化学反应工课后答案

1、精选第一章习题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。若将反应速率写成-r=-a，有什么条件？Adt答：化学反应的进行不引起物系体积的变化，即恒容。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。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。A+2BCA+3DA+2BCB+3DC+DE2A+2BYA+3D解r=-kcc2+kc-kcc+kcA1AB2C3AC

3、4Dr=-2kcc2+2kcB1AB2Cr=kcc2-kc-kcc+kcC1AB2C3AC4Dr=kcc-kcD3AC4Dr=-kcc2+kcA1AB2Cr=-2kcc2+2kc-kcc+kcB1AB2C3BC4Dr=kcc2-kc-kcc+kc-kcc+kcC1AB2C3BC4D5CD6Er=kcc-kc-kcc+kcD3BC4D5CD6Er=-2kc2c2+2kc一kcc+kcA1AB2C3AC4Dr=-2kc2c2+2kcB1AB2Cr=kc2c2-kc-kcc+kcC1AB2C3AC4Dr=kcc-kcD3AC4D6气相基元反应A+2B-2P在30C和常压下的反应速率常数kc=2.65

4、X104m6kmol-2s-i。现以气相分压来表示速率方程，即(-)=詔人卩82，求kp=?(假定气体为理想气体)解T=273+30=303Kk=2.65x104m6kmol-2s-1cpc=RT2一r=kcc2=k-PAAcABcRT-r=kpp2ApABk2.65x104m6kmol-2s-1k=c=Jp(RT)3$.314kJ-kmol-iK-1x303K=1.655x10-6kmol-m-3s-1kPa-37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,1xkt=-ac1-xA0A(kcA0)8min10.

5、8810.8TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark180 10.91(kcA0)18min181-0.92假设正确，动力学方程为dcA-kc2 HYPERLINK l bookmark2 dtA8反应A(g)+B(l)fC(l)气相反应物A被B的水溶液吸收，吸收后A与B生成C。反应动力学方程为：-YAkcApB。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。已知k=1m3kmol-1hr-1,cB0=3kmolm-3,cA饱和0.02kmol

6、m-3,水溶液流量为10m3hr-1。解一r=kccAAB由已知条件，C与C均为常数AB一r二1x0.02x3二0.06kmol-m-3hr-1A反应时间即液相在反应器中的停留时间e=5m=0.5hr10m3hr-1C的生成量N=0.06kmol-m-3hr-1x0.5hrx5m3=0.15kmolC9反应2H+2NOtN+2HO，在恒容下用等摩尔H2，NO进行实验，测得以下数据2总压/MPa220.02720.03260.03810.04350.0543半衰期/s26518613510467求此反应的级数。解dp一A=kpndtpAIpA.pA0p-n+1A一n+1一p-ndp=kdtApp

7、-ndp=J12dtA0PA=ktp1-np1-n丿=ktA0AppA0p=0.5pAA01pl-n051-npl-n）=ktn1A0A0p121-0.51-np1-n=tkS1.A012ln1-0.51-nk（n一1）pA0=lnt12A0pA0t12lnpA0lnt120.13600.16300.19050.21750.271526518613510467-1.995-1.814-1.658-1.526-1.3045.5805.2264.9054.6444.205plnt对lnp作图，得直线12A0-2.1-2.0-1.9-1.8-1.7-1.6-1.5-1.4-1.3-1.2lnpY=A

8、+B*XParameterValueErrorA1.602170.01399B-1.99460.00834斜率-1.9946-1.9946=1-nn-3三级反应11A和B在水溶液中进行反应，在25C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/s116.8319.8490.2913.81188gc*/kmoLm-3A99.090.683.070.665.342.4cB/kmolm-356.648.240.628.222.90解由cA-cB=42.4可知反应应按下列方式A+B产物进行设为二级反应以Ina对t作图若为直线，则假设正确。c一ccA0B0B由cA0-cB0=42.4整理得数

9、据如下：t116.8319.8490.2913.81188c0.0132y二lnac一ccA0B0B0.01490.01690.02160.024710考虑反应AT3P，其动力学方程为-rA1dnn=VdtA=kp试推导在恒容下以总压表示的动力学方程。t二tP0nAn-p)总-(3p2A0pA0pA2p、pAbA0总2RTdn二dpA2RT总丄dp、2RT总丿dt=(3p-pA0丄Vdp总dtGp“-pA0总二k2RTVdcAdt=kCAb积分得:kt1cclnAB0c-cccA0B0A0B线性回归：Y=A+B*XParameterValueErrorA0.011661.84643E-4B1.

