《化学反应工程》第三版 (陈甘堂 著)课后习题答案 化学工业出版社 15页

'土星答案网您最真诚的朋友www.txdaan.com土星答案网团队竭诚为您服务免费提供大学课后答案|考研答案|高考答案|资格考试答案下载 第二章均相反应动力学基础2－42三级气相反应2NO+O22NO2，在30℃及1kg/cm下反应，已知反应速率常数f4222k=.265×10L/(mol⋅s)，若以−r=kpp表示，反应速率常数kp应为何值？CApABdcA42解：原速率方程−r=−=.265×10cc（1）AABdtppAB由气体状态方程有c=，c=ABRTRT24⎛pA⎞⎛pB⎞4−32代入式（1）−rA=.265×10⎜⎟⎜⎟=.265×10(RT)pApB⎝RT⎠⎝RT⎠2当压力单位为kg/cm时，R=0.08477，T=303K。f4−32−3所以k=.265×10×.0(08477×303)=.1564mol/[L⋅s⋅(kg/cm)]pf2－5dnn土星答案网AA考虑反应A3P，其动力学方程为(−r)=−=k。试推导：在恒容下以总压AVdtVp表示的动力学方程。3−1解：δ==2www.txdaan.comA1npdn1dpAAAA因，=，微分得=VRTVdtRTdtdpA代入原动力学方程整理得−=kp（1）Adt设初始原料为纯A，y=1，总量为n=n。反应过程中总摩尔数A00A0n−n0根据膨胀因子定义δ=An−nA0A 1则n=n−(n−n)AA00δA1恒容下上式可转换为p=P−(P−P)（2）A00δAdpA1dP所以=−（3）dtδdtA将式（2）和式（3）代入式（1）整理得dP=k[(δ+)1P−P]=k3(P−P)A00dt2－62在700℃及3kg/cm恒压下发生下列反应：C4H102C2H4+H2，f2反应开始时，系统中含C4H10116kg，当反应完成50%时，丁烷分压以2.4kg/(cm⋅s)的速率f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。116×1000解：M=58，n=n==2000molC4H100C4H100,5822+1−1P=3kg/cm，δ==2fC4H1011（1）−r=r=.24C4H土星答案网102C2H42r=(2−r)=2×4.2=.48kg/(cm⋅s)C2H4C4H10f（2）P=Pywww.txdaan.comC4H10C4H10dyC4H101⎛⎜dpC4H10⎞⎟4.2-1−=−==s8.0dtP⎜⎝dt⎟⎠3（3）n=ny=n1(+δyx)yC4H10C4H100C4H10C4H100,C4H10C4H10dnH2dnC4H10⎛⎜dyC4H10⎞⎟=−=n1(+δyx)−dtdt0C4H10C4H100,C4H10⎜dt⎟⎝⎠dnH2=2000×1(+2×1×)5.0×8.0=3200mol/sdt 2－9k1k2反应APS，(−r)=kc(,−r)=kc，已知t=0时，c=c，11A22pAA0c=c=,0k/k=.02。反应在等温、间歇反应器中进行，过程为恒容过程，求反应产物p0S012P的瞬时收率与总收率。解：c=ce−k1tAA0c=c⎛⎜k1⎞⎟(e−k2t−e−k1t)PA0⎜⎟k−k⎝12⎠⎛⎜k1⎞⎟(e−k2t−e−k1t)⎜⎟rPk2cPk2⎝k1−k2⎠ϕ==1−=1−P−rkcke−k1tA1A1=1−⎛⎜k2⎞⎟(e(k1−k2)t−1)⎜⎟k−k⎝12⎠=k1−⎛⎜k2⎞⎟e(k1−k2)t=.125e−4k1t−.025⎜⎟k−kk−k12⎝12⎠⎛⎜k1⎞⎟(e−k2t−e−k1t)c⎜k−k⎟.0251(−e−4k1t)P⎝12⎠Φ===Pc−c1−e−k1tek1t−1A0A1土星答案网cA或由Φ=−ϕdc计算。P∫pAc−ccA0A0Awww.txdaan.com第三章均相反应过程3-11111解：（1）k=ln=ln=0.0926min-1t1−x131−.07A1111τ=ln=ln=13mink1−x.009261−7.0A（2）平推流反应器11-1S===.00769minVτ13 x7.0Aτ===252.mink1(−x).00926×1(−)7.0A（3）全混流反应器11-1S===.00397minVτ252.3－2在555K及3kg/cm2下，在平推流反应器中进行反应：AP，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：(−r)=.027c（mol/m3·AAs），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。F0RT3.6×.008206×5553解：v===99.42L/s=0.09942m/s045p3×.981×10.1/013×101111τ=ln=ln=111.sk1−x.0271−.095A-1S=/1τ=/1111.