化學反應工程第二版課后答案

1、第一章習題1 化學反應式與化學計量方程有何異同?化學反應式中計量系數(shù)與化學計量方程中的計量系數(shù)有何關系?答：化學反應式中計量系數(shù)恒為正值，化學計量方程中反應物的計量系數(shù)與化學反應式中數(shù)值相同，符號相反，對于產物二者相同。2 何謂基元反應?基元反應的動力學方程中活化能與反應級數(shù)的含義是什么?何謂非基元反應?非基元反應的動力學方程中活化能與反應級數(shù)含義是什么?答：如果反應物嚴格按照化學反應式一步直接轉化生成產物，該反應是基元反應?；磻腺|量作用定律?；磻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?；磻姆磻墧?shù)是該反應的反應分子數(shù)。一切不符合質量作用定律的反應都是

2、非基元反應。非基元反應的活化能沒有明確的物理意義，僅決定了反應速率對溫度的敏感程度。非基元反應的反應級數(shù)是經驗數(shù)值，決定了反應速率對反應物濃度的敏感程度。3 若將反應速率寫成，有什么條件?答：化學反應的進行不引起物系體積的變化，即恒容。4 為什么均相液相反應過程的動力學方程實驗測定采用間歇反應器?答：在間歇反應器中可以直接得到反應時間和反應程度的關系，而這種關系僅是動力學方程的直接積分，與反應器大小和投料量無關。5 現(xiàn)有如下基元反應過程，請寫出各組分生成速率與濃度之間關系。 (1)A+2BCA+C D (2)A+2BCB+CDC+DE (3)2A+2BCA+CD解(1) (2) (3) 6 氣

3、相基元反應A+2B2P在30和常壓下的反應速率常數(shù)kc=2.65104m6kmol-2s-1?，F(xiàn)以氣相分壓來表示速率方程，即(rA)=kPpApB2，求kP=?（假定氣體為理想氣體）解7 有一反應在間歇反應器中進行，經過8min后，反應物轉化掉80，經過18min后，轉化掉90，求表達此反應的動力學方程式。解8 反應A(g) +B(l)C(l)氣相反應物A被B的水溶液吸收，吸收后A與B生成C。反應動力學方程為：rA=kcAcB。由于反應物B在水中的濃度遠大于A，在反應過程中可視為不變，而反應物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。試求此反應器中液相體積為5m3時C的生成量

4、。已知k=1m3kmol-1hr-1，cB0=3kmolm-3，cA飽和=0.02 kmolm-3，水溶液流量為10m3hr-1。解9 反應，在恒容下用等摩爾H2，NO進行實驗，測得以下數(shù)據(jù)總壓/MPa0.02720.03260.03810.04350.0543半衰期/s26518613510467求此反應的級數(shù)。解Y = A + B * XParameterValueErrorA1.602170.01399B-1.99460.0083410 考慮反應，其動力學方程為試推導在恒容下以總壓表示的動力學方程。解11 A和B在水溶液中進行反應，在25下測得下列數(shù)據(jù)，試確定該反應反應級數(shù)和反應速度常數(shù)

5、。時間/s116.8319.8490.2913.81188cA/kmolm-399.090.683.070.665.342.4cB/kmolm-356.648.240.628.222.90解由cA-cB=42.4可知反應應按下列方式A+B產物進行設為二級反應積分得：以對t作圖若為直線，則假設正確。由cA0-cB0=42.4整理得數(shù)據(jù)如下：t116.8319.8490.2913.811880.01320.01490.01690.02160.0247線性回歸：Y = A + B * XParameterValueErrorA0.011661.84643E-4B1.08978E-52.55927E-

6、712 丁烷在700，總壓為0.3MPa的條件下熱分解反應：C4H102C2H4+H2(A) (R) (S)起始時丁烷為116kg，當轉化率為50%時，求此時。解13 某二級液相不可逆反應在初始濃度為5kmolm-3時，反應到某一濃度需要285s，初始濃度為1kmolm-3時，反應到同一濃度需要283s，那么，從初始濃度為5kmolm-3反應到1kmolm-3需要多長時間？解t=285-283=2s反應前后體積不變的不可逆反應，已經反應掉的部分不會對反應產生任何影響。反應過程中的任意時刻都可以作為初始時刻和終了時刻。14 在間歇攪拌槽式反應器中，用醋酸與丁醇生產醋酸丁酯，反應式為：反應物配比為