10、08978E-52.55927E-7y二1.0898x10-51+0.01166k=1.0898x10-5m3kmol-1s-1-dcA二1.0898x10-5ccdtAB12丁烷在700C，总压为0.3MPa的条件下热分解反应：C4H102C2H4+H2(A)(R)(S)起始时丁烷为116kg,当转化率为50%时-dpA=0.24MPa-s-1,dtdpdndyR，S，A。dtdtdt解求此时dpdtdpA二2x0.24二0.48MPa-s-1dt丿dpdtdpAdtpVn=sSRTdn=dpSRTSnA0=2kmol58x=0.5时An=1kmol，n=2kmol，ARnRT4xRTV=p

11、300总dnVdp4dpsss=dt_RTdt丽dt-n=1kmol，n=4kmolst掃=O.OE-s-1dyA-dt1dp卩总7tdt二丄x0.24二0.8s-10.313某二级液相不可逆反应在初始浓度为5kmolm-3时，反应到某一浓度需要285s,初始浓度为1kmolm-3时，反应到同一浓度需要283s，那么，从初始浓度为5kmolm-3反应到1kmolm-3需要多长时间？解t=285-283=2s反应前后体积不变的不可逆反应，已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：CHC

12、OOH+CHOHh2so4CHCOOCH+HO3(a)4(B)(R)49(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24.6min,辅助生产时间为30min,每天生产2400kg醋酸丁酯(忽略分离损失)，计算反应器体积。混合物密度为750kgm-3,反应器装填系数为0.75。解A+BtR+SM6074116iR产量2400/24=100kg-hr-1100=0.862kmol-hr-1116转化率50%,则A的投料量08$=1.724kmol-hr-1折算成质量流量1.724x60=103.4kg-hr-1A:B=1:4.97则

13、B投料量1.724x4.97x74=634.1kg-hr-1总投料量103.4+634.1=737.5kg-hr-1737.5换算成体积流量二=0.9834m3hr-175054.6总生产时间24.6+30=54.6min折合=0.91hr60反应器有效体积0.9834x0.91=0.8949ms0.8949反应器总体积丄=1.2m30.7515反应(CH3CO)2O+H2Of2CH3COOH在间歇反应器中15C下进行。已知一次加入反应物料50kg，其中(CH3CO)2O的浓度为216molm-3,物料密度为1050kgm-3。反应为拟一级反应，速率常数为k=5.708X107exp(-E/R

14、T)min-1,E=49.82kJmol-1。求xA=0.8时，在等温操作下的反应时间。解k=5.708x107exp(83)=05252min-1t=ln-=-ln-=30.6mink1-x0.052521-0.8A16在100C下，纯A在恒容间歇反应器中发生下列气相反应:2AR+SA组分分压与时间关系见下表:t/sec020406080100120140160pA/MPa0.10.0960.0800.0560.0320.0180.0080.0040.002试求在100C,0.1MPa下，进口物流中包含20%惰性物，A组份流量为100molhr-1,达到95%转化率所需的平推流反应器的体积。

15、解平推流反应器的停留时间与间歇反应器的反应时间相同。由数据表可知，p=0.08MPa,转化率95%(p=0.004MPa)所需要的反应时间为A0At=14040=100sx8.314x373.15V=vt=迪0(x100=0.1077m30.1x106x(1-0.2丿17间歇操作的液相反应AR，反应速率测定结果列于下表。欲使反应物浓度由cA0=1.3kmolm-3降到0.3kmolm-3需多少时间？cA/kmolm-30.10.20.30.40.50.60.70.81.01.32.0A(rA)/kmolm-3min-0.10.30.50.60.50.250.100.060.050.0450.0