=.009sV3V=vτ=.009942×111.=.1104m03－4均相气相反应A3P，服从二级反应动力学。在5kg/cm2，350℃和v3/h下，采0=4m用一个2.5cm内径，2m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，进料中含土星答案网50%A，50%惰性物料时，在25kg/cm2和350℃下反应，为获得80%转化率，试求：（1）需用2.5cm内径，2m长的管子多少根？（2）这些管子应以并联或串联？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。www.txdaan.com3−1解：δ==2,y=1AA014p5×.981×103c===974.mol/mA0RT.8314×(350+273)c1(−x)c1(−x)A0AA0Ac==A1+δyx1+2xAA0AA222⎛1−xA⎞−r=kc=kc⎜⎟AAA0⎜⎟1+2x⎝A⎠ 2VxAdxA16.0⎛1+2xA⎞τ==c=⎜⎟dxvA0∫0−rkc∫0⎜1−x⎟A0AA0⎝A⎠由设计方程21.06⎛3⎞=⎜−2⎟dxkc∫0⎜1−x⎟AA0⎝A⎠.061⎡9⎤=+12ln(1−x)+4x⎢AA⎥kc1−xA0⎣A⎦0.4905=kcA0.4905v0所以V=（1）kcA0p′y′a0工业反应条件下：y′=.05，c′==.25cA0A0A0RTc′1(−x)c′1(−x)A0AA0Ac′==A1+δy′x1+xAA0AA2V′xAdxA18.0⎛1+xA⎞τ′==c′=⎜⎟dxv′A0∫0−rck′∫0⎜1−x⎟A0AA0⎝A⎠21.08⎛2⎞=⎜−1⎟dxkc′∫0⎜1−x⎟AA0⎝A⎠.081土星答案网⎡4⎤=+4ln(1−x)+x⎢AA⎥ck′1−xA0⎣A⎦010.36=ck′A0www.txdaan.com10.36v′0所以V′=（2）kc′A0比较式（1）和式（2）得：V′10.36cA0v0′10.361320=n=⋅⋅=××=676.≈68根V.4905c′v.49055.24A00应并联组合。3－5丙烷热解为乙烯反应可表示为：C3H8C2H4+CH4，（忽略副反应） dpA-1在772℃等温反应时，动力学方程为：−=kp，其中，k=0.4h。若系统保证恒压，Adtp=1kgf/cm2，v2）。求当=5.00=800L/h（772℃，1kgf/cmx时，所需平推流反应器的体积。A1+1−1解：δ==1,y=1AA01pdcAA因c=，动力学方程可转换为：−=kcAARTdtc1(−x)c1(−x)A0AA0Ac==A1+δyx1+xAA0AAVxAdxA15.0⎛1+xA⎞τ==c=⎜⎟dxvA0∫0−rk∫0⎜1−x⎟A0A⎝A⎠设计方程15.0⎛2⎞=⎜−1⎟dxk∫0⎜1−x⎟A⎝A⎠5.01⎡1⎤=2ln−x⎢A⎥k1−x⎣A⎦01=(2ln2−5.0)=.2216h4.0V=vτ=800×.2216=1773L03－8土星答案网一级反应AP，在一体积为Vp的平推流反应器中进行，已知进料温度为150℃，活化能为84kJ/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0.6和0.9，如要使Vm=Vp，反应温度应如何变化？如反应级数分别为n=2，1/2，www.txdaan.com-1时，全混流反应器的体积将怎样变化？解：一级不可逆反应设计方程v01PFRV=ln（A）pk1−xPAvx0ACSTRV=⋅（B）mk1−xmAVxmA（1）等温反应k=k，则，=−PmV1(−x)ln(1−x)pAA（2）若Tp=150℃，要求V=V，则有，Pm kx⎡E⎛11⎞⎤mA⎜⎟=−=exp⎢⎜−⎟⎥（C）k1(−x)ln(1−x)RTTpAA⎣⎝Pm⎠⎦当x=6.0时，由式（C）求得T=159℃Am当x=.09时，由式（C）求得T=175.6℃Am（3）n级不可逆反应设计方程n−1v0⎛1⎞⎡⎛1⎞⎤PFRVP=n−1⋅⎜⎟⎢⎜⎜⎟⎟−1⎥（D）kcA0⎝n−1⎠⎢⎣⎝1−xA⎠⎥⎦vx0ACSTRV=⋅（E）mn−1nkc1(−x)A0AV1m当n=2时=>1V1−xpA2/1Vx1+1(−x)mAA当n=1/2时==>12/12/1V2[(1−x)−1(−x)]1(2−x)pAAAV1(2−x)mA当n=－1时=<1V2−xpA3－10某一分解反应Pr=2c土星答案网pAAS1r=1s12S2r=cwww.txdaan.coms2A已知c=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A0合适反应器或流程所能获得的S1最高浓度是多少？