化學(xué)反應(yīng)工課后答案

第一章習(xí)題

I化學(xué)反響式及化學(xué)計最方程有何異同?化學(xué)反響式中計量系數(shù)及化學(xué)計量方程中的計量

系數(shù)有何關(guān)系？

答：化學(xué)反響式中計量系數(shù)恒為正值，化學(xué)計量方程中反響物的計量系數(shù)及化學(xué)反響式

中數(shù)值一樣，符號相反，對于產(chǎn)物二者一樣。

2何謂基元反響?基元反響的動力學(xué)方程中活化能及反響級數(shù)的含義是什么？何謂非基元

反響？非基元反響的動力學(xué)方程中活化能及反響級數(shù)含義是什么？

答：如果反響物嚴格按照化學(xué)反響式一步直接轉(zhuǎn)化生成產(chǎn)物，該反響是基元反響?；?/p>

反響符合質(zhì)量作用定律?；错懙幕罨苤?摩爾活化分子的平均能量比普通分子的

平均能量的高出值。基元反響的反響級數(shù)是該反響的反響分子數(shù)。一切不符合質(zhì)量作用

定律的反響都是非基元反響。非基元反響的活化能沒有明確的物理意義，僅決定了反響

速率對溫度的敏感程度。非基元反響的反響級數(shù)是經(jīng)歷數(shù)值，決定了反響速率對反響物

濃度的敏感程度。

假設(shè)將反響速率寫成-，入=-字，有什么條件？

3

答：化學(xué)反響的進展不引起物系體積的變化，即恒容。

4為什么均相液相反響過程的動力學(xué)方程實驗測定采用間歇反響器？

答：在間歇反響器中可以直接得到反響時間和反響程度的關(guān)系，而這種關(guān)系僅是電力學(xué)

方程的直接積分，及反響器大小和投料量無關(guān)。

5現(xiàn)有如下基元反響過程，請寫出各組分生成速率及濃度之間關(guān)系。

(DA+2B—C

A+C—D

(2)A+2B—C

B+C—D

C+D—E

(3)2A+2B—C

A+C—D

解

「A~一匕￡。+k/c—k3cAec+k《口

G=-2kga+2k2%

⑴

rc=-h%-k^c4+

書=k3cAec-kA

r

K=~^cl+k2cc

、=-2攵以4+2k-kcc+kc

⑵ybc4D

七=%謁-k2cc-k3cRcc+k4cn-k5cccD+*

書=23cBec-女心-々MD+k6cB

%=-2中常+lk2cc-"Fc+-CD

⑶5二-2&]+2k2”

卜

rc=Kc；4-k?Cc-4“+k4cD

rD=k3cAcc-k4cD

4

6氣相基元反響A+2B-2P在30℃和常壓下的反響速率常數(shù)kcX10m"mol4"。現(xiàn)以氣

相分壓來表示速率方程，即(一小尸炸“APB?,求&吁？(假定氣體為理想氣體)

解

T=273+30=303K

4r,2

kc=2.65x10nikmors-

P

RT

=kcc\cl=kc芻[4

。ABCRT{RT）

-f：x=kpP,\P；

462-1

.kc2.65x10mkmors

（RQ3（8.3l4kJkmo『KTx303K）’

=1.655x1O-6kmolm^sAPa3

7有一反響在間歇反響器中進展，經(jīng)過8min后，反響物轉(zhuǎn)化掉80%,經(jīng)過18min后，轉(zhuǎn)

化掉90%,求表達此反響的動力學(xué)方程式。

解

，.上

C'AO17A

|（）.8_1

（h'A0）8min

81-0.8-2

10.9I

（*，A0）l8min------=一

18I-0.92

假設(shè)正確，動力學(xué)方防

dz

8反響A(g)+B(1)-C⑴氣相反響物A被B的水溶液吸收，吸收后A及B生成C。反響動

力學(xué)方程為：-以二ZCACB。由于反響物B在水中的濃度遠大于A,在反響過程中可視為

不變，而反響物A溶解于水的速率極快，以至于A在水中的濃度恒為其飽和溶解度。

13

試求此反響器中液相體積為5m3時C的生成量。AFlm'kmor'hr,CBo=3kmol-nr,cAm

#=0.02kmolnr3,水溶液流量為lOm'hr'o

解

一%=kCACB由已知條件，O3與&均為常數(shù)