16、421解c=1.3kmol-m-3c=0.3kmol-m-3A0Afxdxcdct=cJxaa=-JcAArA00(-r)cA0(-r)AA0A图解积分0.1ckmol-m-3A0.20.30.40.50.60.70.81.01.32.010-r-1A3.332.01.672.04.01016.720.022.223.8t=01(2.0+16.7+2(1.67+2+4+10)+02(16.7+20)r22字(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-rA=23pA2molm-3s-1

17、,式中pA的单位为kPa。求该反应的活化能。解将分压换算成浓度p=cRTAA400K下：一r=23p2kmol-m-3s-1r=23c2(400RAA同理：500K下：(E(118.314(400500丿丿-r=23c2(500R(-r)A16E7421J-mol-i_ayoo二expA50019有如下化学反应CH4+C2H2+H2=C2H4+CH4(I)(A)(B)(P)(I)在反应前各组分的摩尔数分别为nI0=1mol(用两种方法)。解方法一nA0=2mol；nB0=3mol；np0=0,求化学膨胀率8ayA05A1-1-1-1A0方法二TOC o 1-5 h zV-V1+0+(3-2)+

18、2-G+2+3)18x1x0-aV1+2+33x020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6.3mols-1,动力学方程式为-rA=0.27cAmolm-3s-1为了达到95%转化率，试求：所需空速为多少?反应器容积大小?解300V=$3x10-3X山決5555=0.0969m3s-10T=cf0-95dXA=卜95=Lin2.4-0.3x-_030.029m3R32.40.5x60=11.10saooro0.27“-x丿0.271-0.95AAS=t-1=11.10-1=0.09s-1VV=Vt=0.0

19、969x11.10=1.075m3R0标准空速为：V0*0.0969273.15X0.3S=0TP=55515x01013=0.131s-!vnoV1.075R21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。进口反应物浓度为1kmolm-3,体积流量为1m3hr-1,出口转化率为80%。因后续工段设备故障,出口物流中断。操作人员为此紧急停止反应器进料。半小时后故障排除,生产恢复。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c-c21-0.2=foa=k=2hr-1-r10.2k0Af全混流反应器切断进出

20、料即为间歇反应器cAe-ktcA0c-cxaoaAcA0cae-2x0.5c0.0736kmol-m-310.073610.92640.2a22第17题中的反应，(1)当cA0=1.2kmolm-3,进料速率1kmolAhr-1,转化率为75%；(2)cA0=1.3kmolm-3，进料速率2kmolAhr-1,出口为0.3kmolm-3；(3)cA0=2.4kmolm-3，出口仍然为0.3kmolm-3，进料速率为1kmolAhr-1。计算三种情况下，用全混流反应器的体积各为多少?解TOC o 1-5 h zc-cFAV-0-r0c0AfA0c1.2(10.75)0.3由数据表，对应r0.5k

21、molm-3min-1AA“11.20.3o025x0.025m3R11.20.5x60、721.30.3oO51x0.051m3R21.30.5x6023反应A+BfR+S,已知VR=0.001m3,物料进料速率V0=0.5X10-3m3min-i,R0cA0=cB0=5molm3，动力学方程式为一rA=kcAcB，其中k=100m3kmol-imin-i。求：(1)反应在平推流反应器中进行时出口转化率为多少？(2)欲用全混流反应器得到相同的出口转化率，反应器体积应多大?(3)若全混流反应器体积VR=0.001m3,可达到的转化率为多少?已矢口k=1m3kmol-1hr-1,cB0=3kmo

22、lm-3,cA饱和0.02kmolm-3，水溶液流量为10m3hr-1。解平推流AfkcA0dx(1-xA)2VkckcA0(匚Af-1)0.001x0.1x5=0.50.0005(1)全混流-c-c0.005-0.0025A0A0-rkcc100 x0.00252AB=Vt=0.5x10-3x4=2x10-3m3-c-c-rkccABA0(2)V=0.001m30.5x10-3x100 x0.005(1-x=0.3820-x24在全混流反应器中进行如下等温液相反应：2AB+Crc=k1CA2A+B2DrD=2k2CACBA的初始浓度为2.5kmolm3,A和C的出口浓度分别为0.45和0.7

