化学反应工课后答案

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？答：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9=黑，有什么条件？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验测定采用间歇反应器？答：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+2BCA+C-D(2)A+2BCC+DE(3)2A+2BCD解rA=-桃&+k2cc-k3cAec+

3、k4cDG=_2仆；+2壮rc=-卜7-k,cAcc+k4cD=k3cAec-hCdrA=-KCACl+k2CC(2) G=-+2k2cc-k3cBec+k4cD.=k：ck3cBec+ksQCd+%6，EG=k3CBCC-hc,D-hCcC,D+hq。+2k2cc-k.cAcc+k4cD=-2*强+2壮rc=(之；-k2cc-4cAec+k4cDfD=k3cAec-k4CD6气相基元反应A+2B-*2P在30C和常压下的反应速率常数kc=2.65XlOkinols'1。现以气相分压来表示速率方程，EP(-/a)=Wb2»求&p=?(假定气体为理想气体)解7=273+

4、30=30%kc=2.65x104m6kmor2s-1c=±-RT一。=-fA=&pPaP；,kc2.65xl04m6kmor2s-1k=-=p(RT)3(8.314kJkmoPKx303k1=1.655x10-6kmol-nT3s“kPa37有一反应在间歇反应器中进行，经过8mm后，反应物转化掉80%,经过18mm后，转化掉90%,求表达此反应的动力学方程式。解£ 0,8 _ 18 1-0.8- 210.9 _ 1?8 1-0.9- 249假设正确，动力学方程与8反应A(g)C(l)气相反应物A被B的水溶液吸收，吸收后A与B生成Co反应动力学方程为：-/A=AcB

5、o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5m3时C的生成量。己知R=lm3kmoHhri,CBo=3kmoluir3,CA.D.02kmolm3,水溶液流量为lOnfhi"。解-。=CACB由已知条件，与C%均为常数-rA=1x0.02x3=0.06kmolnrir1反应时间即液相在反耀中的停留时间=0.51U1On?hr1C的生成BTVp=O.Odkmolnrir1x0.5111x513=0.15kmol9反应2H二+2NO.N1+2HQ，在恒容下用等摩尔H*NO进行实验

6、，测得以下数据总压/MPa0.02720.03260.03810.04350.0543半衰期/S26518613510467求此反应的级数。一 p-"dpA =ll 11=fi/2Pa=O5Pao(PM-。5Pio")=kp%2一1诺% Pi21口试5+0一)1n'A。=山仇1Pad=-PPm 0.1360 /1/2265InPm -1.995In* 5.5800.1630 0.1905186135-1.814 -1.6585.2264.9050.2175 0.271510467-1.526 -1.3044.6444.205In碰对山作图，得直线ParameterV

7、alueErrorA1.602170.01399B-1.99460.00834Y = A + B *X斜率- L9946-1.9946= 1 -、3三级反应10考虑反应Af3P,其动力学方程为。=一卜等=火号试推导在恒容下以总压表示的动力学方程。解11A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/s116.8319.8490.2913.81188coCA/kiuobm-299.090.683.070.665.342.4CB./kinobm'356.648.240.628.222.90解由ca-cb=42.4可知反应应按下列方式A+Bt产物进行

8、设为二级反应=积分得：kt=一-一In空空d/AQ-Go(aoG以一-In幺对t作图若为直线，则假设正确。c'ao-QoQ由Caocbo=42.4整理得数据如下：t116.8319.8490.2913.8118810.01320.01490.01690.02160.0247C'ao-Cb线性回归：Y=A+B*XPaiaineterValueEnoiA0.011661.84643E-4B1.08978E-52.55927E-70.02G、y=LO898xlO-5r+O.OU6Z:=1.0898xl0_5m3kmor1s_1-=1.0898x10-5cacb12丁烷在700C,总压

9、为0.3MPa的条件下热分解反应：CgHio-2GH4+氏(A)(R)起始时丁烷为116kg,当转化率为50%时-叽=0.24MPast,求此时dfdRdadyAd/'d/'dr解吼=2(也=2x0.24=0.48MPa-s-1drLd/)d/%_ dAdr drRT116 “.,?A0 = 7? = 2kmo4 = 05时=IkmoL=2kmoL以=Ikmol凡=4kmolA人*I1ZntRT4义RTV=P总300力匕Vd/44帆4x2.4drRTdr300dr300等号等二W-T13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285s,初始浓度为