-以=1x0.02x3=0.06kmol-m-'hr1

Sm3

反應(yīng)時間即液相在反瞬中的停留時間丁=,=0.5hr

lOm'hr"

C的生成M/Vc=0.06kmoim'hr1x0.5hrx5m3=0.15kniol

9反響2H?+2NOf$+2也0，在恒容下用等摩爾H2，NO進展實驗，測得以下數(shù)據(jù)

總壓/MPa________________________________________________

半衰期/s26518613510467

求此反響的級數(shù)。

解

一*="八一〃-"dpA=勺山

士忠一成”）用

=

，-%PA=05PAO一°，'")勺缶

n

l-0.5'-l_?.

/?A0=A/2In

k(〃一])+(1—〃)InPAO=Intl/2

〃AO0.13600.16300.19050.21750.2715

仇26518613510467

InPA。-1.995-1.814-1.658-1.526-1.304

Inr(25.5805.2264.9054.6444.205

In*對In〃AO作圖，得直線

Y=A+B*X

ParameterValueError

A

B

斜率-1.9946-1.9946=l-n〃a3三級反應(yīng)

0024-

OOC22-

0CC20-

0.018-

0016-

0.014-

2004036W80010GO1200

Y=A+B*X

ParameterValueError

A

B

y=1.0898xlO~5r+0.01166

k=1.0898x105m3kmolI'

一電=1.0898x1()7八0

dr"B

12丁烷在700C,總壓為0.3MPa的條件下熱分解反響：

CM。,2c2H4+H2

(A)(R)(S)

起始時丁烷為116kg,當(dāng)轉(zhuǎn)化率為50%時一如=0.24MPa-sT

求此時

d/

d〃Rd%dyA

d/'d/'dr

解

皿=2(-曳。=2x0.24=0.48MPa?s-1

drIdrJ

dPs二dp、psVdb上吹

2二---*5rjf*D

d/dr、RT

116...

%。=77=2kmol4=0.5時

JO

〃A

=Ikmol,nR=2kmoL%=Ikmoh/?,=4kmol

4xRT

v=n^T=

〃總300

d/?Vdp4dp4?4

s=ss=——X^=0.()32kmol-s7

dr~RTdt~300d/300

器=￡蝦去。配由

13某二級液相不可逆反響在初始濃度為5kmol?m-3時，反響到某一濃度需要285s,初始濃

度為lkmolm-3時,反響到同一濃度需要283s,那么，從初始濃度為5kmohm，反響到

1kmolnr3需要多長時間？

解

r=285-283=2s

反響前后體積不變的不可逆反響，已經(jīng)反響掉的局剖不會對反響產(chǎn)生任何影響。反響過

程中的任意時刻都可以作為初始時刻和終了時刻。

14在間歇攪拌槽式反響器中，用醋酸及丁醇生產(chǎn)醋酸丁酯，反響式為：

CH,COOH+C4HyOH—^->CH3COOC4H9+H,O

(A)(B)(R)(S)

反響物配比為：A(mol):B(mol)=l:4.97,反響在100℃下進展。A轉(zhuǎn)化率達50%需要時間

為24.6min,輔助生產(chǎn)時間為30min,每天生產(chǎn)2403kg醋酸丁酯(忽略別離損失)，計

算反響器體積?；旌衔锩芏葹?50k呂力產(chǎn)，反響器裝琪系數(shù)為0.75。

A+B—>R+S

Mj6074116

R產(chǎn)量2400/24=100kghr1—=0.862kmol-hr-

116

轉(zhuǎn)化率5()%,則A的投料量竺名=1.724kmol-hrM

0e5

折算成質(zhì)量流量1.724x60=103.4kg.內(nèi)

A:B=1:4.97則B投料量1.724x4.97x74=634.1kg-hr

總投料量103.4+634.1=737.5kg-hr1

換算成體積流量空S=0.9834m%rT

750

546

總生產(chǎn)時間24.6+30=54.6min折合絲土=0.91hr

60

反應(yīng)器有效體積().9834x0.91=0.8949m3

反應(yīng)器總體積鬻

=1.2n?