23、5kmolm-3。假设进口物流中不含B、C、D,反应时间为1250sec，求：出口物流中B和D的浓度；k1和k2。解反应共消耗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=1.5kmol-m-3生成D所消耗的A为2.051.5=0.55kmol-m-3每消耗1个A将生成2个D,因此D的出口浓度为0.55x2=l.lkmol-m-3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的浓度为0.75-0.5x1.1=0.2kmol-m-3ACT=crC1250=0.750kx0.4521k=2.963x10-3m3kmol-1s-

24、11ACT=DrD1250=1.102kx0.45x0.22k=4.889x10-3m3kmol-1s-12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。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

25、热反应器或换热条件较好的管式反应器。一级反应A-P,在一体积为Vp的平推流反应器中进行，已知进料温度为150C，活化能为84kJmol-i,如改用全混流反应器，其所需体积设为Vm，则Vm/Vp应有何关系?当转化率为0.6时，如果使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改变？解：(-r)=kc=kexp(A0A0V_Fck(1-x)A0A0A-xkAPFRCSTR)cRTa仕-=丄Jxadx=_Z1ln(1-x)0(-r)ck01一xckAAA0AA0 xaVm=Ak(1-x)ln(1-x)pAA HYPERLINK l bookmark

26、118 =-exp(丄)RTRT(1-x)ln(1-x)mpAIFT_Tpm-xkm_Ak(1-x)ln(1-x)PAA-x_A(1-x)ln(1-x)AAVIFm=1andx=0.6AP1=-exp(E(T-T)PmIRTT丿Pm1=expx0.6X(1-0.6)ln(1-0.6)84000423.15-T丫mI8.314I423.15T丿丿mX1.6370.6109=exp23.876423.15-Tm-Tm423.15-T-0.4929=23.876mTm-0.02064T=423.15-TmT=432.07Km丿丿n=2,P，已知c=0.5kmol-m-3,A0c0；当此反应在间歇反应

27、P0器中进行，经过8min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。dtc=c(1-x) HYPERLINK l bookmark106 AA0c=cxPA0dccdx HYPERLINK l bookmark300 A= HYPERLINK l bookmark136 dtdt=kc-kc=kc-k(c-c)1A2P1A2A0A=kcG-x)-k1A0cxA0dx訂k-(Jk2)Xdxdtk-(k+k)x112t=0,k+k12KkK=k2Kkk2c-PecAe=24k1cx=A0e=tc(1x)1A0 xexe0.667=210.667x=0.333(1

28、、1-1+-x0.3332丿丿=8Ink+k12丄ln(0.5)=0.6931=8k+kk+k1212比+k=0.08664k1k22k/k=212=0.05776min-1=0.02888min-1-rA=-dCA=0.05776c-0.02888cdtAP6.平行液相反应APrp=1A-RrR=2CAASrS=cA2已知cA0=2kmolm-3,cAf=0.2kmolm-3，求下列反应器中，cp最大为多少？(1)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，A1=1kmol.m-3。解r11SDPr+r+r1+2c+c2(1+c)2PRSAAAForPFRS=1fcA

29、0Sdcpc-ccPAA0AfAfc=S(c-c)=fcA01dcPpA0Afc(1+c)2AAfA1111=0.5kmol-m-3(1+c)-(1+c)=1+0.2-口AfA0ForCSTRc=S(c-c)=(c-c)-PpA0AfA0AfAf=1.25kmol-m-3=(2-0.2)1(1+0.2)2FortwoCSTRinSeriesc=(c-c)S+(c-c)SPA0A1P1A1AfP2=(2-1)1(1+1)2+(1-0.2)1(1+0.2)2=0.25+0.56=0.81kmol-m-37.自催化反应A+Pf2P的速率方程为：-丫A=kcApp,k=lm3kmol-imin-i,原