10、lkmol,m-3时，反应到同一浓度需要283s,那么，从初始浓度为5匕n011相反应到1kmolnr3需要多长时间？解/=285-283=2s反应前后体积不变的不可逆反应，己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。14在间歇搅拌槽式反应器中，用醋酸与丁醇生产醋酸丁酯，反应式为:CH3coOH+C4H9OHh->CH.COOC+HQ(B)(R)(S)反应物配比为：A(mol);B(mol)=1:4.97,反应在100C下进行。A转化率达50%需要时间为24.6mm,辅助生产时间为30mm,每天生产2400kg醋酸丁酯(忽略分离损失)，计算反

11、应器体积。混合物密度为750kg-m-3,反应器装填系数为0.75。解A+B>R+SM16074116R 产量2400/2 4= 100kg hr10.862kmollir-1116转化率50%则A的投料量0.862i=1.724kmo-llir0.5折算成质量流量1.724x60=103.4kghr”A:B=1:4.9砌B投料量1.724x4.97x74=634.Ikghr总投料量103.介634.1=737.5kgh/换算成体积流量=0.9834nihr1546总生产时间24.6+30=54.611111折合要=0.91比60反应器有效体积0.9834<0.91=0.8949n

12、i反应器总体积竺"=1.2后0.7515反应(CH3cO)2O+H?Ot2cH3coOH在间歇反应器中15下进行。已知一次加入反应物料50kg,其中(CH3co)9的浓度为216mol-m-物料密度为lOSOkguM。反应为拟一级反应，速率常数为h5.708X107exp(-E/RT)min，E=49.82kJmor1o求以=0.8时，在等温操作下的反应时间。解 = 5.708xl07 ex-49820314x288)=0.0525211111-1In- = 3 0.6 min0.05252 1-0.81,1t=hik17A16在100C下，纯A在恒容间歇反应器中发生下列气相反应:2

13、A-R+SA组分分压与时间关系见下表：Z/sec020406080100120140160PaMPa0.10.0960.0800.0560.0320.0180.0080.0040.002试求在1OO0C,O.IMPa下,进口物流中包含20%惰性物,A组份流量为100moihr,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可与间歇反应器的反施时间相同。由数据表可知，/%=0.08MPa转化率95%/么=0.004MP姊需要的反应时间为T=140-40=100s100x8.314<373.15V=vt=-xl00=0.10771110.1x106x(1-0.2)17间歇操

14、作的液相反应A-R,反应速率测定结果列于下表。欲使反应物浓度由cAO=1.3kinobnr3降至U0.3kinobnr3需多少时间？ca'kmokm"00.20.30.40.50.60.70.81.0132.0(一rA)/kmoln，min0.1030.50.60.50.250.100.060.050.0450.042i=1.3kmol-ni3=0.3kmol-nf3同。(F)L(Ta)图解积分,30.10.20.30.40.50.60.70.81.01.32.0cAkmohm,103.332.01.672.04.01016.720.022.223.8Zr=(2.0+16.7

15、+2(1.67+2+4+10)+(16.7+20)03+g(20+22.2)=2.702+3.67+6.33=12.7min18一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-A=23pA?式中/八的单位为kPa。求该反应的活化能。解将分压换算成浓度：Pa=CaRT40(KF：一以=23pjkmolm"s"-。=2女;(400的同理：50CKF：=2女;(50。咫E = 742U moF1(-)400_16_rEp_1JJoo25T8.314140050019有如下化学反应CH4+C2H2H2=C2H4X：H4(A)(B)(P)(I)

16、在反应前各组分的摩尔数分别为io=lmol：A0=2mol；/B0=3mol；/?P0=0,求化学膨胀率(用两种方法)。解方法一£A=)'ADAs1-1-12115A=-1%=鼠方法二£_匕=匕=。+0+(3_2)+2_(1+2+3)_1aV=o1+2+3320在555K及0.3MPa下，在平推流管式反应器中进行气相反应AP,已知进料中含A30%(摩尔分数)，其余为惰性物料，加料流量为6.311101-s-1,动力学方程式为-以=0.27mol-m-3s-1为了达到95%转化率，试求：(1)所需空速为多少？(2)反应器容积大小？±=0.096号300f =

