化学反应工程第二版课后答案word副本.docx

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化学反应工程第二版课后答案word副本

化学反应工程第二版答

第一章习题

1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?

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。

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.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·m-3min-1

↘TrT=cAkmol·m-3min-1

其中R是所要求的目的产物，cA0=1kmol·m-3。

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。

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

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。

解

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：

令

，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。

解

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。

解

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。

解

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。

解

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。

解

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。

解

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·mol-1；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。

解

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。

答

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。

解