15反響(CH3cobO+H20T2cH3COOH在間歇反響器中15℃下進展。一次參加反響物料

50kg,其中(CH3co)2。的濃度為216mo卜nN,物料密度為1050kgm，反響為擬一級反

響，速率常數(shù)為AXKTexpJE/RQmin」，E-mol'o求以=0.8時，在等溫操作下的反響

時間。

解

k=5.708x107exp(-49820)=0.05252min

8.314x288

----In—!—=30.6min

k1-xA0.052521-0.8

16在100℃下，純A在恒容間歇反響器中發(fā)生以下氣用反響：

2A-R+S

A組分分壓及時間關(guān)系見下表:______________________________________________

f/sec020406。8010()120140160

PA/MPa

試求在10()℃,O.IMPa下，進口物流中包含20%惰性物，A組份流量為100moih”到

達95%轉(zhuǎn)化率所需的平推流反響器的體積。

解

平推流反應(yīng)器的停留時司與間歇反應(yīng)器的反面寸間相同。

由數(shù)據(jù)表可知，pA0=0.08MPa,轉(zhuǎn)化率95%(p,\=0.004MPa)所需要的反應(yīng)時間為

t=140-40=100s

^5_X8.314X373.15

V=IT=3600x100=0.1077m'

0.1X106X(1-0.2)

17間歇操作的液相反響A-R,反響速率測定結(jié)果列于卜.表。欲使反響物濃度由CA0?m-3

降至I」0.3kmohm，需多少時間?____________________________________________

c?A/kniolm-3

(-rA)/kmolm'3min''

解

33

cA0-1.3kmol-m'cAf—0.3kmol-m

l.=c廣芻_=_「、旦

'AJ。(-4)兀(-4)

圖解積分

cAkmol?m”

i1010

F

二與(2.0+16.7+2(1.67+2+4+10))+竽(16.7+20)

+與(20+22.2)=2.702+3.67+6.33=12.7min

18一氣相分解反響在常壓間歇反響器中進展，在400K和500K溫度下，其反響速率均可

表達為-「A=23〃A2mo卜1]]心-1,式中“A的單位為kPa。求該反響的活化能。

解

將分壓換算成濃度：

PLC/

400K下：

-rA=23p：kmol.

F=23C；(400R)2

同理：

500K下：

-rA=23C：(500R)2

(-^)^,16^fE(q

\￡=7421J-mor'

(一%)5co25，8.314(400500J

19有如下化學(xué)反響

CH4+C2H2+H2=C2H4+CH4

(I)(A)(B)(P)(I)

在反響前各組分的摩爾數(shù)分別為〃io=lmol；〃A0=2mol；恤尸3mol；0,求化學(xué)膨脹率

(用兩種方法)。

解

方法一

分=JAO^A

C1-1-1,211

5A=-T-=T=3染=二

方法二

*二匕廣匕=。=1+0+(3-2)+2-(1+2+3)=]

“匕=。1+2+33

20在555K及0.3MPa下，在平推流管式反響器中進展氣相反響A?s-',動力學(xué)方程式為

-rAfAinolmV為了到達95%轉(zhuǎn)化率，試求：

(1)所需空速為多少？

(2)反響器容積大??？

6.3x10-3x8.314x555.15

=0.0969m3s-,

300

產(chǎn)心入1.1..

-；=------In-------=11.10sin

L0.27(”4)0.271-0.95

_,

Sv=r=11.10'=0.09s-,

3

VR=VQr=0.0969xl1.10=1.075m

標準空速為:

V心300969273.15x0.3

TPo=.555.15x0.1013=0j3上

51.075.

