《化学反应工程》第三版陈甘堂著课后习题答案.pdf

第二章 均相反应动力学基础第二章 均相反应动力学基础2－4三级气相反应 2NO+O22NO2，在 30℃及2/1cmkgf下反应，已知反应速率常数41065. 2×=Ck)/(22smolL⋅，若以BApAppkr2=−表示，反应速率常数kp应为何值？解：原速率方程BAAAccdtdcr241065. 2×=−=−（1）由气体状态方程有RTpcAA=，RTpcBB=代入式（1）BABAAppRTRTpRTpr23424)(1065. 21065. 2−×=⎟⎠⎞⎜⎝⎛⎟⎠⎞⎜⎝⎛×=−当压力单位为2/cmkgf时，R=0.08477，T=303K所以564. 1)30308477. 0(1065. 234=×××=−pk])/(/[32−⋅⋅cmkgsLmolf2－5考虑反应A3P，其动力学方程为VnkVdtdnrAAA=−=−)(试推导：在恒容下以总压p 表示的动力学方程解：2113=−=Aδ因，RTpVnAA=， 微分得dtdpRTVdtdnAA1=代入原动力学方程整理得AAkpdtdp=−（1）设初始原料为纯 A，10=Ay，总量为00Ann=反应过程中总摩尔数根据膨胀因子定义AAAnnnn−−=00δ若侵犯 了您的版 权利益，敬请来信通知我们！ ℡ 课后答案网则)(100nnnnAAA−−=δ恒容下上式可转换为)(100PPPpAA−−=δ（2）所以dtdPdtdpAAδ1−=（3）将式（2）和式（3）代入式（1）整理得)3(]) 1[(00PPkPPkdtdPA−=−+=δ2－6在 700℃及2/3cmkgf恒压下发生下列反应：C4H102C2H4+H2，反应开始时，系统中含 C4H10116kg，当反应完成 50%时，丁烷分压以 2.4)/(2scmkgf⋅的速率发生变化，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：58104=HCM，20005810001160 ,0104=×==HCnnmol2/3cmkgPf=，21112104=−+=HCδ（1）4 . 22142104==−HCHCrr8 . 44 . 22)(210442=×=−=HCHCrr)/(2scmkgf⋅（2）104104HCHCPyP=1 -s 8 . 034 . 21104104==⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−=−dtdpPdtdyHCHC（3）104104104104104104)1 (0 ,0HCHCHCHCHCHCyxynnynδ+==⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−+=−=dtdyxyndtdndtdnHCHCHCHCHCH1041041041041042)1 (0,0δmol/s 32008 . 0)5 . 0121 (20002=×××+×=dtdnH若侵犯 了您的版 权利益，敬请来信通知我们！ ℡ 课后答案网2－9反应APS，pAckrckr2211)( , )(=−=−，已知 00AAcct== 时，，2 . 0/ , 0 2100===kkccSp。

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P 的瞬时收率与总收率解：tkAAecc10−=)(122110tktkAPeekkkcc−−−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−=tktktkAPAPPeeekkkkkcckkrr112)(112111212−−−−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−=−=−=ϕ) 1(1)(21221−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−=−tkkekkktkkekkkkkk)(21221121−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−−=25. 025. 114−=−tke1)1 (25. 01(111124)2110−−=−−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−=−=Φ−−−−tktktktktkAAPPeeeeekkkccc或由AccpAAPdcccAA∫−−=Φ001ϕ计算第三章 均相反应过程第三章 均相反应过程3-1解： （1）=−=−=7 . 011ln13111ln1Axtk0.0926 min-1（2）平推流反应器1 -min 0769. 01311min137 . 011ln0926. 0111ln1====−=−=ττVASxkk1k2若侵犯 了您的版 权利益，敬请来信通知我们！ ℡ 课后答案网（3）全混流反应器1 -min 0397. 02 .2511min2 .25)7 . 01 (0926. 07 . 0)1 (====−×=−=ττVAASxkx3－2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 6.3 mol/s， 动力学方程为：AAcr27. 