化学反应工程第二版课后答案word副本Word文档下载推荐.docx
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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。
2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?
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。
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?
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.平行液相反应
A→PrP=1
A→RrR=2cA
A→SrS=cA2
已知cA0=2kmol·
m-3,cAf=0.2kmol·
m-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,cA1=1kmol·
m-3。
解
3.A进行平行分解反应,其速率式为
↗RrR=1kmol·
m-3min-1
A→SrS=2cAkmol·
↘TrT=cAkmol·
其中R是所要求的目的产物,cA0=1kmol·
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;
(2)平推流反应器。
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
对平推流反应器,则尽量使其转化率提高。
4.一级不可逆连串反应
,k1=0.25hr-1,k2=0.05hr-1,进料流率V0为1m3hr-1,cA0=1kmol·
m-3,cB0=cC0=0。
试求:
采用两个VR=1m3的全混流反应器串联时,反应器出口产物B的浓度。
1、在氧化钽催化剂上进行乙醇氧化反应:
其反应机理为:
a
b
c
(控制步骤)
d
证明:
下述速率表达式:
解:
两类活性中心,
表面反应c为控制步骤,则
(1)
快速不可逆反应d,
由a得:
令
,而且,当步骤d为不可逆时,该步骤为不可逆的快速反应,由c生成的OHσ2很快与Hσ1反应,使体系中实际不存在OHσ2,即θOH→0,并使Hσ1的消耗速率与步骤c中反应物的消耗速率相同,故有θH=θA。
(2)
由b得:
,则
(3)
将
(2),(3)代入
(1)得:
2、催化反应A+B,A,B为均匀吸附,反应机理为:
(1)A+σ=Aσ
(2)Aσ=Bσ
(3)Bσ=B+σ
其中A分子吸附
(1)和表面反应
(2)两步都影响反应速率,而B脱附很快达平衡。
试推导动力学方程。
第五章习题
1.异丙苯在催化剂上脱烷基生成苯,如催化剂为球形,密度为ρP=1.06kg·
m-3,空隙率εP=0.52,比表面积为Sg=350m2g-1,求在500℃和101.33kPa,异丙苯在微孔中的有效扩散系数,设催化剂的曲折因子τ=3,异丙苯−苯的分子扩散系数DAB=0.155cm2s-1。
2.在硅铝催化剂球上,粗柴油催化裂解反应可认为是一级反应,在630℃时,该反应的速率常数为k=6.01s-1,有效扩散系数为De=7.82╳10-4cm2s-1。
,试求颗粒直径为3mm和1mm时的催化剂的效率因子。
3.常压下正丁烷在镍铝催化剂上进行脱氢反应。
已知该反应为一级不可逆反应。
在500℃时,反应的速率常数为k=0.94cm3s-1gcat-1,若采用直径为0.32cm的球形催化剂,其平均孔径d0=1.1╳10-8m,孔容为0.35cm3g-1,空隙率为0.36,曲折因子等于2.0。
试计算催化剂的效率因子。
4.某一级不可逆催化反应在球形催化剂上进行,已知De=10-3cm2s-1,反应速率常数k=0.1s-1,若要消除内扩散影响,试估算球形催化剂的最大直径。
5.某催化反应在500℃条件下进行,已知反应速率为:
−rA=3.8╳10-9pA2mol·
s-1gcat-1
式中pA的单位为kPa,颗粒为圆柱形,高╳直径为5╳5mm,颗粒密度ρP=0.8g·
cm-3,粒子表面分压为10.133kPa,粒子内A组分的有效扩散系数为De=0.025cm2s-1,试计算催化剂的效率因子。
6.某相对分子质量为225的油品在硅铝催化剂上裂解,反应温度为630℃、压力为101.33kPa,催化剂为球形,直径0.176cm,密度0.95g·
cm-3,比表面积为338m2g-1,空隙率εP=0.46,导热系数为3.6╳10-4J·
s-1cm-1K-1;
测得实际反应速率常数kV=6.33s-1;
反应物在催化剂外表面处的浓度cAS=1.35╳10-5mol·
cm-3;
反应热ΔH=1.6╳105J·
mol-1;
活化能E=1.6╳105J·
扩散过程属于克努森扩散,曲折因子为τ=3,试求催化剂的效率因子和颗粒内最大温差。
温差不大,按等温计算有效因子
7.实验室中欲测取某气固相催化反应动力学,该动力学方程包括本征动力学与宏观动力学方程,试问如何进行?
答
第一步必须确定消除内、外扩散的颗粒粒度及气流速度和装置;
第二步测定本征动力学;
第三步在循环反应器中测定原颗粒的宏观动力学。
1.在T−x图上,①为平衡曲线,②为最佳温度曲线,AMN为等转化率曲线,指出最大速率点和最小速率点。
BCD为等温线,指出最大速率点和最小速率点。
在AMN线上,M为最大速率点,N为最小速率点
在BCD线上,C为最大速率点,D为最小速率点
2.在T−x图上,定性绘出三段间接换热SO2氧化反应的操作线。
在T−x图上,定性绘出三段原料气冷激的合成氨反应的操作线。