21液相一級不可逆分解反響A-B+C于常溫下在一個2m3全混流反響器(CSTR,MFR,

連續(xù)攪拌槽式反響器)中等溫進展。進口反響物濃度為1kmolm\體積流量為Im'hrL

出口轉(zhuǎn)化率為80%o因后續(xù)工段設(shè)備故障，出口物流中斷。操作人員為此緊急停頓反

響器進料。半小時后故障排除，生產(chǎn)恢復(fù)。試計算生產(chǎn)恢好時反響器內(nèi)物料的轉(zhuǎn)化率為

多少？

解

首先求反應(yīng)速率常數(shù)

2=上空心2h,

I02k

全混流反應(yīng)器切斷進;I料即為間歇反應(yīng)器

3

'=幺=e"=0.0736kmol-m

C'AO0.2

CA°-°A==09264

22第17題中的反響，(1)當(dāng)CA(rm-3,進料速率IkmolAhH,轉(zhuǎn)化率為75%；(2)cAo-m*\

進料速率2kmolAhrLm-3；(3)CAo,m3m3,進料速率為IkmolAhrL計算三種情況下,

用全混流反響器的體積各為多少？

解

V

c=1.2(1-0.75)=03由數(shù)據(jù)表,51

A對應(yīng)-rA=0.5kmolmmin

11.2-0.33

=——X-----------------=0.025m

1.20.5x60

21.3-0.3

「=—x-=--0-.-0-5-1m

1.30.5x60

?

VR.=—x2，-°，=o.()29m

心2.40.5x60

23反響A+B-R+S,VR\物料進料速率VOXIOW3m",c、Ao=c*Bo=5mo1-m3,動力學(xué)方程

式為-「AYCACB，其中hlOOm3kmoHmin"。求：⑴反響在平推流反響器中進展時出口轉(zhuǎn)

化率為多少？(2)欲用全混流反響器得到一樣的出口轉(zhuǎn)化率，反響器體枳應(yīng)多大?(3)假設(shè)

全混流反響器體積VR\可到達的轉(zhuǎn)化率為多少？

"Im3kmoHhr",CBo=3kmol-nr3,CA飽和TTT3,水溶液流量為lOmWo

解

平推流

%().0005

⑴全混流

VR_cA0—cA_cA0-cA_0.005-0.0025_

2

匕-rAAqc%100x0.0025

匕=V；,r=0.5xl0-3x4=2xl0-3m3

YR__°AO0A_A。―0A_CAQ^A

匕fSC，B必O(17AT

⑵％=0.001m3=—"5x1°X

100x0.005(1-A:A/

1=/X、x.=0.3820

(—A)

24在全混流反響器中進展如下等溫液相反響:

2A-B+C『c=kic￡

A+B-2Dn)=2A2cACB

m\假設(shè)進口物流中不含B、C、D,反響時間為1250sec,求:

1.口物流中B和D的濃度：

2.左和女2。

解

反應(yīng)共消耗A2.5-0.45=2.05kmolm-3

每消耗2個A生成1個C,生成C所消耗的A為2x0.75=L5kniol.m-3

生成D所消耗的A為2.05-1.5=0.55kmolm3

每消耗1個A將生成2個D,因此D的出口濃度為）.55x2=1.1kmol-m-3

每生成1個C伴生1個B,但每生成1個D又消耗0.5個B,所以，

B的濃度對.75-0.5xl,l=0.2kmol-m-3

ACc0.75-0

rc&x0.45"

=2.963xIO_3m'kHiolV

T=^~1250=————

2&x0.45x0.2

&=4.889x10-3n/kmoFsT

第二章習(xí)題

1.動力學(xué)方程的實驗測定時，有采用循環(huán)反響器的，為什么？

答：循環(huán)反響器行為及全混流反響器一樣，可以得到反響速率的點數(shù)據(jù)，而且反響器進

出口濃度差比擬大，對分析精度要求不很高。

2.為什么可逆吸熱反響直選平推流反響器且在高溫下操作，而可逆放熱反響卻不是?根據(jù)

可逆放熱反響的特點，試間選用何種類型反響器適宜?為什么？

答：可逆吸熱反響的反響速率及化學(xué)平衡都隨溫度的升高而升高，高溫下操作對二者都

有利。可逆放熱反響的化學(xué)平衡隨溫度的升高向反響物方向移動，對到達高轉(zhuǎn)化率不利。

對此類反響，可選用多段絕熱反響器或換熱條件較好的管式反響器。

3.一級反響A-P,在一體積為壞的平推流反響器中進展，進料溫度為150℃,活化能為

84kJmoll,如改用全混流反響器，其所需體積設(shè)為L，那么KM%應(yīng)有何關(guān)系?當(dāng)轉(zhuǎn)化

率為0.6時，如果使4二%,反響溫度應(yīng)如何變化?如反響級數(shù)分別為〃=2,1/2,-1時,

全混流反響器的體積將怎樣改變？

解；

E

(一〃exp(一言)