解：rS111ϕ===22−r2c+1+c1(+c)AAAAcS1（1）CSTRΦ=1=ϕ=S12cA0−cA1(+cA)c−cA0A∵c=S121(+c)A 当c=0时，c=c=.10mol/L。AS1A0cAcA01（2）PFRc=−ϕdc=dcS1∫cA∫c2AA0A1(+cA)11=−1+c2A当c=0时，c=.05mol/L。AS1（3）采用全混流反应器与分离装置组合，c=0.1mol/L。S1第四章非理想流动4－2脉冲示踪测得如下数据，求E、F。t/min012345678910c(t)/(g/L)00356643210解：（1）求C0。∞C0=∑ci∆ti=30t=0t/min012345678910c(t)/(g/L)00土星答案网356643210E(t)000.10.1670.20.20.1330.10.0670.0330F(t)000.050.1830.3670.5670.7330.850.9330.9831tE(t)000.2www.txdaan.com0.50.810.80.70.5330.30t2E(t)000.41.53.254.84.94.2672.70t=.478min22σ=263.−.478=.346t22σt.346σ===.0152θ22t.4784-9有一反应器被用于某一级反应，对该反应器进行示踪——应答试验，在进口出加入δ函数，示踪物在出口处响应为： t/s1020304050607080c(t)03554210已知该反应在全混釜中进行时，在同样τ下，x=.082，求本反应器所能获得的x？AfAf10解：C=0[+4×3(+5+)2+2×5(+4+)1+]0=20003t/s1020304050607080c(t)03554210E(t)00.0150.0250.0250.020.010.0050tE(t)00.30.75110.60.350t2E(t)0622.540503624.50xA(t)0．68620．90150.96910.99030.99690.99900.99970.9999xAE(t)00.01350.02420.02480.01990.010.005010t=0[+4×3.0(+1+)6.0+2×.0(75+1+.035)+]0=393.s32102σ=0[+4×6(+40+36)+2×(225.+50+24)5.+]0−393.=195.5t321955.σ==.0127θ2393.xAf由CSTR的设计方程τ=t=k1(−x)土星答案网AfxAf.082-1所以k===.01159sτ1(−xAf)393.×1(−.082)−.01159t故x(t)=1−ewww.txdaan.comA用不同反应时间代入上式计算转化率,并填入表格。10x=0[+4×.0(0135+.00248+.001)+2×.0(0242+.00199+.0005)+]0=.0971Af34－6一个封闭容器，已知流动时测得Eu/uL=2.0，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？22⎛1⎞⎛1⎞−Peσθ=2⎜⎟−2⎜⎟1(−e)⎝Pe⎠⎝Pe⎠2−5解：=2×2.0−2×2.0×1(−e)=.0320511N===.312≈32σ.03205θ 4-10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c=c，若此反应在平推流反应器中进行，可A0B0得转化率为99%，求（1）用扩散模型时，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。2解：（1）4-9已接得σ=.0127，反应器为闭式容器，则由θ22⎛1⎞⎛1⎞−Peσθ=2⎜⎟−2⎜⎟1(−e)=.0127⎝Pe⎠⎝Pe⎠试差法解得Pe=14.7。xA由PFR中二级反应的设计方程τ=kc1(−x)A0AxA.099得kcτ===99A01−x1−.099A由kcτ=99，Pe/2=7.35，查图4-17，得1−x=.0018A0A所以，扩散模型计算的转化率x=1−.0018=.0982A11（2）多级全混流模型的参数N===.787≈82σ.0127θ由kcA0τ=99，N=8，查图得，土星答案网1−xA=.0017www.txdaan.comVNVP所以，多级全混流模型计算的转化率x=1−.0017=.0983A 