《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 24 三级气相反应 2NO+O22NO2，在 30及 2 /1cmkg f 下反应，已知反应速率常数 4 1065 . 2 = C k)/( 22 smolL，若以 BApA ppkr 2 =表示，反应速率常数kp应为何值？ 解：原速率方程 BA A A cc dt dc r 24 1065 . 2 =（1） 由气体状态方程有 RT p c A A =， RT p c B B = 代入式（1） BA BA A ppRT RT p RT p r 234 2 4 )(1065 . 2 1065 . 2 = = 当压力单位为 2 /cmkg f 时，R=0.08477，T=303K。 所以564 . 1 )30308477 . 0 (1065 . 2 34 = p k)/(/ 32 cmkgsLmol f 25 考虑反应A3P，其动力学方程为 V n k Vdt dn r AA A =)(。试推导：在恒容下以总压 p 表示的动力学方程。 解：2 1 13 = = A 因， RT p V n AA =， 微分得 dt dp RTVdt dn AA 1 = 代入原动力学方程整理得 A A kp dt dp =（1） 设初始原料为纯 A，1 0 = A y，总量为 00A nn=。反应过程中总摩尔数 根据膨胀因子定义 AA A nn nn = 0 0 若侵犯 了您的版 权利益，敬请来信通知我们！ 课后答案网 则)( 1 00 nnnn A AA = 恒容下上式可转换为)( 1 00 PPPp A A = （2） 所以 dt dP dt dp A A 1 =（3） 将式（2）和式（3）代入式（1）整理得 )3() 1( 00 PPkPPk dt dP A =+= 26 在 700及 2 /3cmkg f 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)/( 2 scmkg f 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：58 104 = HC M，2000 58 1000116 0 ,0 104 = = HC nnmol 2 /3cmkgP f =，2 1 112 104 = + = HC （1）4 . 2 2 1 42104 = HCHC rr 8 . 44 . 22)(2 10442 = HCHC rr)/( 2 scmkg f （2） 104104 HCHC PyP= 1 - s 8 . 0 3 4 . 21 104104 = = dt dp Pdt dy HCHC （3） 104104104104104104 )1 ( 0 ,0HCHCHCHCHCHC yxynnyn+= += dt dy xyn dt dn dt dn HC HCHCHC HCH 104 104104104 1042 )1 ( 0,0 mol/s 32008 . 0)5 . 0121 (2000 2 =+= dt dnH 若侵犯 了您的版 权利益，敬请来信通知我们！ 课后答案网 29 反应APS， pA ckrckr 2211 )( , )(=，已知 0 0AA cct= 时， 2 . 0/ , 0 2100 =kkcc Sp 。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： tk AA ecc 1 0 = )( 12 21 1 0 tktk AP ee kk k cc = tk tktk A P A P P e ee kk k k k c c k k r r 1 12 )( 11 21 1 1 2 1 2 = = ) 1(1 )( 21 2 21 = tkk e kk k tkk e kk k kk k )( 21 2 21 1 21 =25 . 0 25 . 1 1 4 = tk e 1 )1 (25 . 0 1 ( 1 1 1 12 4 ) 21 1 0 = = = tk tk tk tktk AA P P e e e ee kk k cc c 或由 A c c p AA P dc cc A A = 0 0 1 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 . 01 1 ln 13 1 1 1 ln 1 A xt k0.0926 min-1 （2）平推流反应器 1 - min 0769 . 0 13 11 min13 7 . 01 1 ln 0926 . 0 1 1 1 ln 1 = = = = V A S xk k1k2 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 . 0 2 . 25 11 min 2 . 25 )7 . 01 (0926 . 0 7 . 0 )1 ( = = = = V A A S xk x 32 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： AA cr27 . 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：s p RTF v/m 0.09942 L/s 42.99 10013 . 1 /1081 . 9 3 55508206 . 0 3 . 6 3 54 0 0 = = s 1 .11 95 . 0 1 1 ln 27 . 0 1 1 1 ln 1 = = = A xk -1 s 09 . 0 1 . 11/1/1= V S 3 0 m 104 . 1 1 . 1109942 . 0 =vV 34 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：2 1 13 = = A ,1 0 = A y 3 4 0 mol/m 4 .97 )273350(314 . 8 1081 . 9 5 = + = RT p cA A AA AAA AA A x xc xy xc c 21 )1 ( 1 )1 ( 0 0 0 + = + = 2 2 0 2 21 1 + = A A AAA x x kckcr 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 A AA A A A A x A A A dx xkc dx x x kcr dx c v VA 2 6 . 0 0 0 2 6 . 0 0 0 0 0 0 2 1 31 1 211 = + = = 0 6 . 0 0 0 905 . 4 4)1ln(12 1 91 A AA AA kc xx xkc = + = 所以 0 0 905 . 4 A kc v V=（1） 工业反应条件下：5 . 