0)(=−（mol/m3·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：spRTFv/m 0.09942 L/s 42.9910013. 1/1081. 9355508206. 03 . 635400==×××××==s 1 .1195. 011ln27. 0111ln1=−=−=Axkτ-1s 09. 01 .11/1/1===τVS30m 104. 11 .1109942. 0=×==τvV3－4均相气相反应A3P，服从二级反应动力学在 5kg/cm2，350℃和 v0=4m3/h 下， 采用一个 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 50%A，50%惰性物料时，在 25 kg/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解：2113=−=Aδ,10=Ay340mol/m 4 .97)273350(314. 81081. 95=+×××==RTpcAAAAAAAAAAxxcxyxcc21)1 (1)1 (000+−=+−=δ2202211⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+−==−AAAAAxxkckcr若侵犯 了您的版 权利益，敬请来信通知我们！ ℡ 课后答案网由设计方程AAAAAAAxAAAdxxkcdxxxkcrdxcvVA26 . 00026 . 0000002131 1211∫∫∫⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−+=−==τ06 . 000905. 44)1ln(12191AAAAAkcxxxkc=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+−+−=所以00905. 4AkcvV=（1）工业反应条件下：5 . 00=′Ay，0005 . 2AaAcRTypc=′′=′AAAAAAAAAxxcxyxcc+−′=′+−′=′1)1 (1)1 (000δAAAAAAAxAAAdxxckdxxxckrdxcvVA28 . 00028 . 0000001121 111∫∫∫⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−′=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−+′=−′=′′=′τ08 . 00036.10)1ln(4141AAAAAckxxxck′=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+−+−′=所以0036.10AckvV′′=′（2）比较式（1）和式（2）得：根 68 6 .6743205 . 21905. 436.10905. 436.100000≈=××=′⋅′⋅==′vvccnVVAA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）若侵犯 了您的版 权利益，敬请来信通知我们！ ℡ 课后答案网在 772℃等温反应时，动力学方程为：AAkpdtdp=−，其中，k=0.4h-1若系统保证恒压，p=1kgf/cm2，v0=800L/h（772℃，1 kgf/cm2） 求当5 . 0=Ax时，所需平推流反应器的体积解：11111=−+=Aδ,10=Ay因RTpcAA=，动力学方程可转换为：AAkcdtdc=−AAAAAAAAAxxcxyxcc+−=+−=1)1 (1)1 (000δ设计方程AAAAAxAAAdxxkdxxxkrdxcvVA∫∫∫⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−+=−==5 . 005 . 000001121 111τ()h 216. 25 . 02ln24 . 0111ln215 . 00=−=⎥⎦⎤⎢⎣⎡−−=AAxxkL 1773216. 28000=×==τvV3－8一级反应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，-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PFRAPpxkvV−=11ln0（A）CSTRAAmmxxkvV−⋅=10（B）（1） 等温反应mPkk=， 则，)1ln()1 (AAApmxxxVV−−−=（2）若Tp=150℃，要求mPVV=，则有，若侵犯 了您的版 权利益，敬请来信通知我们！ ℡ 课后答案网22)1 (11211AAAAScccrr+=++=−=ϕ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−=−−−=mPAAApmTTRExxxkk11exp)1ln()1 (（C）当6 . 0=Ax时，由式（C）求得159=mT℃当9 . 