17、 CA0j0=U.10sSv=r-1=U.10-1=0.09s-1VR=Vor=0.0969x11.10=1.075lii3标准空速为：年0,096927315X03=555.15x0.1013=013ktVR1.07521液相一级不可逆分解反应A-B+C于常温下在一个2m3全混流反应器（CSTR,MFR,连续搅拌槽式反应器）中等温进行。进II反应物浓度为1kinolm-3,体积流量为Im311r1,出口转化率为80%。因后续工段设备故障，出II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，生产恢更。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VCaoa21-

18、0.2/gi-i一=3-=k=2hr匕一公102k全混流反应器切断进;1料即为间歇反应器cA = 0.073dcniol- m"幺=e-kl1k=6-2'0.5Cao°?1 - 0,0736 I= 0.926422第17题中的反应，当CAo=L2kmolm3,进料速率IkmolAhif 转化率为75%； （2） cAo=1.3kinol-nr3,进料速率 2kinolA-lir1,出 I I 为 OJkmokm。；（3）cAo=2.4kinol-m-3,出 口仍然为0.3kmol，m-3,进料速率为IkmolAhL计算三种情况下，用全混流反应器的 体积各为多少？解C

19、A = 1.2(1-0.75)=03由数据表,对应-a = 0.5kmol- m-3minH1 1.2-0.3 x-L2 0.5x60=0.025m32 1.3-0.3=x1.3 0.5x60= 0.051m312.4-03x2.4 0.5x60= 0.029m323反应A+B-R+S,已知VR=0.001m3,物料进料速率%=0.5XlOmhiuir1,CAo=CBo=5mobm3,动力学方程式为-a=&caCb,其中k=lOOnfkmoHmin"。求：（1）反应在平推流反应器中进行时出II转化率为多少？（2）欲用全混流反应器得到相同的出II转化率，反应器体积应多大?（3）

20、若全混流反应器体积&=0.0011口3,可达至IJ的转化率为多少?已知k=lm3kmol"hr",CEo=3kmol,nrcamffl=0.02kmol-m-3,水溶液流量为lOnfhr"。解平推流(1-4尸 h/lf%=im=一%0.00 lx 0.1x50.0005-= 0.5-1)全混流唳_Cad_Ca_CA_0.005-0.0025_4Vo-rAkcq100x0.0025V=Vor=0.5xl0-3x4=2xl0-3m3Xkv%_C'aoJ_C'aqC4_0Ao.X八Vo-。LqMoO-a) AB + Cr(.=ki Ca2A+B

21、f 2DrD=2kzCACBA的初始浓度为2.5kmolnr3, A和C的出I I浓度分别为0.45和0.75kmolm4假设进口物流中不含B、C、D,反应时间为1250sec,求:1.出I I物流中B和D的浓度;2. ki 和 kz o(2)K= 0.001in3 =Xx0.5x10工100x0.005(1-aa)2x1=/-xA=0.3820(1-4)-24在全混流反应器中进行如下等温液相反应:反应共消耗A2.5-0.45=2.05kmol-m-3每消耗2个A生成1个C,生成C所消耗的A为2x0.75=L5kmolm-3生成D所消耗的A为2.05L5=0.55kmolm"每消耗1

22、个A将生成2个D,因止LD的出口浓度为）.55x2=1.1kmo1m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的浓度劝.75-0.5xl.l=0.2kmol-m"1250=0.750xO.452.ACdT1250=Ll - O2k、x0.45x0.2匕=4.889x10-3m3kmoFs”第二章习题1 .动力学方程的实验测定时，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

23、的特点，试问选用何种类型反应器适宜?为什么？答：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-P,在一体积为修的平推流反应器中进行，已知进料温度为150c,活化能为84kTmoH,如改用全混流反应器，其所需体积设为乙，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=2,1/2,-1时，全混流反应器的体积将怎样改变？解：,E(-。)=hexpG万”KiPFRCSTR互=幺=父=