0 0 = A y， 0 0 0 5 . 2 A a A c RT yp c= = A AA AAA AA A x xc xy xc c + = + = 1 )1 ( 1 )1 ( 0 0 0 A AA A A A A x A A A dx xck dx x x ckr dx c v VA 2 8 . 0 0 0 2 8 . 0 0 0 0 0 0 1 1 21 1 11 = + = = = 0 8 . 0 0 0 36.10 )1ln(4 1 41 A AA AA ck xx xck = + = 所以 0 0 36.10 A ck v V =（2） 比较式（1）和式（2）得： 根 68 6 .67 4 320 5 . 2 1 905 . 4 36.10 905 . 4 36.10 0 0 0 0 = = v v c c n V V A A 应并联组合。 35 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： A A kp dt dp =，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= A x时，所需平推流反应器的体积。 解：1 1 111 = + = A ,1 0 = A y 因 RT p c A A =，动力学方程可转换为： A A kc dt dc = A AA AAA AA A x xc xy xc c + = + = 1 )1 ( 1 )1 ( 0 0 0 设计方程 A A A A A x A A A dx xk dx x x kr dx c v VA = + = = 5 . 0 0 5 . 0 00 0 0 1 1 21 1 11 ()h 216 . 2 5 . 02ln2 4 . 0 1 1 1 ln2 1 5 . 0 0 = = A A x xk L 1773216 . 2 800 0 =vV 38 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 PFR AP p xk v V = 1 1 ln 0 （A） CSTR A A m m x x k v V = 1 0 （B） （1） 等温反应 mP kk=， 则， )1ln()1 ( AA A p m xx x V V = （2）若Tp=150，要求 mP VV=，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 ( 1 12 1 1 AAAA S cccr r + = + = = = = mPAA A p m TTR E xx x k k11 exp )1ln()1 ( （C） 当6 . 0= A x时，由式（C）求得159= m T 当9 . 0= A x时，由式（C）求得 6 . 175= m T （3） n 级不可逆反应设计方程 PFR = 1 1 1 1 1 1 1 0 0 n A n A P xnkc v V（D） CSTR n A A n A m x x kc v V )1 ( 1 0 0 = （E） 当 n=2 时1 1 1 = Ap m xV V 当 n=1/2 时1 )1 (2 )1 (1 )1 ()1(2 2/1 2/1 2/1 + = = A A AA A p m x x xx x V V 当 n=1 时1 2 )1 (2 = = = B p eM ud R Pa 1053 . 4 63 . 4 5 . 1 003 . 0 4 45 . 0 45 . 0 1 75 . 1 1 75 . 1 52 3 2 3 = = =u d L p SB B 62 （1） K T h m B B rV = + = + = 2 3 3 W/m 2 . 69 100 673 1 11 )42 . 0 1 (2 42 . 0 1 1 227 . 0 1001 )1 (2 1 1 227 . 0 K T h m rS = = = 2 3 3 W/m 2 . 69 100 673 12 1 227 . 0 1002 227 . 0 + + + += S prS B prV B e dh dh 3 2 1 1 1 1 0 6 . 10 0546 . 0 581 . 0 = S 查图 6-15 得06 . 0 ,17 . 0 21 = 128. 0 216. 0 26. 042. 0 )06. 017. 0(06. 0 216. 0 26. 0 )( 212 = += += B 所以 01 . 7 34 . 4 668 . 2 6 . 10 1 3 2 0546 . 0 005 . 0 2 . 69 128. 0 1 1 42 . 0 1 0546 . 0 005 . 0 2 . 69 142 . 0 0 =+= + + + += e 05 . 0 1 . 0 005 . 0 = t p d d 查图 6-14 得11 . 0 )(= 若侵犯 了您的版 权利益，敬请来信通知我们！ 课后答案网 5 . 114 10 1 . 13 5 . 12005 . 0 5 = = ud R p ep 则83.157 . 05 .11411. 001. 7)(/ 0 =+=+= repee PR K W/m886 . 0 0546 . 0 83.15= e （2） 6 . 10= S 查图 6-15 得105 . 0 = W + + + += S prS W W prV W W dh dh 3 1 1 1 1 2 0 013 . 9 175 . 3 838 . 5 6 . 10 1 3 1 0546 . 0 005 . 0 2 . 69 105 . 0 1 1 7 . 01 0546 . 0 005 . 0 2 . 69 27 . 0 0 =+= + + + += W 0396 . 0 01 . 7 5 . 0 013 . 9 1 / 5 . 0 / 1 / 1 000 = wpwd h 0 . 38 5 . 1147 . 04 2/13/1 2/13/1 * = epr pw RCP dh 3 . 28 5 . 1147 . 0041 . 0 1 0 . 38 1 1 0396 . 0 1 1 / 1 1 * 0 = + += + += eprwpw pwpw RPdh dhdh Khw= 2 W/m 8 . 308005 . 0 0546 . 0 3 . 28 （3） 由式 6-33 4 . 17 886 . 0 2 1 . 0 8 . 308)2/( = = e tw dh b 查图 6-16 得27 . 0 )( , 2 . 5 2 1 =ba 2 . 0395 . 0 5 . 1147 . 0 83.151005 . 0 4 )/)(/)(/(4 4 2 = = = epr ettp tp e RP dLdd dGc L y 若侵犯 了您的版 权利益，敬请来信通知我们！ 课后答案网 K