30、料组成为含A13%，含P1%(摩尔百分数)，且cA0+cp0=lkmolm-3,出口流中cp=0.9kmoLm-3,计算采用下列各种反应器时的空间时间(tVr/V0)。(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c=lkmol-m3A0二0.0714Ain14Af二0.9二kcc二kc(1一x)cxAPA0AA0A=kc2(1一x)xA0AAForPFRdxCTO=A、=cfxAfA0 xAin(xAf1一x丿A丿 HYPERLINK l bookmark250 1fxdx HYPERLINK l bookmark21

31、4 fAf(1xA)xx1xxAinkcA0ln厂AinUr丿kcA0111占f：AfAAA0Ain/0.9、ln1_0.=4.76min(0.0714丿丿、1-0.0714丿dxForCSTRxxT=cAfAinAOkc2UxxA0AfAf1、/090.071411X(10.9)x0.9=9.2minForCSTR+PFR由于丄与-r的极值点相同，令H一卫=0,有1-2x=0,rAdxAAAxx10.50.0714xAf=x=1.71minkc(1x)x1x1(10.5)x0.5A0A1A1=c(1x)=0.5kmolm一3A0A10.9、I一O.89丿=220匚可=、10.5丿T=T+T=

32、1.71+2.20=3.91min12x=0.5A1AincA1T=ln2ForCSTR+分离器dY)=0,x=0.5dxA1A1x一x10.5一0.0714.t=Af=-=1.71minkc(1x)x1x1(10.5)x0.5A0A1A1c-cT=Af(-r)Afd(T+T)12=dcA1c-cc1c-cc1cA0k-ccA0AfTA0-1kckckA1A1c10A0+c2kc2kcA1A1AfT-2-A1f-kcAfkckAfccc-1.ccA0AfA1、A0Af-0-1-vcA0AfkcAfAfc-0-1AfT=TV=V12R1R29.半衰期为20小时的放射性流体以0.1m3hr-1的流

33、量通过两个串联的40m3全混流反应器后，其放射性衰减了多少？解只有一级反应存在半衰期的概念。首先求反应速率常数：cAe-kt0.5e-20kk0.03466hr-1cA0对全混流反应器，Tf-rx=0.9327A代入数据(第一釜)：-)400-引)0.1kcQ-x)0.0346611-x丿A0AA第二釜，单釜转化率仍为0.9327。总转化率1-G-0.93270.995510.A进行平行分解反应，其速率式为/Rr=1kmolm-3min-iRA_S妒2%kmolmBmin-1TrT=cAkmolm-3min-1其中R是所要求的目的产物，cA0=1kmolm-3。试问在下述反应器进行等温操作时，

34、预计最大的cR为多少?(1)全混流反应器；(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-cAfgc(c-c)S(cRA0AfpA0AfAf(1-0)对平推流反应器，则尽量使其转化率提高。dcAc(c-c)SIcA0.RAOAfpc1+3cAfAf1In10.462mol-m331+011.在0C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,实验测得如下数据：时间/s02468101214spA/MPa0.10.080.06250.0510.0420.0360.0320.0280.020求此反应的动力学方程式。解当t8时，pAe=

35、0.2故为可逆反应，设此反应为一级可逆反应，则=kp1A-2.5k(p-p)2A0A-dPA=kp-kpdt1A2P积分，得(k+2.5k)t=Inao12p-pAAe以(-ln(pA-pAe)对t作图t02468101214Pa0.10.080.06250.0510.0420.0360.0320.028PA-pAe0.080.060.04250.0310.0220.0160.0120.008ln(PA-PAe)2.5262.8133.1583.4743.8174.1354.4234.828y=0.1633t+2.5035k+2.5k=0.163312Kk2.5(p-p)2.5(1-0.2)1