24、1n(1心)FaoJ。(-4)CkJ。17AC)嗫_4二CaoMa)fkVp k(l-xA)ln(l-xA),E E、= -exp(-)R7m /?T；7(l-xA)ln(l-xA)IFT=Tpm匕一fk%/：(l-xA)111(1-xA)_7,4(1-XA)111(1-XA)VIF4=land”=0.6/七亿-7m)0.61=-expx7弋/?7；7ml(1-0.6)111(1-0.6)1423.157；423.157mxl.637J42315T23.87d42315-T-0.4929=23.876巴Tm-0.0206%=423.15-7m7m=43207K4.在体积/=(M2m3的全混流反

25、应器中，进行反应A+B二Z1R+S，式中h=7ni3kmol"min",/r2=3m3kinol-hiiiir1,两种物料以等体积加入反应器中，一种含2.8kmolAm-3,另一种含1.6kmolAnr设系统密度不变，当B的转化率为75%时,求每种物料的流量。2.8-3=1.4kmol-m2-=0.8kmol-m-32cB=O.8(l-0.75)=0.2kmol-m-3cR=cs=0.8x0.75=0.6kmol-m-3cA=1.4-0.6=0.8kmol-m-3-大=7x0.8x0.2-3x0.6x0.6=0.04kmol-tBQCn0.80.2-r=1一rA0.04v=

26、012x6Q=0.48m3hr115每一股是总物料量的T：vA=vB=0.24m3hr-15.可逆一级液相反应P，已知cA0=0.5kinolm_3,cro=0：当此反应在间歇反应器中进行，经过8mm后，A的转化率为33.3%,而平衡转化率是66.7%,求此反应的动力学方程式。解-。=-萼=k，A-&Cp=*A-k2(cM-cA)QtCa=%(I)Cp=2一等=(1-x)-atat7 = 0, x = 0/ = f, X = X-=kl-(ki+k2)xatdx=d/k氏+k2)x-1h + k1n -k、K-k-c'oZ工0.667k?1。10(1-七)1-工1-0667K=

27、&=2x=0.333r=8日中十扑0叫=819n(0.5)=手声8k.+k,k.+k、化+七=0.08664kJk、=2=0.05776nin-1'k=0.0288&111屋一么=%=0.05776-0.02888:Adra6,平行液相反应APrP=lAR，r=2caA>S/"s=Ca"己知CAo=2kmo卜nr3,CAf=0.2kinol-nr3,求下列反应器中，cp最大为多少？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=1kinolm-3。解Sp=七=pq+G+匕+2c'a+c；(1+CaTFoiP

28、FR=Spao -(3)=AO"(1 + Ca 尸=0.5kmol-m(1+cQ(l+cA0)1+0.21+2FoiCSTR一11Cp=Sp(c&-&)=(&-r=(2-0.2)-(1+cQ(1+0.2)=1.25kmol-m'3FortwoCTRuiSenesCp=(Cao-Cai)5pi+(皂】一1)5pz=+(l-0.2)(1+1)-(1+0.2)-=0.25+0.56=0.81kmolnr37.自催化反应A+P->2P的速率方程为：-以=人（>,k=lnkinol-hnin-1,原料组成为含A13%,含P1%（摩尔百分数）,且Cao

29、+cpo=1kmol-nr3,出口流中cP=0.9kmol-nr3,计算采用下列各种反应器时的空间时间（lVr/%）。（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cA0=Ikmolm3%人=0.0714xAf=0.9ADAin4Ai-9=kc0=kcM(1一/)<&&=k或(1-xA)xAForPFRForCSTR0.9-0.0714(l-0.9)x0.9=9.2 minr-一A口一1x八°鼠；0（1-心除1X1ForCSTR+PFR由于一与-。的极值点相同令"'a)=

30、o,有1一2人入=0，%=051%7Am10.5-0.0714171.x=x=1.71mmMo(ItaiKai1x1(1-0.5)x0.5cA1=0Ao(1一%)=0.5kmol-m-3(0.9、党=2.201-0.5；t=T+j=1.71+2.20=3.91minForCSTR+分离器*。，kc (I XaiKai10.5-0.0714171 (1-0.5) x 0.5= 1.7 Imin8 .在两个串联的全混流反应器中进行一级反应，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LG VRL = V19 .半衰期为20小时的放射性流体以的流量通过两个串联的40m3全混

