《化学反应工程》第三版陈甘堂著课后习题答案.docx
《《化学反应工程》第三版陈甘堂著课后习题答案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《化学反应工程》第三版陈甘堂著课后习题答案.docx（35页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
《化学反应工程》第三版陈甘堂著课后习题答案
《化学反应工程》第三版（陈甘堂著）课后习题答案
第二章均相反应动力学基础
2－4
三级气相反应2NO+O2
2NO2，在30℃及1kgf/cm2下反应，已知反应速率常数
2
kC=2.65×104L2/（mol2s），若以rA=kppApB表示，反应速率常数kp应为何值？
解：
原速率方程
rA=
dcA2
cB=2.65×104cA
dt
由气体状态方程有
cA=
代入式
（1）
2－5
考虑反应A
课
所以
kp=2.65×104×（0.08477×303）3=1.564
后
当压力单位为kgf/cm2时，R=0.08477，T=303K。
答
pp2
rA=2.65×10AB=2.65×104（RT）3pApB
RTRT
p表示的动力学方程。
解：
.因，
w
w
nAp
=A，微分得RTV
daw
案
2
4
网
pAp
，cB=B
RTRT
3P，其动力学方程为（rA）=
dnAn
=kA。
试推导：
在恒容下以总压VdtV
δA=
31
=21
dnA1dpA
=
VdtRTdt
代入原动力学方程整理得
w
dpA
=kpAdt
设初始原料为纯A，yA0=1，总量为n0=nA0。
反应过程中总摩尔数根据膨胀因子定义
δA=
nn0nA0nA
若侵犯了您的版权利益，敬请来信通知我们！
Yhttp:
//.cn
.co
（1）
mol/[Ls（kgf/cm2）3]
m
（1）
则
nA=nA0
1
（nn0）δA
1
（PP0）δA
（2）
恒容下上式可转换为
pA=P0
所以
将式
（2）和式（3）代入式
（1）整理得
2－6
在700℃及3kgf/cm2恒压下发生下列反应：
C4H10
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：
P=3kgf/cm2，
（1）
课
MC4H10=58，
（2）
w
.k
rC2H4=2（rC4H10）=2×2.4=4.8kgf/（cm2s）
PC4H10=PyC4H101dpC4H10
=Pdt
2.4-1
==0.8s3
w
（3）
nC4H10=nyC4H10=n0（1+δC4H10yC4H10,0xC4H10）yC4H10
dnH2dtdnH2dt
=
hdaw
后
n0=nC4H10,0=δC4H10
rC4H10=
反应开始时，系统中含C4H*****kg，当反应完成50%时，丁烷分压以2.4kgf/（cm2s）的速率
dyC4H10
dt
答
1
rCH=2.4224
w
dnC4H10
dt
案
116×1000
=2000mol582+11==2
1
网
dyC4H10
=n0（1+δC4H10yC4H10,0xC4H10）dt
=2000×（1+2×1×0.5）×0.8=3200mol/s
若侵犯了您的版权利益，敬请来信通知我们！
Yhttp:
//.cn
o
2C2H4+H2，
dP
=k[（δA+1）P0P]=k（3P0P）dt
m
（3）
dpA1dP
=dtδAdt
2－9
反应A
P
S，（r1）=k1cA,（r2）=k2cp，已知t=0时，cA=cA0，
cp0=cS0=0,k1/k2=0.2。
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：
cA=cA0ek1t
k1k2tk1t
c=c（ee）
m
PA0k1k2
k1（eko
c2tek1trPkckkk
）P=r=12P=1212kAk1cAk1e
1t
=1k2
k网
.案
（e（k1k2）t1）1k
2=k1
k答
1k2k1akw
2k（k1k2）t=1.25e4k1t0后
2e.25课
Φdck1kek2tek1t）1k2（P0.25（1e4k1t）P=c=1ek1t
=
A0cAek1t1或由
k
Φh1
P=
cA0cA
∫
cA
cA0
pdcA
计算。
.第三章均相反应过程
3-1
w
w
解：
（1）
k=1ln11x=1ln110.7
=0.0926min-1
tA13τ=
1111
（2）平推流反应器
kln1x=ln=13minA0.092610.7S11V=
=13
=0.0769min-1τ若侵犯了您的版权利益，敬请来信通知我们！
Yhttp:
//.cn
w
τ=
（3）全混流反应器
xA0.7
==25.2min