0=Ax时，由式（C）求得6 .175=mT℃（3） n 级不可逆反应设计方程PFR⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−⎟⎠⎞⎜⎝⎛−⋅=−−111111100nAnAPxnkcvV（D）CSTRnAAnAmxxkcvV)1 (100−⋅=−（E）当 n=2 时111>−=ApmxVV当 n=1/2 时1)1 (2)1 (1)]1 ()1[(22/12/12/1>−−+=−−−=AAAAApmxxxxxVV当 n=－1 时12)1 (2<−−=AApmxxVV3－10某一分解反应PApcr2=AS111=srS222Ascr=已知0Ac=1mol/L，且 S1为目的产物，求： （1）全混釜； （2）平推流； （3）你所设想的最合适反应器或流程所能获得的 S1最高浓度是多少？解：（1）CSTR20)1 (111AAASScccc+==−=Φϕ20)1 ( 1AAAScccc+−=∵若侵犯 了您的版 权利益，敬请来信通知我们！ ℡ 课后答案网当0=Ac时，0 . 101==ASccmol/L 。

2）PFRAccccAASdccdccAAAA∫∫+=−=0012)1 (1ϕ2111−+=Ac当0=Ac时，5 . 01=Scmol/L 3）采用全混流反应器与分离装置组合，0 . 11=Scmol/L第四章 非理想流动第四章 非理想流动4－2脉冲示踪测得如下数据，求 E、Ft/min012345678910c(t)/(g/L)00356643210解： （1）求 C0ititcC∆=∑∞=00=30t/min012345678910c(t)/(g/L)00356643210E(t)000.10.1670.20.20.1330.10.0670.0330F(t)000.050.1830.3670.5670.7330.850.9330.9831tE(t)000.20.50.810.80.70.5330.30t2E(t)000.41.53.254.84.94.2672.70152. 078. 446. 3t 46. 378. 43 .26 min 78. 4222t222t====−==σσσθt4-9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：若侵犯 了您的版 权利益，敬请来信通知我们！ ℡ 课后答案网t/s1020304050607080c(t)03554210已知该反应在全混釜中进行时，在同样τ下，82. 0=Afx，求本反应器所能获得的Afx？解：200]0) 145(2)253(40[3100=+++×+++×+=Ct/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)00.01350.02420.02480.01990.010.0050s 3 .39]0)35. 0175. 0(2)6 . 013 . 0(40[310=+++×+++×+=t5 .1953 .39]0)5 .24505 .22(2)36406(40[31022=−+++×+++×+=tσ127. 03 .395 .19522==θσ由 CSTR 的设计方程)1 (AfAfxkxt−==τ所以1 -s 1159. 0)82. 01 (3 .3982. 0)1 (=−×=−=AfAfxxkτ故tAetx1159. 01)(−−=用不同反应时间代入上式计算转化率,并填入表格。

971. 0]0)005. 00199. 00242. 0(2)01. 00248. 00135. 0(40[310=+++×+++×+=Afx4－6 一个封闭容器，已知流动时测得2 . 0/=uLEu，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？解：312. 33205. 0113205. 0)1 (2 . 022 . 02 )1 (121225222≈====−××−×=−⎟⎠⎞⎜⎝⎛−⎟⎠⎞⎜⎝⎛=−−θθσσNeePePePe若侵犯 了您的版 权利益，敬请来信通知我们！ ℡ 课后答案网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00BAcc=，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127. 02=θσ，反应器为闭式容器，则由127. 0)1 (121222=−⎟⎠⎞⎜⎝⎛−⎟⎠⎞⎜⎝⎛=−PeePePeθσ试差法解得Pe=14.7由 PFR 中二级反应的设计方程)1 (0AAAxkcx−=τ得9999. 0199. 010=−=−=AAAxxkc τ由990=τAkc，Pe/2=7.35，查图 4-17，得018. 01=−Ax所以，扩散模型计算的转化率982. 0018. 01=−=Ax（2）多级全混流模型的参数887. 7127. 0112≈===θσN由990=τAkc，N=8，查图得，017. 01=−Ax所以，多级全混流模型计算的转化率983. 0017. 01=−=AxPNVV若侵犯 了您的版 权利益，敬请来信通知我们！ ℡ 课后答案网第五章催化剂与催化反应动力学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+ACσCσC + σ5－7cm 108 . 206. 11035052. 022274−×=×××===pgpggSSVaρε/scm 1089. 6)120773(108 . 29700)/(9700232/172/1−−×=÷×××==MTaDKsDDDKAB/cm 0066. 000689. 0/1155. 