31、流反应器后，其放射性衰减了多少？解只有一级反应存在半旗J的概念。首先求反应速率常数：/t=0.0346dir对全混流反应器，丁二/二幺0.0346& I-.%)xA = 0.9327代入数据（第一釜）:黑=也一与（1一,）400=0.13-4）第二釜，单釜转化率仍以）.932%总转化率1-（1-0.932疗=0.995510 .A进行平行分解反应，其速率式为/RA f S TfR=lkinobmniiir1rs=2fAkinobmniiir1cakinobmnuir1其中R是所要求的目的产物，CAo=lkmolm试问在下述反应器进行等温操作时，预计最大的CR为多少?（1）全混流反应器：

32、（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（&=（ ）亍= （附-）1+2C&+1=(1-0)-=11+0+0对平推流反应器，则尽量使其转化率提高。=-111=0.462iiiol-m31+011 .在0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：A-2.5P,实验测得如卜.数据:时间/s02468101214coPA，MPa0.10.080.06250.0510.0420.0360.0320.0280.020求此反应的动力学方程式。解当8时，Ae=0.2故为可逆反应，设此反应为一级可逆反应，则-%=人Pa-k2Pp=4P

33、a-2.5-血-Pa）at积分，得出+2.5得）1=11一/%Pa以（-ln（pA-pAe）对作图t02468101214Pa0.10.080.06250.0510.0420.0360.0320.028Pa-Pac0.080.060.04250.0310.0220.0160.0120.008-lil(pA-pAe)2.5262.8133.1583.4743.8174.1354.4234.828一0BUnearFitofData1_By=063?+2.5035化+2.5弋=0.1633一<人_2.5(/人一/%)_2.5(10.2)A=1Uki1°?人=0.131&=0.

34、0131一。=0.13以-0.032XPao-Pa)12 .气相反应A+B=R的动力学方程为（-八）=如川店-山心），式中k=3.5xl0sex«mol-m-3s-1Pa-2Kp=7.0x1（T12expjPa"1请确定最佳反应温度与转化率之间的关系。2620=3.5x10 s ex2620T3.5x10s(-3560-2620)(3560+2620一际HPR4-亍一&一。)=0356A26207.0x10“ PR-3560Tar2620/%/%=-3560,2620x7.0xl0-12pApB=1117rT(35604-2620)pR设初始距AO=Pbo，Pro=

35、o&A=-°-5_Pao(if)n_.("心)_/WaA(1+AA)BQ+Ka)R(1+以以)T-35603560°P-J2620x7.0x1产"(If)-J337xl0u%(1-O&a)'(3560-2620)aa(1-0.5aa)J*校核：设Pm=0.05MPa,=05代入7=221K比较合理。设Pm=0.05MP&a=0.75代入T=20IK比较合理。13 .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II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？解全混流

36、循环时T=C&心7AorA£出口物料一半与等量的心=0的物料混合，XA0=0.5XAf。r=r-一05%_05%Xa£_2kr我(1-%)1-%1+2酎与简单地把处理量减半等效。VCADXA£ -y = £A014 .有一自催化反应AR,动力学方程为-a=0.001caCrkmokiMsL要求反应在4个O.ln?的全混流反应器中进行，反应物初始浓度CAoTOkmokm",cro=o,处理量为5.4n/hr。如何排列这4个反应器（串联、并联、或串并联结合）才能获得最大的最终转化率？最大的转化率是多少？解亡。.。叫金=。.。叫（工）当空3。

37、最大d(0QQkAA0-A),Qr='ao-%=1°-5=2060.00kAcR0.001x5x5将3个反应器并联，r=处史3600=20作，恰好是最佳操作条件5.4另外一个串联在后面cA = 3.486kmol-nr3/一Cao_Ca_5-Ca匕0.00kAcR0.00kA(5+(5-cA)= 1-3.48610= 0.651415 .一级不可逆连串反应Ah=O.25hr，h=0.05hr“，进料流率为CA0=lkmol，m-3，Cbo=（,co=O。试求：采用两个收=111）3的全混流反应器串联时，反应器出口产物B的浓度。解=b=Llhr第一个反应器出口：cA1=-=0.