k（1xA）0.0926×（10.7）11SV===0.0397min-1
τ25.2
3－2
，已知进料中含30%A
（摩尔分率），其余为惰性物料，加料流量为6.3mol/s，动力学方程为：
（rA）=0.27cA（mol/m3
m
在555K及3kg/cm2下，在平推流反应器中进行反应：
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：
vF0RT=6.3×0.08206×555
0=
o
81×10/1.013×10
=99c.42L/s=0.09942m3p3×9.45/sτ=
1kln11x=1.27ln1网
10.95
=11.1sA0.SV=1/τ=1/11.1=案
0.09s-1
V=v0τ=0.答
w
09942×113－4
后
a.1=1.104m3
均相气相反应d，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，2mh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25kg/cm2和350℃下反应，为获得80%转化率，试求：
k
（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？
.w
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：
δ31A=1
=2,yA0=1
w
cA0
=p=5×9.81×1048.314×（350+273）=97.4mol/m3
RTccA0（1xA）cA0（1xA）
A=
1+δ=
AyA0xA1+2xA
2
r22A=kcA=kcA01xA
1+2xA若侵犯了您的版权利益，敬请来信通知我们！
Yhttp:
//.cn
w
由设计方程
xAdxV1A
τ==cA0∫=
0rv0kcA0A
∫
0.6
1+2xA
1xdxA
A
2
=
1
kcA0
∫
0.6
321xdxA
A
0.6
2
=
4.905kcm
1=kcA0
9
+x+x12ln
（1）4AAx1A0
A0
所以
V=
4.905v0
kc
（1）
o
A0
工业反应条件下：
y′p′y′a
0c
A0=0.5，c′A0=
网
RT
=2.5cA.0
c′c′A0（1案
xA）c+δ=0xA
w
′A0
（1xA）A=
1答
Ay′A1+xA2
τ′后
=V′a0.8
d1+xA
课
v′=c′xAdxA
1A00∫0r=Akc′A0
∫
1xdxA
A2
=
1
0.8
hkc′A2
0
∫
1x1AdxA0.8
k
=1
4kc′1x+4ln（1x
A）+xAA0
A0
.=10.36
kc′w
A0
所以
V′=
10.36v′0
kc′
（2）
A0
w
比较式
（1）和式
（2）得：
V′′10.*****V=n=10.364.905cA0c′v0
A0v=0
4.905×2.5×4=67.6≈68根应并联组合。
3－5
丙烷热解为乙烯反应可表示为：
C3H82H4+CH4，（忽略副反应）
若侵犯了您的版权利益，敬请来信通知我们！
Yhttp:
//.cn
w
在772℃等温反应时，动力学方程为：
dpA
=kpA，其中，k=0.4h-1。
若系统保证恒压，dt
。
求当xA=0.5时，所需平推流反应器的体积。
p=1kgf/cm2，v0=800L/h（772℃，1kgf/cm2）
解：
因
δA=
cA=
dcpA
，动力学方程可转换为：
A=kcA
dtRT
m
1+11
=1,1
yA0=1
ccA0（1xA）cA0（1xA）
A=
1+δ=
AyA0xA1+xAo
τ=
Vv=cxAdxA
10.51+xAA0设计方程
0∫0r=Ak∫01xA
dxA
c=1k∫0.502
1x1A网
.=1案
dxA0.5
k2ln1答
1
xA
w
xA=
1
0.4
后
（2ln20.5）a0
=2.216hV课
=v0τ=800d×2.216=1773L
3－8
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？
w
解：
一级不可逆反应设计方程w
PFR
Vv0p=
kln
1
P1x（A）ACSTR
V=
v0mxAk（B）
m1xA
（1）等温反应kVmxA
P=km，则，
V=p（1xA）ln（1xA）
（2）若Tp=150℃，要求VP=Vm，则有，
若侵犯了您的版权利益，敬请来信通知我们！
Yhttp:
//.cn
w
E1kmxA1
==exp（1xA）ln（1xA）kpRTTmP
当xA=0.6时，由式（C）求得Tm=159℃当xA=0.9时，由式（C）求得Tm=175.6℃（3）n级不可逆反应设计方程
PFR
（C）
v0
VP=n
1kcn1
11