PFRrA_d^_=_l_pA_d^_=^l_

FAO%(F)CA06°17ACAJ

CSTR'=————

^*AOCAO"。-4)

匕二fk

Vp^(l-xA)ln(l-xA)

…,EE、x

=-exp(----------)----------A-------

環(huán)(l-xA)ln(l-^A)

匕二fk

VP^(l-xA)ln(l-xA)

二一/

(l-^A)ln(l-A：A)

V

IF-m-=landxA=0.6

一-，)]0.6

X(l-0.6)ln(l-0.6)

RTPTmJ

84000423.15-7；,,ilx1.637

1=ex8.3141423.151

423.15-7；

0.6109=exd23.87

42315-7

-0.4929=23.876m

Tm

-0.020647；,,=423.15-7；,,

Tm=432.07K

4.在體枳除3的全混流反響器中，進展反響A+B>R十S,式中Z：i=7m3kmolhnin1,

'k:-

任=3m3kmol」miirLmEm-3。設(shè)系統(tǒng)密度不變，當(dāng)B的轉(zhuǎn)化率為75%時，求每種物料的

流量。

解

2.8....-3

cA0=—=1.4kmol-m

C,BO=與=0.8kmol-m3

CB=0.8(1-0.75)=0.2kmolm_3

=c=0.8x0.75=0.6kmol-m3

cRs

3

cA=1.4-0.6=0.8kmol-m

-rA=7x0.8x0.2-3x0.6x0.6=0.04kmol-

"2l5min

TA0.04

0.12x60

v=---0-.--4-8-m3hr-,

15

每一股是總物料量的T：

vA=vB==0.24m,hr”

2

5.=0.5kiml-m-3,=0;

可逆一級液相反響/>P，cMcP0當(dāng)此反響在間歇反響器中

進展，經(jīng)過8min后，A的轉(zhuǎn)化率為33.3%,而平衡轉(zhuǎn)化率是66.7%,求此反響的動力

學(xué)方程式。

解

f=一卷=3-k2cp="A-—￡)

at

CA=CAO(17)

Cp=CA0X

_=勺°AO(1-x)-自CAOX

drdr

--=+k)x

dr2

dr,t=0,x=0

--------------=dz

(K+)x

匕一k2t=t,x=x

71n匕―化+右》=/

k]+k2k、

K=hJpc=C、AO4二X二0667

%Go4)17c1-0.667

k2。-

k

K=d=2x=0.333r=8

k2

-^In|1+-|xO.333|=8

勺+%21I)

上-h1(O.5)=竺空=8

尢+々2K+&

%+&=0.08664

[k]/k2=2

[攵]=0.05776min1

M=0.02888mi『

一4二一—二0.0577&：A-0.02888cP

Ad/"p

6.平行液相反響

A—>Prp=l

A—Rn<=2cA

A—>Srs=(?A2

CA0=2kmolm\CArm\求以下反響器中，cp最大為多少？

(1)平推流反響器;(2)全混流反響器;(3)兩一樣體積的全混流反響器串聯(lián),CA尸1kmol.m\

解

Q6]]

P?+1+2G+C；(1+4)2

ForPFR

--------------------=---------------=().5kmol-m'3

(l+，Af)(1+%)1+0.21+2

ForCSTR

—5--=(2-0.2)—5—

c=5p(c-c)=(c-c)

PAOAfAOAf2

(l+cAf)(1+0.2)

=1.25kmol-m-3

FortwoCSTRinSeries

cp=(CAO-QjSpi+(CAI—，Af)Sp

=(2-1)—!—+(1-0.2)

(1+1尸(1+0.2)2

=0.25+0.56

=0.81kmol-m

7.自催化反響A+P—>2P的速率方程為：-小=必9>,k=T原料組成為含A

13%,含P1%（摩爾百分數(shù)）,且CAO+CPO=1kmol-m3,出口流中cp=0.9kmo卜m，，計算

采用以下各種反響器時的空間時間（尸％/%）。（1）平推流反響器；（2）全混流反響器；（3）

平推流及全混流反響器的最正確組合；（4）全混流反響器及一別離器的最正確組合.