38、8kmolm-3A1(1+0.25)第一个反应器出口：=0.1903cmolm_3B1(1+0.25X1+0.05)AQ第二个反应器出口：%=:-=0.64kmolm-3(1+0.25)就第二个反应器对B作物料衡算：0CB2K)Cb1=一Wr从中解出Cb?：+KcB10.25x0.64+0.1905A._5=14R=0.3338cmolm1+0.0516 .某气相基元反应：A+2BP已知初始浓度之比Cao：cbo=1：3,求?的关系式。dr解rA=ya=ao(1-Xa)丫=匕(1+以4)Cao山4_(1-0.5xa) dr_ %_ 2皿% _ 3匐_3-24V 匕(1 0.54) 匕(1_。.

39、54) 匐1-0.5aadvAdf= kclQ(l-xA17 .已知常压气相反应2A+B7"R+S动力学方程为-5二4或4一心或，试用下列三种方式表达动力学方程:(1)组分分压；(2)组分摩尔分率；(3)组分初始浓度和A的转化率。解1-"Ar_，B0-65cA01A1+441+4”+°5(-文q=%一°$的41+4451+44c If、z>(B005(aqXak ( °Ro + 65cAp，aA 1 + JXa1+%'a>(，so+85cAp”)1+04)18 .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10L3

40、kPa下627.2K时等温分解。已知&=L7m3kmoHs，处理气量为120nl315(标准状态)，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。解2NO2->N2+2O2-rA=kcl，k=l.7m3kmoPsT,Vo=2ONni31!-1p=0.101玄Pa,T=627.2K,=0.70(1)恒容过程Vk=Modqi?o=1.488x10-3kmolsH22.4x3600一一=0.01943cmol-nr38.314x627.2- = 5.4hn3 17A1.488x10-31.7x0.0194(2)变容过程2+1-2$A)'A0=

41、1，&A=05X1=0.5%Ml+05%Y一%产(-0.5+0.54+L5丫%J。1-XAJA-；oJo117A)0 25% 严( 砥。J。1317A0.25。回 9_ 6h：。J。Off I0 25%AOA0Pao _RT5008.314x623.15=0.096±molnr3+6111(14)+4=83821?1x.IA/.va=0.719 .均相气相反应A-3P,服从二级反应动力学。在0.5MPa、350c和，。=4口制111下，采用一个25mm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320m3hr】，进料中含50%A,50%惰

42、性物料时，在2.5MPa和350下反应，为获得80%的转化率.求需用25mm内径，长2m的管子多少根?这些管子应并联还是串联？解(1)求速率常数左VR=-x0.0252x2=9.817xl0-4m3R4dv1h,AO4乙+121n(lf)+占-9)Q4x0.6+12111(1-0.6)+p-9=J_x4.905h,Ao十绝产= 245-6k = 4.905x = 57.52in3kmorV1 rcAQ 0.8836x 0.0965(2)求反应器体积和管数3'ao = 05= yAQA = 0.5 x 2 = 2, xA = 0.8Vo = 32Ckn3lir1 = 0.08 8 891

43、1V=装=0.5x2500x0.08889; “ 19mol.RTCao8.314x673.150.5x2500-3=0.2334cmoi-mRT 8314x623.15a kc2 kcaddv.17A+ 1/xO.S鲁 J+ 41n(1-4)+4h AO I 1 - “AJo0.0198557.52乂。23344 + 1-0.84111(1-0.8)+0.8-4=0.065641?=67z0.06564N=-9.817x1()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卜.尽量并联。20 .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-小=h/,反应温度为500Co

44、这时测得的反应速率常数为A=0.25m3比口01大。反应在内径为25mm、长为Im的管式反应器中进行，器内压强维持在101.3kPa（绝），进料中仅含组分A,当其转化率为20%,空间速度为45hri（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。解C12-1t1 XA C'a =或。1 + 44101.3RT 8.314x (273.15+500)=0.01576cmolnr3273.15S、T 45x(273.15+500)= 0.00785hf=28.26s%=%5A=lx丁=17=rL&A_1L1+4=一司。(jy4kJ。l(i-xA)-i-xA)I7o、

