习题(陈甘棠)

1、P291. 有一反应在间歇反应器中进行，经过8min后，反应物转化掉80，经过18min后，转化掉90，求表达此反应的动力学方程式。 解：假设为二级反应3. 可逆一级液相反应，已知，；当此反应在间歇反应器中进行时，经过8min后，A的转化率是33.3%，而平衡转化率是66.7%，求此反应的动力学方程式。解： ，设正反应速率常数为，逆反应速率常数为。（I）平衡时：，即（I）式可化为：解得：所以动力学方程式为：5.解：.k6. 在700及恒压下发生下列反应：。反应开始时，系统中含为116kg，当反应完成50%时，丁烷分压以的速率发生变化，试求下列各项的变化速率：（1）乙烯分压；（2）H2的摩尔数；

2、（3）丁烷的摩尔分率。解：该反应简单表示成：当时，（1）（2）（3）7. 解：乙酸的初始浓度：3.97 mol/l 乙醇的初始浓度：10.35 mol/l 水的初始浓度：18.32 mol/l总的反应速率：=（1）=3.620.353（2）若忽略逆反应，则=0.416（3）平衡时，即0.54如果反应组分的浓度不随时间变化，则反应已达到平衡。8. 解：根据PV=nRT 假设为一级可逆反应，以分压形式表示，则为：令则（1）平衡时， 根据式（1）得：，以为纵坐标，t为横坐标，根据实验数据作图，结果如下图所示。由图可以看到，各点基本分布在一条直线上。因此，“假设为一级可逆反应”成立。由图还可以得到直线

3、的斜率为0.1633，即=0.1633，又因为，所以=0.0327 min-1，0.1306 min-1此反应的动力学方程可表示为：9. 反应，已知，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：瞬时收率总收率，（可将关系式代入，和可进一步简化）。P851. 解：间歇反应器：， ， 求得k=0.0926 min-1（1）平推流反应器 ，该式形式上与间歇反应器的反应时间计算式完全相同，所以，空速=0.0769 min-1（2）全混流反应器 =25.2 min空速=0.0397 min-12. 解：0.0988 m3/s=11.10 s=0.09 s-111.1

4、=1.097 m33. 解：（1）理想间歇反应器 （a） 表中的浓度与反应速率的关系，可由下图表示：可用图解法或数值积分法求解式（a），下面以数值积分法求解。为了能使用辛普生数值积分法，对已知数据通过内插法添补，结果如下表。=12.72 min（2） mol/L=17.09 min=189.89 L（3）0.3 mol/L=1.8 min13.89 L/min=25.0 L4.解：（1）求反应速率常数动力学方程：（2）工业规模反应器时0.06564m3（根）考虑到流动形态和流动阻力等因素，这些管子以一定的并联和串联相结合的方式组合。5.解：2.216h1773 L8.解：（1）一级反应反应温度

5、相同时平推流反应器：全混流反应器：改变反应温度，使Vm=VP =1当转化率0.6时，代入已知条件，得： 求得：Tm432.1 K159 当转化率0.9时，代入已知条件，得： 求得：Tm448.8 K175.7 （2）二级反应（3）1/2级反应（4）-1级反应9.解：假设为一级反应，以t为横坐标，为纵坐标，作图：由图可以看到，各点几乎分布在一条直线上，因此，假设成立。由图可得到直线的斜率为0.5161，即1/k=0.5161，所以k=1.938 h-1（1）三釜串联0.991三釜串联的转化率大于间歇反应器的原因可能是实验数据的测定误差和拟合误差所致。（2）单个全混釜0.92110.解：（1） 当

6、时，1 mol/l（2） 当时，0.5 mol/l（3）因为反应区内A浓度低，有利于S1的生成，所以宜采用全混流反应器，或者管式反应器采用多侧线进料，所能获得的最大浓度是1 mol/l。P1101. 答：原因：进入全混釜的物料瞬间被混合均匀，且与出口处相同，因此在脉冲法停留时间分布测定中，t=0时出口示踪剂浓度最大；在阶跃法停留时间分布测定中，t=0时出口示踪剂浓度变化最大。物理意义：全混釜反应器的返混程度达到最大，停留时间趋向于0的粒子所占分率最大。搅拌效果非常好的釜式反应器用于连续操作时，或循环比很大的连续式循环反应器，其E曲线形状与全混釜的E曲线形状接近。2.解：，各停留时间下的E(t)