解

c=lkmol-m3x—=0.0714x=0.9

A0Ain14AAff

-以=3cp=3O(-A2A=MoO-Xg

ForCSTR

10.9-0.0714

“Affn=------X----------r--=---9-.-2min

^AoO-^AfXAf1x1(l-07.9)x0.9

ForCSTR+PFR

由于」一與-心的極值點相同令也㈤=0,有1-2y=0,1=0.5

Q50714

--°=1.71min

kcAQ(1-xA1)xAIlx1(l-O.5)xO.5

%=%(1-XAi)=0?5kmol?m3

(0.9、

11-0.9

T=In=2.20

2瓦）

r=f]+r2=1.71+2.20=3.91min

ForCSTR+分離器

d(-以)

=U,xA1=0.5

心A

I°-5-°07141.71min

T=——fin=

kcM)(l-xA1)xA11x1(l-0.5)x0.5

8.在兩個串聯(lián)的全混流反響器中進展一級反響，進出口條件一定時，試證明當(dāng)反響器大小

一樣時，兩個反響器的總?cè)莘e最小。

證

。-(、_CAI-°Af_°AII

T--AAf--------------------------------

F)fkfgfk

婀+「2)=0CA1=^AO^AfCAI=V^AO^Af

￡AO_1

cc

^ylAOA(kCA￡

馬=72匕I=匕2

9.3hr'的流量通過兩個串聯(lián)的40m3全混流反響器后，其放射性衰減了多少？

解

只有一級反應(yīng)存在半棚的概念。

首先求反應(yīng)速率常數(shù)：

1A_=e*0.5=1促2=0.0346611/

CA0

對全混流反應(yīng)器，r=以口

-r\

代入數(shù)城第一釜黨二餐志那4。。二前病不^=0.9327

第二釜，單釜轉(zhuǎn)化率仍為0,9327。

總轉(zhuǎn)化率1-(1-0.9327)2=0.9955

10.A進展平行分解反響，其速率式為

/R以=1kmolm^min'1

AfS/X,=2CAkmolm^min'1

XTrr=G\kmolni3min''

其中R是所要求的目的產(chǎn)物，CA0=lkmolm-\試問在下述反響器進展等溫操作時，預(yù)計

最大的CR為多少?(1)全混流反響器；(2)平推流反響器。

解

低濃度操作對生成目的產(chǎn)物R有利，對全混流反響器，可在極低的濃度下操作

1

=0-0)=1

1+0+0

對平推流反響器，那么盡量使其轉(zhuǎn)化率提高。

A

CR=(cA0-cAf)Sp=￡°——dcA

Af1+

=—In—!-=0.462molm3

31+0

11.在0℃時純氣相組分A在一恒容間歇反響器依以下計量方程反響：A-2.5P,實驗測得

如下數(shù)據(jù)：

時間/s024681012140p

PA/MPa

求此反響的動力學(xué)方程式。

解

當(dāng)/f8時，〃Ae=0.2故為可逆反響，設(shè)此反響為一級可逆反響，那么

一整=4〃A-k?Pp=k隊-2.5&(〃AO-PA)

dr

積分，得(以十2.5年?=1”—一"A。

PA-PAC

以(-ln(pA-〃Ac))對t作圖_____________________________________________________

I024681c)1214

pA0.10.080.06250.0510.0420.0360.0320.028

PA-PAc

-ln(p,.\-pAe)

—B

LinearFitofDalal_B

)，=0.16337+2.5035

%+2.5-0.1633

，匕_2.5(〃AO-PQ_2.5(1-0.2)

A------------------------------117

k2PAC0.2

k,=0.131自=0.0131

-rA=0.131pA-O.O327(〃AO-PA)

12.氣相反響A+B=R的動力學(xué)方程為(-n)乂(PAPB-PR/KP),式中

k=3.5x1()fexp(彳如)niol-m3s-lPa-2

勺=7.0x10-2為產(chǎn)4Pa-1

\T)