45、=-+ln(J丁丁山(1-0)鼠1l7Af1-。=/+ln(l-0.2)-210.25x0.0157(11-0.27)=70.3s第三章习题1 .有一有效容积G=lm3,送入液体的流量为1.8加1屋的反应器，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/mm01020304050607080c/kgnr3036543210求其停留时间分布规律，解示踪法求停留时间分布规律即F(t),E,t，戊Z/inuic/kgnr3EcFEtct2C000000010330.1250.01253030020690.37500.02501202400305140.58330.02081504500

46、404180.750.01671606400503210.8750.01251507500602230.95830.00831207200701241.00.004270490080L024241.00080033200毋=晅33"以24=2212P-33.332=2722miirX。242.对某一反应器用阶跃法测得出口处不同时间的示踪剂质量浓度变化关系为:"min0246810121416c/kgnr300.050.110.20.310.430.480.500.50求其停留时间分布规律，即广，E，I,a；解：阶跃法求停留时间分布规律c0=0.5kgm-3nunc/kg-n

47、r3FEQ)/AcC'orcC。000000020.050.050.10.050.20.440.110.160.220.060.481.9260.20.360.40.091.086.4880310.670.620.111.7614.08100.431.10.860.122.424120.481.580.960.051.214.4140.52.081.00.020.567.84160.52.581.0000E7.6869.12t/A。r么qt=y=7.68mma;=£-r2=69.12-7.682=10.14mnf3,请将习题一中停留时间分布规律用对比时间J作变量，求尸(8),

48、E(8),0,解e=L尸®)=F(f)E®)=z£(f)0=g反=6T-=33.33mintiiun01020304050607080c'kgnr3036543210E=比600.41660.8330.6940.55560.41660.27660.1390尸(夕)=网。00.06250.250.47920.66670.81250.91670.97921.0t_33.33r-33.33=27222=024.9r233.33?4.应用习题一的反应器，进行A+B-D反应，已知cAo=cBO=20mobnr动力学方程为-?a=0.005cacbnioluMmiir

49、i,请用凝集流模型计算反应器出口物料中A组分的转化率，并求ca,cb，cd值。本题若用PFR及CSTR模型计算时，物料出口中A组分的转化率是多少?解凝集流模型：4=£*"（，） 0广双_Cao广处、J。0.005ccbO.OO5coJ°(1-xa)2cha104tCL(l-xA)2=l-xAXa=t+10%=4+10时间/mmc/kg-nr3FSr=L_44+10弘AF。）0000001030.1250.50.1250.06252060.3750.6670.250.166753050.58330.750.20830.1562254040.750.80.16670.

50、133365030.8750.8330.1250.1041256020.95830.8570.08330.07138817011.00.8750.04170.03648758001.00.88900£240.7308356%073080ci=q=ck(1-4)=20x(1-0.7308=5.384nol-m-3c'd=cada=20x0.7308=14.61nol-m-3PFR模型计算时：r=33.33min匕rdi_1adrA干0.00%.，(l-xA)2=10广4口=山幺=33.33J。(lGIxA=0.7692CSTR模型计算r_CA0-A_lrAfxa = 0.582

51、1O.OO5cio(l-xA)2电七= 33.33 XA)r=33.331111115.在习题一的反应器中进行AfD反应，已知CAo=25mobnr3,动力学方程为-，,a=0.05camolm+miiri,请分别用：凝集流模型；(2)多级混合槽模型；(3)平推流模型；(4)全混流模型。计算出II物料中A组分的转化率。解(1)凝集流模型t/minc/kgin"3LcFQ)|0000010330.1250.11890.0758220690.3750.22620.09197305140.58330.17930.04649404180.750.13650.02256503210.8750.09740.01026602230.95830.06170.00415701241.00.02940.00126800241.00£240.2525xA=1-卜xp(一匕)=0.7475(2)多级混合槽模型：端=n=0.245=N=4.08= 0.75560T-N4一/红丫"一(y0.005x33.33Vos(nJI4.08J(3)PFR模型:r=-=33.33minVor=c/-A_1广况叼。-rA0.05。l-xA=20广=201n