第二章作业(课后答案)化学反应工程第四版

1、C4H8C4H6H24848484624646( )( )()( ) ()()( ) ()( )A C HC HBC HC HHCC HC H2-5丁烯制丁二烯丁烯制丁二烯假设反应按如下步骤进行假设反应按如下步骤进行:（1）分别写出）分别写出A、C为控制步骤的均匀吸附动力学方程；为控制步骤的均匀吸附动力学方程；（2）写出）写出B为控制步骤的均匀吸附动力学方程，若反应物为控制步骤的均匀吸附动力学方程，若反应物和产物的吸附都很弱，问，此时反应对丁烯是几级反应。和产物的吸附都很弱，问，此时反应对丁烯是几级反应。48484848484644848484846448464622161648 (1)111

2、/ 1)231=4;C HC HnC HaC HidC HiniC HC HC HC HiC HC HC HC HC HC HC HHHPrk pkbpbpbpbpbpC HpppPK （，反反应应属属于于化化学学吸吸附附控控制制，根根据据平平衡衡近近似似假假设设：，由由4 4式式，又又由由表表面面反反应应的的化化学学平平衡衡：46246248484848462484846246465/ 1/C HHC HHC HC HPaC HadC HC HHpC HC HC HHpC HC HppPPPPKkbkkkk pppKrbppKbp 将将上上2 2、3 3、4 4、5 5条条件件代代入入1 1

3、式式，又又有有，并并令令，可可得得：（）（）（1）A为控制步骤为控制步骤464646464648484644648464648484822416146 (1)111/ 1)231=4;C HC HnC HdC HaC HiinC HiC HC HC HC HC HiC HC HC HC HC HHHC HPrkk pbpbpbpbpbpC HpppPpK （，由由题题设设知知反反应应属属于于的的脱脱附附控控制制，根根据据平平衡衡近近似似假假设设：，由由4 4式式，又又由由表表面面反反应应的的化化学学平平衡衡：4824648246482464646482484865/ 1/PC HHC HC H

4、HaC HadC HpHC HC HC HC HpHC HC HK PpPPPkbkkkk pKpprbpKpbp 将将2 2、3 3、4 4、5 5代代入入1 1式式，又又有有，并并令令，可可得得：（）（）（1）C为控制步骤为控制步骤4848484846464821C HC HC HC HC HC HC Hbpbpbp 由由48484621C HC HC HHrkkP 4646484822,=3;C HC HC HC HHHpppppP 反反应应属属于于化化学学反反应应控控制制，根根据据平平衡衡近近似似假假设设：，48462484646484648461212,1C HC HHC HC HC

5、 HC HC HC HC Hk pk ppkkbkk brbpbp 令令 ， 48464846246484648461C HC HHC HC HC HC HC HC HC Hkbpk bpprbpbp 将将上上2 2、3 3代代入入1 1式式，可可得得：（2）B为控制步骤为控制步骤48484848464648484846464848484846464848464648484484611,2;11,1C HC HC HC HC HC HC HC HC HC HC HC HC HC HC HC HC HC HC HC HC HC HC HCbpbpbpppppbpbpbpC HC Hbpbpb 由

6、由题题设设知知反反应应属属于于化化学学反反应应控控制制，根根据据平平衡衡近近似似假假设设：因因为为反反应应物物，产产物物吸吸附附都都很很弱弱，即即：所所以以，848C HHp所所以以反反应应对对与与丁丁烯烯，是是1 1级级反反应应。（2）丁烯反应级数判断）丁烯反应级数判断2-10 某氨合成催化剂还原后比表面积某氨合成催化剂还原后比表面积Sg=13.1m2/g，孔容，孔容Vg=0.082mL/g。气体混合物中。气体混合物中yNH3=0.09，yH2=0.57，yN2=0.19，yCH4=0.10，yAr=0.05，温度，温度400，压力，压力30.4MPa。催化剂的孔。催化剂的孔隙率隙率=0.5

7、0， ，曲折因子曲折因子=2.5。 已知计算分子扩散系数时，各组分的分子扩散体积如下：已知计算分子扩散系数时，各组分的分子扩散体积如下：氢氢6.12；氮；氮18.5；氨；氨20.7；甲烷；甲烷25.14；氩；氩16.2。求：求：(1)计入计入Knudsen扩散时，氨的有效扩散系数扩散时，氨的有效扩散系数Deff,NH3;(2)不计入不计入Knudsen扩散时，氨的有效扩散系数扩散时，氨的有效扩散系数Deff,NH3;解：解：17;40;16; 2;28; 7 .20)(; 2 .16)(;14.25)(12. 6)(5 .18)(;4 .30;15.63715.27340034223422 N

8、HArCHHNNHArCHHNMMMMMVVVVVMPaPKKT；又又带入数据得：带入数据得：由双分子扩散系数的经验公式得：由双分子扩散系数的经验公式得： 3331.750.52,22421/31/3110.001()/ ()、NHjNHjNHjTMMDcms jNHCHArpVV 32323433222,3232,3.14 10/ ;1.06 10/ ;3.21 10/ ;3.08 10/NHNNHHNHCHNHArDcms DcmsDcms Dcms 22332NHNH又又：322223313,;21322NHNHNHNHNHNNNNNNN 即CH4、Ar不参加反应，所以，不参加反应，所以