7、、F(t)值见下表。t/min012345678910c(t)/(g/l)00356643210E(t)/min-1000.10.1670.20.20.1330.10.0670.0330F(t)000.10.2670.4670.6670.80.90.9671.01.03. 答：一般情况下，相应于E值最大时的t，相应于平均停留时间。因为E值最大时的t，体现了停留时间为t的粒子所占分率最高，而且E(t)曲线通常呈“钟形”，左右两边基本对称。4. 答：有必要从E曲线估计。因为实际反应器可能存在死角、短路、沟流等非理想流动，其平均停留时间不能简单地根据来计算，需要通过E曲线来计算，这样结果才比较可靠。

8、6. 解：（1）若是“闭式”，0.3205串联数目3.12（2）若是“开式”，0.72串联数目2.72（3）若是“开闭式”，0.52串联数目2.779. 解：各停留时间下的E(t)值见下表。t/s1020304050607080c(t)03554210E(t)/s-100.0150.0250.0250.020.010.0050tE(t)00.30.75110.60.350t2E(t)0622.540503624.50/10301.53430.81780.26160.06690.01070.0017040s(6+22.5+40+50+36+24.5)10-402190s2与该反应器相当的全混釜串

9、联级数为：8.42根据在相同的停留时间下，全混流反应器的反应结果可计算：4.556根据题意，式中与相等。因此，该反应器的出口浓度为：0.02621-0.02620.974本题也可用宏观流体模型计算：4.556/400.114s-1对于宏观流体，每个粒子相当于一个间歇反应器，现为一级反应，所以=0.02691-0.02690.973两种方法结果基本相同。P1531.解：760mmHg以为纵坐标，为横坐标，作图：得直线的斜率为0.008567，截距为-0.0001740。根据，则：解得：C-48.24，119.14比表面积Sg= 4.25vm= 4.25119.14 = 506.35 m2/g2.

10、乙炔与氯化氢在活性炭催化剂上合成氯乙烯的反应：其动力学方程式可有如下种种形式：试写出各式所代表的反应机理和控制步骤。解：（1） （2）存在两种不同的活性中心。（3）B参与吸附，但参与反应的是气相中的B，而不是吸附态的B。（4） 6.解：反应机理为： * 由反应机理可得： 所以可解得： 因此其反应速率式为： 7.解：微孔半径6.90210-3 cm2/s补充作业：1. 某氨合成催化剂还原后比表面积，孔容。气体混合物中，温度400，压力30.4Mpa。催化剂的孔隙率，曲折因子。已知计算分子扩散系数时各组分的分子扩散体积如下：氢，6.12；氮，18.5；氨，20.7；甲烷，25.14；氩，16.2。

11、求：（1）计入Knudsen扩散时氨的有效扩散系数；（2）不计入Knudsen扩散时的。解：使用到的公式：对于气体混合物中发生化学反应的系统，各反应组分的扩散通量之比等于它们的化学计量系数之比，惰性组分的扩散通量为0。1.0610-2 同理3.1410-3 3.2110-3 3.0810-3 =5.2910-3 催化剂平均孔半径：=20.08210-6/13.1=1.2510-8 m =1.2510-6 cmKnudsen扩散系数：7.6310-2（1）计入Knudsen扩散时综合扩散系数：4.9410-3 氨的有效扩散系数：=9.8910-4 （2）不计入Knudsen扩散时=1.0610-

12、3 2. 乙烯直接水合制乙醇可视为对乙烯的一级不可逆反应，在300、7.09Mpa下，采用直径与高均为5mm的圆柱形催化剂，求内扩散有效系数。解：对于不同形状的催化剂颗粒，Thiele模数均可表示为：0.942内扩散有效因子：0.6933.某圆柱形催化剂，直径d=5mm，高h=10mm。求该催化剂的相应直径，及形状系数。解：P1952.解：（1）床层有效导热系数，因1，所以69.1969.19=0.581/0.0546=10.64由图6-15查得0.1520.06由式6-27可得0.12816.33616.33617.43010.5/100.05由图6-14查得0.1147.43010.1141200.717.01所以17.010.05460.9287（2）床层与管壁间的给热系数由图615查得=10.64时，0.118.9550.0443726.6026.600.0546/0.005290.5（3）总给热系数15.6查图616得：5.1，0.260.4050.24.8845