36、Okp0.22Aek0.131k0.0131-r0.131p-0.0327(p-p)AAA0A12.气相反应A+B=R的动力学方程为(-rA)=k(pApB-pJK)，式中k=3.5x10-8exp(-2620)C，k1=0.25hr-1，k2=0.05hr-1，进料流率0为1m3hr-1，cA0=1kmolm-3,cB0=cC0=0。试求：采用两个R=1m3的全混流反应器串联时,反应器出口产物B的浓度。解cA=cA0d+U1m第一个反应器出口：cA1，/kbao(l+ktkt)1m2m1=0.8kmol-m3(l+0.25)V1t=r=lhrmV10第一个反应器出口：c=f1X0.25)=0

37、.1905kmol-m-3BL(1+0.25)1+0.05)第二个反应器出口：c二厂08)=0.64kmol-m-3A2(1+0.25)就第二个反应器对B作物料衡算：VcVc=(kckc)V0B20B11A22B2R从中解岀c：B2kcV+Vc0.25X0.64+0.1905iA2r=0.3338kmol-m3V+kV02RcB21+0.0516.某气相基元反应：A+2BP已知初始浓度之比cA0：Cb0=1：3，求dx的关系式。dt-rA1dnAVdt=21=n(Lx)A0AyA08=0.5AcdxA0A0.5xdtA1x=kcc2AB=n2nxB0A0Ac=cAAA010.5xAnn2nc=

38、boaoa=aoaoabVVQ0.5x丿V弋0.5x)0A0A3n2nxA0-32x=cA-A010.5xAdx=kc2lx/dtA0AIl0.5x丿A17.已知常压气相反应2A+BR+S动力学方程为r=kcacbkcrcs，A1AB2RS(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。试用下列三种方式表达动力学方程：p=cRTAA-rA-r=kcacb-kcrcs=kA1AB2RS1-k2-rA1-x=cA-AO1+8xAAc+O.5cxRO1+8xAA(1-XcA(AO1+8X)AA-k2yRrySsr+sAOAAAc-O.5cX-SO1+8XAA-O.5cXsAOAA

39、OA-k2c+O.5cx-O-1+8X/AAAOABO,1+8X丿AAc+O.5cXs-SO1+8X丿AAAOA18.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101.3kPa下627.2K时等温分解。已知k=1.7m3kmol-1s-1,处理气量为12Om3hr-1(标准状态)，使NO2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2NOTN+2O222-r=kc变容过程,k=1.7m3kmol-1s-1,V=12ONm3hr-1TOC o 1-5 h zAAOp=O.1O13kPa,T=627.2K,X=O.7OA(1)恒容过程V=Fi7RAOOk

40、c2(1-X)2AOAAO224oo=1.488x1O-3kmo1-s-11O1.3cAS=8.314x627.2=O.1943kmol-m-3X=5.41m31一XA“1.488x10-3V=R11.7x0.019432j0.71+8AxA1-xAV=-FA0R2kc20A0=2+1-2=0.5,VR2F=A0kc20A00.25FA0kc2A00.25F=A0kc2A0dxAyA01+0.5xAf(I0.711-xA=1,dxA、2一1dxA8=0.5x1=0.5AF=A0kc20A0j0.7(-0.5+0.5x+1.5)0.25FA0kc2A0、f9x+61n(1-x)+x11-xAA丿

41、AxA=0.7=8.382m32dxA+1dxA丿19.均相气相反应A3P，服从二级反应动力学。在0.5MPa、350C和V0=4m3hr-1下，采用个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-1,进料中含50%A,50%惰性物料时，在2.5MPa和350C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kc=P0A0RT=0.0965kmolm一38.314x623.15nV=_x0.0252x2=9.817x10-4m3R4匕=218=AyA0=18=2A-rA=k

42、c2=kc2(AdxA1-xT=CjxAA00kc2A0l1+2x=1kcA0=1kcA0AA丿4x+12lnM.-x)+AAkcA0l1-xA丿2dx4x0.6+12ln(1-0.6)+-91-x丿A9)-91-0.6丿1-x1)2A01+2xA=丄x4.905kcA09.817x1-4=2.454x10-4hr=0.8836s4.905=57.52m3kmol-is-1Tc0.8836x0.0965A0(2)求反应器体积和管数y=0.5,e=y8=0.5x2=2,A0AA0AV=320m3hr-1=0.08889m3s-10k=4.905xx=0.8AFA0pV0.5x2500 x0.08