第五章催化剂与催化反应动力学5－2（1）A+σAσB+σBσA+BσCσCσC+σ（2）A+σ1Aσ1B+σ2Bσ2Aσ1+Bσ2Cσ2+σ1Cσ2C+σ2（3）A+σAσB+σBσAσ+BC+σ（4）B+σBσBσ+ACσ土星答案网CσC+σ5－7www.txdaan.com2Vg2εp2×.052−7a====8.2×10cm4SSρ350×10×.106ggp2/1−72/1−32D=9700a(T/M)=9700×8.2×10×(773÷120)=.689×10cm/sK112D==≈.00066cm/s/1D+/1D.0/1155+.0/100689ABKεpD.052×.00066−32D===.114×10cm/seτ3第六章固定床反应器 6－1G25000u===.463m/sρ5.1×3600duρ−3p3×10×.463×5.1R===2103>1000eM−5µ1(−εB)8.1×10×1(−.045)⎛⎜1−εB⎞⎟⎛L⎞2⎛1−.045⎞⎛4⎞25∆p=.175⎜⎟ρu=.175×⎜⎟×⎜⎟×5.1×.463=.453×10Pa⎜3⎟⎜d⎟3.0003⎝εB⎠⎝S⎠⎝.045⎠⎝⎠6－231⎛Tm⎞hrV=.0227⎜⎟εB⎛1−σ⎞⎝100⎠1+⎜⎟1(2−εB)⎝σ⎠（1）31⎛673⎞2=.0227××⎜⎟=692.W/m⋅K.0421−1⎝100⎠1+×2×1(−.042)13⎛σ⎞⎛Tm⎞hrS=.0227⎜⎟⎜⎟⎝2−σ⎠⎝100⎠3⎛1⎞⎛673⎞2=.0227×⎜⎟×⎜⎟=692.W/m⋅K⎝2−1⎠⎝100⎠0hdλ⎛⎞1−εe⎜rVp⎟B=ε1++λB⎜λ⎟⎝⎠12⎛λ⎞+⎜⎟土星答案网1hd3⎜λ⎟rSp⎝S⎠+φλλS.0581==10.6查图6-15得φ=.017,φ=.00612λ.00546www.txdaan.comεB−.026.042−.026φ=φ+(φ−φ)=.006+.0(17−.006)×=.0128212.0216.02160λe⎛692.×.0005⎞1−.042=.042×⎜1+⎟+λ⎝.00546⎠12⎛1⎞+×⎜⎟所以1692.×.00053⎝106.⎠+.0128.00546=.2668+.434=.701dp.0005==.005查图6-14得(αβ)=.011d1.0t dpuρ.0005×2×5.1R===114.5ep−5µ131.×100则λ/λ=λ/λ+(αβ)RP=.701+.011×1145.×7.0=15.83eeeprλ=15.83×.00546=.0886W/m⋅KeλS（2）=10.6查图6-15得φ=.0105Wλ0hdλ⎛⎞1−εW⎜rVp⎟W=ε2++λW⎜λ⎟⎝⎠11⎛λ⎞+⎜⎟1hd3⎜λ⎟rSp⎝S⎠+φλW0λW⎛692.×.0005⎞1−7.0=7.0×⎜2+⎟+λ⎝.00546⎠11⎛1⎞+×⎜⎟1692.×.00053⎝106.⎠+.0105.00546=.5838+.3175=.9013115.015.0=−=−=.00396000hd/λλ/λλ/λ.9013.701wpw*hdwp3/12/13/12/1=CPR=4×7.0×1145.=38.0repλ土星答案网0hwdphwdp111=+=+=28.3λλ11.0039611++*hd/λαPR380..0041×7.0×1145.wpwww.txdaan.comwrep2h=283.×.00546÷.0005=3088.W/m⋅Kw（3）由式6-33hw(dt)2/3088.×1.0b===17.4λ2×.0886e2查图6-16得a=,2.5Φ(b)=.02714λeL4×(dp/dt)(L/dt)(λe/λ)y==2GcdPRptrep4×.005×10×15.83==.0395>.027.0×1145. ⎛⎜λ⎞⎟⎛dp⎞⎛λe⎞2h0=⎜⎟⎜⎜⎟⎟⎜⎟[a1+Φ(b/)y]⎝dp⎠⎝dt⎠⎝λ⎠.08862=2.5(+.027.0/395)=521.W/m⋅K1.0第七章流化床反应器7－11100−3−4解：d===18.45×10cm=.1845×10mpx.58527.0527.9530.07.649.384i∑+++++d40315.2516105pi假设R<20epd2(ρ−ρ)g−42pp.1(845×10)(1300−.1453)×.981−3u===19.24×10m/smf−51650µ1650×.1368×10ϕduρ−4−3spmf.075×.1845×10×19.24×10×.1453检验R===.0627<20ep−5µ1(−ε).1368×10×1(−.055)mf假设成立，结果正确。土星答案网7－32/12/1解：d=.0711(gd)=.0711×(980×)8=62.95cm/sbrbumf4www.txdaan.comu===8cm/sfε5.0mf3⎛RC⎞ubr+2uf62.95+2×8⎜⎟===.1438⎜⎟Ru−u62.95−8⎝b⎠brf3/13/1R=.1(438)R=.1(438)×4=.1128×4=.4514cmcb云层厚度=R−R=.4514−4=.0514cmCb'