11xn1m
（D）
A0
ACSTR
Vv0xA
m=
o
kcn1
A0
（1xA）nc（E）
当n=2时
VmV网
=1
1x1pA
.当n=1/2时
Vm案
x1/2V=A=1+（1xA）1答p2[（1xA）1/w
2（1xA）]2（1xA）1/2
当n=－1时
后V课
Vam=2（1xA）
13－10
dp2xA
某一分解反应
P
rp=2cA
A
S1rs1=1
S2
r2
s2=cA
w
已知cA0=1mol/L，且S1为目的产物，求：
（1）全混釜；
（2）平推流；（3）你所设想的最
w
合适反应器或流程所能获得的S1最高浓度是多少？
解：
（1）CSTR
ΦcS1S1=
c==
1
A0cA
（1+cA）2
∵ccA0cAS1=
（1+c2
A）若侵犯了您的版权利益，敬请来信通知我们！
Yhttp:
//.cn
w
当
cA=0
时，
cS1=cA0=1.0mol/L。
cS1=∫dcA=∫
cA0cA
cA0
（2）PFR
cA
1
A
（1+cA）2
=
当cA=0时，
cS1=0.5mol/L。
m
11
1+cA2
（3）采用全混流反应器与分离装置组合，cS1=1.0mol/L。
第四章非理想流动
o
4－2
c脉冲示踪测得如下数据，求E、F。
t/min0
1
2
3
网
.4
5
67
8910c（t）/（g/L）003
案
5
6
w
6
4
3
2
1
解：
（1）求C0。
答
∞
后
aC0=∑cit=0
课
ti=30
d
t/min03
***-*****c（t）/（g/L）k
h1
20
3
5
6
6
4
3
2
1
0E（t）000.1
0.167
0.2
0.2
0.133
0.10.0670.0330F（t）.00
0.050.1830.3670.5670.7330.850.9330.9831w
tE（t）
000.20.50.810.80.70.5330.30t2E（t）
0.4
1.5
3.2
5
4.8
4.9
4.267
2.7
w
t=4.78min
σ2t=26.34.782=3.46
σ2
σ2t3.46
θ
=
=
t
2
4.78
2
=0.1524-9
有一反应器被用于某一级反应，对该反应器进行示踪――应答试验，在进口出加入δ函数，示踪物在出口处响应为：
若侵犯了您的版权利益，敬请来信通知我们！
Yhttp:
//.cn
w
t/sc（t）
100
203
305
405
504
602
701
800
已知该反应在全混釜中进行时，在同样τ下，xAf=0.82，求本反应器所能获得的xAf？
解：
t/sc（t）C0=***-********-*****02m
701
*****
[0+4×（3+5+2）+2×（5+4+1）+0]=2003
E（t）00.0150.0250.0250.020.01tE（t）00.30.7511
0.6o
0.005
0.35
t2E（t）0
6
22.5
40
50
c36
24.5
xA（t）0．*****．*****.*****.*****.9969.0.*****.*****.9999xAE（t）
0.0135
0.0242网
0.01
0.005
10
3
[0+4×（0.3案
+1+0.6）w
0.02480.0199
t=
+2×（0.75+1+0.35）+0]=39.3sσ2t=
10
[0+答
3
后
4×（6+40+a36）+2×（22.5+50+24.5）+0]39.32=195.5σ课
2=
195.5
θ39.32
d=0.127由CSTR的设计方程
hτ=t=xAf
k（1xAf）所以k
k=
xAf
τ（1x=
0.82
Af）
3×（10.82）
=0.1159s-1
39.w
故
.xA（t）=1e0.1159t
用不同反应时间代入上式计算转化率,并填入表格。
w
xAf=
10
3
[0+4×（0.0135+0.0248+0.01）+2×（0.0242+0.0199+0.005）+0]=0.9714－6一个封闭容器，已知流动时测得Eu/uL=0.2，若用串联的全混流反应器能表达此系统，则串联釜应为多少？
2
σ2=21Pe21
θPe
（1ePe）
解：
=2×0.22×0.22×（1e5）=0.3205
N=
1σ2=1.3205
=3.12≈3θ0若侵犯了您的版权利益，敬请来信通知我们！
Yhttp:
//.cn
w
4-10脉冲示踪测得反应器内停留时间分布数据如题4-9。
进有液液均相反应A+B
产物，已知cA0=cB0，若此反应在平推流反应器中进行，可
得转化率为99%，求
（1）用扩散模型时，转化率为多少？
（2）假定多级全混流模型可用，求釜的数目及所能达到的转化率。
解：
（1）4-9已接得σθ2=0.127，反应器为闭式容器，则由
11
σθ2=22（1ePe）=0.127
2