請確定最正確反響溫度及轉(zhuǎn)化率之間的關(guān)系。

解

7*A=kPAPB--

1KP,

aA〃A〃B-臺

4-人)

dT

3.5x10-82620PR

dPAPR-

T3560

7.0xl()12ex

dT

(2620

s2620

=3.5x10exPAPB

\T2

3.5xl08-3560-2620Y3560+2620、

~7.0x1012Pr

TT2

3=0

dT

“c八3560+2620—3560

262°P，'〃B=fk外~T~

2620x7.0xl0-12p")

T(3560+2620)

-35603560

q=-

2620x7.0x10

InIn3.37x10"

(3560+2620)

【PAPB

設(shè)初始時PAO=PB。，PRO=°2A——0.5

二〃AO(IA)PAOOf)

》「PAO》A

。十分4)(1+分4)*(1+分4)

-35603560

’2620x7.0x1()722/一4)、lnf3.37xlO"

(3560+2620)xA(l-0.5xA)?IPAOO-AA)-

校核:

設(shè)〃A0=0.05MPa,xA=05代入7=221K比較合理。

設(shè)〃An=0.05MPa,0=0.75代入T=201K比較合理。

13.某液相一級不可逆反響在體枳為VR的全混釜中進展，如果將出口物料的一半進展循環(huán),

新鮮物料相應(yīng)也減少一半，產(chǎn)品物料的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物生成速率有什么變化？

解

全混流循環(huán)時r=CA，「'

-/Af

出口物料一半及等量的XA=0的物料混合，XAOXAf。

xAf-0.5xAf_0.5xAf_2kv

^AoO-^Af)M17AJ“L1+2狂

及簡單地把處理量減半等效0

2丘、|匕=。人忒％

=\+2kr]2\+2kv

14.有一自催化反響A~R,動力學(xué)方程為「?ACACRkmol?nr3sL3的全混流反響器中進展,

反響物初始濃度CAO=10kmol-m-3,8(尸0,處理量為5.4rn'hr"。如何排列這4個反響器

(串聯(lián)、并聯(lián)、或串并聯(lián)結(jié)合)才能獲得最大的最終轉(zhuǎn)化率？最大的轉(zhuǎn)化率是多少？

解

一4=0.001C、AC、R=0.00kA(cA0-cA)當(dāng)=0,一以最大

d(O.OOlcA(cAO-cA))=o

1Q~5=200s

0.001cAcR0.001x5x5

將3個反應(yīng)器并聯(lián)，一"9x3600=200s,恰好是最佳操作條偉

5.4

另外一個串聯(lián)在后面

%_C，A0-Cx________5_-__C，_A______3

cA=3.486kmolm_

~0.00lcAcR_0.00lcA(5+(5-cA))

,cA.3.486n....

I=1———=1--------=0.6514

為1°

15.一級不可逆連串反響A—?C,3,kJ.進料流率必為lin^r'.

CA0=lkmol-m-3,CBO=CCO=O.＞試求：采用兩個VR=1m'的全混流反響器串聯(lián)時，反響器出

口產(chǎn)物B的濃度。

解

r=^=l

匕1m=lhr

Q+"mXl+"m)

匕1

1

第一個反應(yīng)器出口：c0.8kmol-m-

A1一(1+0.25)

1x0.253

第?個反應(yīng)器出口:Cb,-(1+0.25X1+0.05)=0.1905kmol-m

nQ

第二個反應(yīng)器出口：=7——'——\=0.64kmol-m'

A-(1+0.25)

就第二個反應(yīng)器對B作物料衡算：

匕。2—^OCB1=(^1CA2—欠2cB2)%

從中解出C.2：

="￡'2%+5=0.25x0.64+°.19°5=03338knio|.

匕+&%1+0.05

16.某氣相基元反響:

A+2B—P

初始濃度之比(?AO：CBO=1：3,求也的關(guān)系式。

dt

解

?冷一％(1、)唳匕(y小)

4=^^=-2k=W4=-。.5

A1-A01+34”

￡()之

(1-0.5XA)dr

17A

〃3=〃BO_2〃AOXA

1-0.5XA

3-24

=%=%Q_24(/A=3%_2〃AO4=c

A

V匕(1-0.54)匕(1-054)°1—0.5XA

必A/3-24、

=^0(l-xA

d/V-O^AJ

17.常壓氣相反響

2A4-B^-^R+S

動力學(xué)方程為-仄=k￡；《-心或《，試用以下三種方式表達動力學(xué)方程:

(1)組分分壓；

(2)組分摩爾分率；

(3)組分初始濃度和A的轉(zhuǎn)化率。

解

f=年值-^Cs=k、-k2^7

PA=PQA

a+br-￥S

_r=kP；

A一1伊丁廣"RTRT

1--VA_°B0-S5CA°XA

=^0-

1+屋艾A1+44

_CRO+。5以0=0_Cgq-O.5CAOXA

1+44L1+"A

"BO-0?5。40次,

1+VAJ<1+以4

C'RO+°5C'A（）XAc$o+°?5C'A（）XA

—k、

1+￡A%A1+44

18.高溫下二氧化氮的分解為二級不可逆反響。在平推流反響器中101.3kPa下627.2K時等

溫分解。KkmoHsL處理氣量為120m'hr」（標準狀態(tài)），使NCh分解70%。當(dāng)⑴不考

慮體積變化；（2）考慮體枳變化時，求反響器的體枳。

解

2NO2^N2+2O2

-％=h；,k=Um^kmor's-1,匕=120Nm3hr-,

p=0.1013kPa,T=627.2K,xA=0.70

（1）恒容過程

小A

ZDO（17A）2

12（）

--------------=1.488xl（r3kmols-1

22.4x3600

——=0.01943kmol.m-3

8.314x627.2

1.488x10-3

--------------------------=54Im

%=2

1.7x0.01943l-xA?

（2）變?nèi)葸^程

二Eo-1+44（

西」。If

二O25&o9__

出0J°〔（1一4）217A

3

+61n（l-^A）+xA=8.382m

XA=0.7

19.均相氣相反響A—3P,服從二級反響動力學(xué)。在O.fMPa、350℃和Mo=4m3hP下，采用

一個25mm內(nèi)徑，K2m的實驗反響器，能獲得60%轉(zhuǎn)化率。設(shè)計一個工業(yè)平推流反

響器，當(dāng)處理量為320m3hP℃下反響，為獲得80%的轉(zhuǎn)化率.求需用25mm內(nèi)徑，長

2m的管子多少根?這些管子應(yīng)并聯(lián)還是串聯(lián)？

解

(1)求速率常數(shù)k

-=0.0965kmol-nr3

RT8.314x623.15

=-x0.0252x2=9.817xl0-4m3

4

只3~1°

4=2

"=-j—=2yA0

一-出=必。（段）2

1+24

7=CA0『dr

J7Ay

f+12In(1-xJH-----------9

I—A)

(4x0.6+121n(l-0.6)+-9

-;-x4.905

So

看普匕2.454W.883&

」

Z=4.905x——=57.52m3kmorls-1

比AO0.8836x0.0965

(2)求反響器體積和管數(shù)

=

)AO,￡A=)'A(A=0?5x2=2,xA=0.8

^=32001^-'=0.08889mV

=酒=0.5x2500x0.08889=().°】985kmol.s-

RT8.314x673.15

05X2500=0.2334kmol-m.

RT8.314x623.15

出五十4M（K）+XJ

0.01985(4

+41n(l-0.8)+0.8-4

57.52x0.2334211-0.8

=0.06564m3

、0.06564

N=-----------r=67

9.817x10-4

管子的串并聯(lián)要從流體阻力和流型考慮，在保持平推流的前提下盡量并聯(lián)。

20.有一氣相分解反響，其化學(xué)反響式為A-R+S,反響速率方程為-小二履A2,反響溫度為

500℃o這時測得的反響速率常數(shù)為KkmoHsL反響在內(nèi)徑為25mm、長為【m的管式

反響器中進展，器內(nèi)壓強維持在101.3kPa（絕），進料中僅含組分A,當(dāng)其轉(zhuǎn)化率為20%,

空間速度為45hd（反響條件下的計算值）。試求反響條件下的平均停留時間和空間時

間。

解

\-xA

cA(i-----—

1+"A

AO10L3

P==0.01576kmol-m-3

RT8.314x(273.15+500)

VR=VON_=2L=273.15

=0.00785lhr=28.26s

可"SX~~S^T~45x(273.15+500)

2

+ln(l-xAr)---ln(l-O)

i_u

1(2

-------------