43、889=rA0=0.01985kmol-s-1RT8.314x673.15cA0p0.5x2500=0.2334kmol-m-3RT8.314x623.15V=FfxAf-dXARA00-r0Afxdx=FJXAfAA00kc2A=FfXAf一A00kc2A0(1+XdxA1-X、FJx=A0Afkc20A0FJx=A0Afkc20A0AU-Xa丿(4、2dxA+1dx丿0.8F=A0-kc2A00.019854+4ln(1-x)+x11-xAAA丿A0+4ln(1-0.8)+0.8-457.52x0.23342(1-0.8丿=0.06564m3N=.6564=679.817x10-4管子的串

44、并联要从流体阻力和流型考虑，在保持平推流的前提下尽量并联。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-rA=kcA2，反应温度为500C。这时测得的反应速率常数为k=0.25m3kmol-1s-1。反应在内径为25mm、长为1m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45hr-1（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=yA01-xc=c1AA01+xAA101.3PA0=RT8.314x(273.15+500)VT HYPERLINK l bookmark304 T=RON0SV

45、ST0V0Vxdx HYPERLINK l bookmark288 tCJAfAA00cA0=0.01576kmol-m-3273.1545x(273.15+500)=俪785128.26s1L1+xAf0A0(1-xA(-r)(1+x)kcAA11X/A+InG-x)-Af1-0A2)_、G-x丄A2、1xAf1kcA01kcA00.25x0.01576C2H3C1(A)(B)(O其动力学方程式可有如下几种形式:(1)(2)(4)Pg-牛)(1+KpA+十KI、pt_.)杞KrKePnPe(1+K)(1十KhPq十KpP匚)1+xPA1KbJ?b1-K“P+Kpc试说明各式所代表的反应机理和

46、控制步骤解：A+nAnB-bcj13crAa+BoI、Co+g(控制兀骤)CffC+CTA+仃锐(2)卩十厅牛吨6Ac+Bs+w(控制涉骤)(-疔工：斗G2.在刃叱进行异丙苯的催化分解反应,CtH5CH(CHO2=C6HfC3Hfi(A)冋测得总压p与初谨度兀的关系如下：Rn+S（l制兀骤）或仏口R+Sn）心、R+SUcv(控制步骤)当/0fhj,pR=ps=0Pz闷沖血线关系.实验数据不符*U.)绘九R脱附控制，B得心=constg；验数据不符广=氐傀一7念厂W：-紅皿I+KrP；+心吊心Kra一忍P貳点口Kp一乱pR农-4”1+K扎p扎十心弘p,+K扎+心Kp扎P&|-const氛丁烯在某

47、催化剂上制丁二烯的总反应为f匚乱JCH十巴（A）m（S）若反应按下列步骤进行，TOC o 1-5 h zaA十df，A（1）小Aa7RT4ScR仃十fK十口（1）分别写出站酣为控制步骤的均匀吸附动力学方程,（2）写出b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对丁晞是几级反应.解：法:（厲控制r=-k2ffA对WWM詁啊哙豳对c昭=切v几令心+则兔=心風(3)山（3）代入彳讣：PsPrva山乞I兔I兔=得&=K应厶*丽”13)b为腔制步骤:铁加片吸附很弱I：K1,K.1则2心K仇-九K护皿对丁二烯是一级反应口4在氧化锂催化剂上进行乙醇氧化反应，C=H,OH+-03CH.CHO-bH.OABR其反应机理为畫C屮OH十2ci,.亍C.HjOa,+日切1AiOa+An,Hn,cCjHQd+Ob-CHiCHO+OH（32（控制步骤）A!BeROHa2M：两类活性中心乐十+為T久+&QB1表面反应为控制歩骤，则快速八叫逆反爪d二饥务a川由呂得：如夙、二虹&芒心二*而且.当步骤出如不可逆吋*该步骤対