8 k m o l m-第一个反应器出口：cB 11 x0.2 5(1 +0.2 5)(1 +0.0 5)O.I 9 0 5 k m o l m-3第二个反应器出口：CQ0.8(1 +0.2 5)=0.6 4 k m o l-m-3就第
42、二个反应器对B作物料衡算:%B2-0CB I =(k 1cA2-&CB2 R从中解出C B 2：4幺2匕+匕1 =任.6 41Q J9 0 5=o.3 3 3 8 k m o l-m-3匕+左 2%1+0.0 516.某气相基元反应：A+2BTPd x已知初始浓度之比CAO：c&o=1:3,求 一 位的关系式。d t25-2 A OXA _ 3 A O _ 2 A OXA _ c 3 _ 2KAV-(i-0.5 xA)-(j-0.5 xA)-AO1-O.5XA 3-2 4 1-0.5XA1 7.已知常压气相反应2A+B(R+S动力学方程为一人=占或d-包，试用下列三种方式表达动力学方程：组 分
43、 分 压：(2)组分摩尔分率：组 分 初 始 浓 度 和 A 的转化率。PA=CART-4=处 定=kt塔 4 -k2湍 备PA=P&yA_r _ k 一 成 就 _k2藤对M含含r26(Bl)一0AA1 +4 4_ 0R o+5，A(XA C：-so 05CAOA1 +4 4 S 1 +A*A1 -*A。80 65cAo*A1 +AA 八 1 +AA CRO+SSCAOA1 +A*AW c u、sC so+SSCAOA/1 8.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101.3 kPa下627.2K时等温分解。巳 知4=1.7m3 kmoLsT,处理气量为IZOrnL1（标准状
44、态），使NO?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。2NO,f N,+2O,-rA=kc,A=1.7m3kmors_1,匕=120Nm3hr*p=0.1013kPa,7=627.2K,xA=0.70(1)恒容过程%=&A/o Of 120-22.4x3600101.31.488xl0-3kmols-8.314x627.21.488x10-30.01943kmolm-31.7x0.019432 l-xA=5.41m3（2）变容过程27%)1A2+1-2葭=-=0.5,%o=l，4 =05x1=0.5%=3 o f07|1 +0网JO、一 “A-0.5+0.5
45、XA+1.5，025小kc2“AO0 25%A UkSA CA O、29x -+6 In(l-xA)+.rAI A 4=0.7,0.25%f-7A=,2 A 9A kc1 JoA J O19.均相气相反应A T 3 P,服从二级反应动力学。在0.5MP a、350 和%=40而 7下，采用一个2 5 m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320 0 广1进料中含50%A,50$惰性物料时，在2.5MP a和350 下反应，为获得80%的转化率.求 需 用25m m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APA。=50
46、0RT-8.314x623.15=0.0965kmol-m-?匕=-x 0.0252 x 2=9.817 x 1 O-4 m3R 4x3-1,i o“=丁一=2 加=1 4=2-Q=七=1 +2、A28r 1 “A)1 +2X A1_ A2d x1QJ-4.rA+1 2 1 n(l-xA)+-91-*A)4 x 0.6 +1 2 l n(l-0,6)+9)仁。1 1-0.6 )-x 4.9 0 5h*A0%=2.4 5 4 xl0h r=0.8 8 3 6 s匕41 4 QOSk=4.9 0 5 x-=-=5 7.5 2 m3 k moLs Tz rA 0 0.8 8 3 6 x 0.0 9
47、6 5(2)求反应器体积和管数加=0.5,SA=yMA=0.5 x 2 =2,xA=0.8匕=320m%i =0.0 8 8 8 9 mfPAO%_ 0-5 x 2 5 0 0 x 0.0 8 8 8 9R T-8.3 1 4 x 6 7 3.1 5=0.0 1 9 8 5 k mol s-1PAO _ 0.5 x 2 5 0 07F =8.3 1 4 x 6 2 3.1 5=0.2 3 3 4 k mol m-3CAO29+4 1 n(l-xA)+xAY/o0.0 1 9 8 5 (4 57.52X0.23342U-0 84 1 n(1-0.8)+0.8-4=0.0 6 5 6 4 m30.
48、0 6 5 6 49.8 l 7 x!0-4=6 7管子的串并联要从流体阻力和流型考虑，在保持平推流的前提下尽量并联。2 0.有一气相分解反应，其化学反应式为A-R+S,反应速率方程为-rA=W,反应温度为50 0。这时测得的反应速率常数为A=0.25m3km o|-1s-,o反应在内径为25m m、长 为1m的管式反应器中进行,器内压强维持在10 1.3kP a（绝），进料中仅含组分A,当其转化率为20%,空间速度为45hr T （反应条件下的计算值）。试求反应条件下的平均停留时间和空间时间。_ A0RTI f1 +4到1 0 1.38.3 1 4 x(2 7 3.1 5 +5 0 0)=0
49、.0 1 5 7 6 k mol m-3e,2-1 ,4=1 x j =1r =工 上 空=_ Z L =273.15-0.0 0 7 8 5 Ihr =2 8.2 6 sVQ S7 4 5 x(2 7 3.1 5 +5 0 0)302ln(l-xAf)-j-ln(l-O)-+ln(l-0.2)-20.25 x 0.01576 U-0.2 =70.3s31第三章习题1.有一有效容积=1 m 送入液体的流量为1.8m3h rT的反应器，现用脉冲示踪法测得其出口液体中示踪剂质量浓度变化关系为：t/min 01020 304050607080c/kg m-3 036 543210求其停留时间分布规律
50、，即 F(t),(t),/解示踪法求停留时间分布规律t/minc/kg EF(t)(t)t Xcm3cc000000010330.1250.01230300520690.3750.025120240000305140.5830.020150450038404180.750.01616064007503210.8750.01215075005602230.9580.008120720033701241.00.0047049002800241.0000Z248033200Z _ 8 0 0 _E。一 24 一33.33mina2=-f2=133200-2 4-33.332=272.2 m in23