9、，NCH4=0; NAr =0。所以：所以：由由Stefan-Maxwell方程得：方程得：333331,/niNHjNHNHmj NHNHjyyNNDD 即得：即得：32,1787.32 /NHms cmD 代入数据得代入数据得23232323332324343,/1NNHNNHHNHHNHNHmNHNNHHCHArNHCHNHAryyNNyyNNDDDyyDD 由于由于462/20.082/ (13.1 10 )1.25 10aggrVScm 33229700/7.64 10/KNHaNHDrTMcms (1)当计入当计入Knudsen扩散时扩散时33322,1111787.32800.4

10、1 /7.64 10NH eNHmK NHs cmDDD 得：得：3342,0.5012.50 10/2.5800.4eff NHNH eDDcms (2)当不计入当不计入Knudsen扩散时扩散时332,11787.32 /NH eNHms cmDD 得：得：3342,0.5012.54 10/2.5787.32eff NHNH eDDcms 2-11 求下述情况下，催化剂孔道中的求下述情况下，催化剂孔道中的CO的有效扩散系数。已知的有效扩散系数。已知气体混合物中各组分的摩尔分数：气体混合物中各组分的摩尔分数：yH2O=0.50，yCO=0.1，yCO2=0.06，yN2=0.24;温度温度

11、400，压力，压力0.709MPa。催化剂平均。催化剂平均直径直径10nm，孔隙率，孔隙率0.50，曲折因子，曲折因子2.06。解：解：997210105 105 10aadrnmmrmcm 7810/ 2 =1010ar ，为为努努森森扩扩散散，所所以以有有：722673.159700/9700 5 10282.378 10/KCOaCODrTMcms 32,320.52.378 102.065.772 10/eff CONH eKCODDDcms 2-12 用空气在常压下烧去催化剂上的积碳，催化剂颗粒直径为用空气在常压下烧去催化剂上的积碳，催化剂颗粒直径为5nm，颗粒有效导热系数，颗粒有效

12、导热系数e=0.35J/(m.s.K),每燃烧每燃烧1molO2放出热放出热量量5.4108J，燃烧温度，燃烧温度760,时，氧在催化剂颗粒内的有效扩时，氧在催化剂颗粒内的有效扩散系数为散系数为510-7cm2/s。试估计定态下，催化剂颗粒表面与中心。试估计定态下，催化剂颗粒表面与中心的最大温差的最大温差。解：解：smDKKTmolJPTrHKsmJeffe/105;15.103315.273760/104 . 5),();./(35. 02118 由已知条件：由已知条件：22223101325 0.212.477/8.3145 1033.15OOOOPyPC RTCmol mRT 常常压压下

13、下的的气气体体可可看看作作理理想想气气体体混混合合物物，所所以以：ASASAeffreCCTTDH T P ()( ,)由球形催化剂内组分的浓度差与温度差的关系式由球形催化剂内组分的浓度差与温度差的关系式知当颗粒中心处知当颗粒中心处O2的浓度为零，即的浓度为零，即CO2=0时，温差最大。时，温差最大。max1180( ,)2.4775 105.4 100.350.191ASAeffreCTDH T PK 即即代入数据代入数据2-13 乙烯直接水合制乙醇可视为对乙烯的一级不可逆反应，乙烯直接水合制乙醇可视为对乙烯的一级不可逆反应，在在300 、7.09MPa下，下，k=0.09s-1,Deff=

14、7.0410-4cm2/s，采用直，采用直径与高均为径与高均为5mm的圆柱形催化剂，求内扩散有效因子的圆柱形催化剂，求内扩散有效因子。解：解：32332338(2.5 10 )(5 10 )0.092 (2.5 10 )2 (2.5 10 ) (5 10 )7.04 100.942CVppgsppeffpeffkVS kVSDSD 对于不同形状的催化剂颗粒，西勒模数均可表示为对于不同形状的催化剂颗粒，西勒模数均可表示为: :scmDskMPaPKKTeffVC/1004. 7;09. 0;09. 7;15.57315.273300241 由已知条件：由已知条件：3 0.9423 0.9423

15、0.9423 0.942111(3 )3110.9423 0.9420.693theeee 2-14 某催化反应在某催化反应在500 下进行，已知本征反应速率下进行，已知本征反应速率rA=7.69610-5PA2mol/(g.s)(式中式中PA的单位为的单位为MPa)，催化剂为直径与，催化剂为直径与高皆为高皆为5mm的圆柱体，的圆柱体，P=0.8g/cm3,颗粒外表面颗粒外表面A的分压的分压PA=0.101325MPa，粒内组分，粒内组分A的有效扩散系数的有效扩散系数Deff=0.025cm2/s。求催化剂的内扩散有效因子求催化剂的内扩散有效因子。解：解：52562623( );( );( );7.696 107.696 10(10) (10)/()CAAAwSVCgPCwSgvcwPAPAPAdNdNdNk f ck f ckf cdWdSdVdSS dWdVdWkk SkkrPRTCmolcms 又又所所以以所所以以，由题意知，此为二级反应由题意知，此为二级反应523337.69 100.8 (8.3145773.15)/ ()2.544 10/ ()cVkcmmol s