m
PePe
试差法解得Pe=14.7。
o
由PFR中二级反应的设计方程
τ=
xA
kcA0（1xA）
c得
kcxAA0τ=
案
1x网
.=由kcw
0.99
=99A10.99
A0τ=99，Pe/2=7.35，查图答
4-17a，得1xA=0.018
所以，扩散模型计算的转化率后
dxA=10.018=0.982
（2）多级全混流模型的参数课
N=
1σ2=10.127
=7.87≈8θ由kcA0τ=99h，N=8，查图得，1xA=0.017
w
所以，多级全混流模型计算的转化率xA
=10.017=0.983
若侵犯了您的版权利益，敬请来信通知我们！
Yhttp:
//.cn
w
5－2
（1）
A+
B
+A
+BCσ
AσBσ
催化剂与催化反应动力学
C
σC
+σm
（2
）
A+σ
σ1
B+σo
2B
σ2
Aσ
1+
Bσ2
Cσ2+σ1cCσ2
C+σ2
网
.（3）
A+σ
Aσ
案
B+w
Bσ
Aσ+B
C+σa（4）
B+Bσ
Bσ+ACσ
Cσ
C+σ
5－7
.w
a=
2Vg
S=2εp
2×0.52
g
S=
gρp
350×10×1.06
=2.8×1074
cmw
DK=9700a（T/M）1/2=9700×2.8×107×（773÷120）1/2=6.89×103cm2/sD=
11/D/D=1
≈0.0066cm2/s
AB+1K1/0.155+1/0.00689
D3e=
εpDτ
=
0.52×0.0066
=1.14×10cm23
/s
第六章
固定床反应器
若侵犯了您的版权利益，敬请来信通知我们！
Yhttp:
//.cn
w
6－1
u=
G*****==4.63m/sρ1.5×3600
3×103×4.63×1.5
===***-*****（1εB）1.8×105×（10.45）
LdS
ReM
dpuρ
1εB
p=1.75ε3
B210.45425ρu=1.75×××1.5×4.63=4.53×10Pa30.450.003
m
6－2
h=0.2271
T3
mo
rV
1+ε100
B1σ
（1）
2（1εB）σ
c=0.227×网
1.3
1+
案
0.421×673=69.2W/m2
K
2×（10.42）×1100
1
h0.227σ答3
w
a3
.227后
2σTm
rS=
100
课
=0×d1673221×100
=69.2W/mK
λ0e
hhrVdλ=εpB1ε
1+λB
+12λ
k
1rS+3λSφ+
pλ
λS.w
λ=0.581
0.0546
=10.6查图6-15得φ1=0.17,φ2=0.06
φ=φεB0.26w
2+（φ1φ2）0.216
=0.06+（0.170.06）×0.420.26
0.216=0.128
λ0e
10.42
λ=0.42×69.2×0.00512所以
1+0.0546
+10.128++3×10.6
0.0546
=2.668+4.34=7.01
dp0.005
d=
查图6-14得（αβ）=0.11
t
0.1
=0.05若侵犯了您的版权利益，敬请来信通知我们！
Yhttp:
//.cn
w
Rep=
则
dpuρ
=
0.005×2×1.5
=114.5
13.1×105
λe/λ=λ0e/λ+（αβ）RepPr=7.01+0.11×114.5×0.7=15.83λe=15.83×0.0546=0.886W/mK
（2）
λS
=10.6λ
查图6-15得φW=0.105
m
λW
hrVdλ=εpWε
2+λ+1W
11λ1o
rS+p3
λSφ+
Wλ
cλ0
W69.2网
.10.7
λ=0.7×
2+×0.0050.0546
+111案
+3×
10.6
=5.838+3.175=答
09.013
w
.105+0.0546
1h0d后
a课
=1d0.50
=10.5
=wp/λλ0w
/λλ/λ9.0137.010.0396h*
wdp
λ=CPh1/3
r
R1/2
ep
=4×0.71/3×114.51/2=38.0
hwdp1
λ
=
k
h0
wdp
λ
+
11
=
10.0396
+1
11=28.3
.h*
+wdp/λαwPrRep
38.0+
0.041×0.7×114.5
w
hw=28.3×0.0546÷0.005=308.8W/m2K
w
（3）由式6-33
b=
hw（dt/2）308.8×0λ=.1
e2×0.886=17.4查图6-16得
a21=5.2,Φ（b）=0.27
y=4λeL
4×（dp/dt）（L/dt）（λe/λ）Gc2
=pdtPrRep=
4×0.05×10×15.83
0.7×114.5
=0.3950.2
若侵犯了您的版权利益，敬请来信通知我们！
Yhttp:
//.cn
w
λdpλe2
h0=[a1+Φ（b）/y]
升级会员 