0/11/1/112≈+=+=sDDpe/cm 1014. 130066. 052. 023−×=×==τε第六章固定床反应器第六章固定床反应器若侵犯 了您的版 权利益，敬请来信通知我们！ ℡ 课后答案网6－1m/s 63. 436005 . 125000=×==ρGu10002103)45. 01 (108 . 15 . 163. 4103)1 (53>=−×××××=−=−−BpeMudRεµρPa 1053. 463. 45 . 1003. 0445. 045. 0175. 1175. 152323×=××⎟⎠⎞⎜⎝⎛×⎟⎠⎞⎜⎝⎛ −×=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛ −=∆udLpSBBρεε6－2（1）KThmBBrV⋅=⎟⎠⎞⎜⎝⎛×−×−×+×=⎟⎠⎞⎜⎝⎛⎟⎠⎞⎜⎝⎛ −−+=233 W/m2 .69100673111)42. 01 (242. 011227. 0 1001)1 (211227. 0σσεεKThmrS⋅=⎟⎠⎞⎜⎝⎛×⎟⎠⎞⎜⎝⎛−×=⎟⎠⎞⎜⎝⎛⎟⎠⎞⎜⎝⎛−=233 W/m2 .69100673121227. 0 1002227. 0σσ⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛++−+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+=SprSBprVBedhdhλλλφελελλ32111106 .100546. 0581. 0==λλS查图 6-15 得06. 0,17. 021==φφ128. 0216. 026. 042. 0)06. 017. 0(06. 0216. 026. 0)(212=−×−+=−−+=Bεφφφφ所以01. 734. 4668. 26 .101320546. 0005. 02 .69128. 01142. 010546. 0005. 02 .69142. 00=+=⎟⎠⎞⎜⎝⎛×+×+−+⎟⎠⎞⎜⎝⎛×+×=λλe05. 01 . 0005. 0==tpdd查图 6-14 得11. 0)(=αβ若侵犯 了您的版 权利益，敬请来信通知我们！ ℡ 课后答案网5 .114101 .135 . 12005. 05=×××==−µρudRpep则83.157 . 05 .11411. 001. 7)(//0=××+=+=repeePRαβλλλλK W/m886. 00546. 083.15⋅=×=eλ（2）6 .10=λλS查图 6-15 得105. 0=Wφ⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛++−+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+=SprSWWprVWWdhdhλλλφελελλ3111120013. 9175. 3838. 56 .101310546. 0005. 02 .69105. 0117 . 010546. 0005. 02 .6927 . 00=+=⎟⎠⎞⎜⎝⎛×+×+−+⎟⎠⎞⎜⎝⎛×+×=λλW0396. 001. 75 . 0013. 91/5 . 0/1/1000=−=−=λλλλλwpwdh0 .385 .1147 . 042/13/12/13/1*=××==eprpwRCPdhλ3 .285 .1147 . 0041. 010 .38110396. 011/11*0=××++=++=eprwpwpwpwRPdhdhdhαλλλKhw⋅=÷×=2 W/m8 .308005. 00546. 03 .28（3） 由式 6-334 .17886. 021 . 08 .308)2/(=××==etwdhbλ查图 6-16 得27. 0)( , 2 . 521=Φ=ba2 . 0395. 05 .1147 . 083.151005. 04)/)(/)(/(442>=××××=×==eprettptpeRPdLdddGcLyλλλ若侵犯 了您的版 权利益，敬请来信通知我们！ ℡ 课后答案网Kybadddhetpp⋅=+=Φ+⎟⎠⎞⎜⎝⎛⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛=2210 W/m1 .52)395. 0/27. 02 . 5(1 . 0886. 0]/ )([λλλ第七章流化床反应器第七章流化床反应器7－1解：mcmdxdpiip4310845. 11045.18584. 31049. 61607.302595.275 .3105.274085. 51001−−×=×=+++++==∑假设20

7－3解：scmgddbbr/95.62)8980(711. 0)(711. 02/12/1=××==scmuumfmff/85 . 04===ε438. 1895.628295.6223=−×+=−+=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛fbrfbrbCuuuuRRcmRRbc514. 44128. 14)438. 1 ()438. 1 (3/13/1=×=×==云层厚度=cmRRbC514. 04514. 4=−=−若侵犯 了您的版 权利益，敬请来信通知我们！ ℡ 课后答案网。