7、：A(mol):B(mol)=1:4.97，反應在100下進行。A轉化率達50需要時間為24.6min，輔助生產時間為30min，每天生產2400kg醋酸丁酯（忽略分離損失），計算反應器體積。混合物密度為750kgm-3，反應器裝填系數(shù)為0.75。解15 反應(CH3CO)2O+H2O2CH3COOH在間歇反應器中15下進行。已知一次加入反應物料50kg，其中(CH3CO)2O的濃度為216molm-3，物料密度為1050kgm-3。反應為擬一級反應，速率常數(shù)為k=5.708107 exp(E/RT) min-1，E=49.82kJmol-1。求xA=0.8時，在等溫操作下的反應時間。解16

8、在100下，純A在恒容間歇反應器中發(fā)生下列氣相反應:2AR+SA組分分壓與時間關系見下表:t/sec020406080100120140160pA /MPa0.10.0960.0800.0560.0320.0180.0080.0040.002試求在100，0.1MPa下，進口物流中包含20%惰性物，A組份流量為100molhr-1，達到95%轉化率所需的平推流反應器的體積。解17 間歇操作的液相反應AR，反應速率測定結果列于下表。欲使反應物濃度由cA0=1.3kmolm-3降到0.3 kmolm-3需多少時間?cA/kmolm-30.10.20.30.40.50.60.70.81.01.32.

9、0(rA)/kmolm-3min-10.10.30.50.60.50.250.100.060.050.0450.042解圖解積分0.10.20.30.40.50.60.70.81.01.32.0103.332.01.672.04.01016.720.022.223.818 一氣相分解反應在常壓間歇反應器中進行，在400K和500K溫度下，其反應速率均可表達為rA=23pA2 molm-3s-1，式中pA 的單位為kPa。求該反應的活化能。解19 有如下化學反應CH4+C2H2+H2=C2H4+CH4(I) (A) (B) (P) (I)在反應前各組分的摩爾數(shù)分別為nI0=1mol；nA0=2m

10、ol；nB0=3mol；nP0=0，求化學膨脹率（用兩種方法）。解方法一方法二20 在555K及0.3MPa下，在平推流管式反應器中進行氣相反應AP，已知進料中含A 30%（摩爾分數(shù)），其余為惰性物料，加料流量為6.3mols-1，動力學方程式為rA=0.27cA molm-3s-1為了達到95轉化率，試求：(1) 所需空速為多少?(2) 反應器容積大小?解21 液相一級不可逆分解反應AB+C于常溫下在一個2m3全混流反應器（CSTR，MFR，連續(xù)攪拌槽式反應器）中等溫進行。進口反應物濃度為1 kmolm-3，體積流量為1m3hr-1，出口轉化率為80%。因后續(xù)工段設備故障，出口物流中斷。操作

11、人員為此緊急停止反應器進料。半小時后故障排除，生產恢復。試計算生產恢復時反應器內物料的轉化率為多少？解22 第17題中的反應，(1)當cA0=1.2kmolm-3，進料速率1kmolAhr-1，轉化率為75；(2) cA0=1.3kmolm-3，進料速率2kmolAhr-1，出口為0.3kmolm-3；(3) cA0=2.4kmolm-3，出口仍然為0.3kmolm-3，進料速率為1kmolAhr-1。計算三種情況下，用全混流反應器的體積各為多少?解23 反應A+BR+S，已知VR=0.001m3，物料進料速率V0=0.510-3m3min-1，cA0=cB0=5molm3，動力學方程式為rA

12、=kcAcB，其中k=100m3kmol-1min-1。求：(1)反應在平推流反應器中進行時出口轉化率為多少？(2)欲用全混流反應器得到相同的出口轉化率，反應器體積應多大?(3)若全混流反應器體積VR=0.001m3，可達到的轉化率為多少?已知k=1m3kmol-1hr-1，cB0=3kmolm-3，cA飽和=0.02kmolm-3，水溶液流量為10m3hr-1。解平推流(1) 全混流(2)24 在全混流反應器中進行如下等溫液相反應：2ABCrc=k1cA2AB2DrD=2k2cAcBA的初始濃度為2.5kmolm-3，A和C的出口濃度分別為0.45和0.75kmolm-3。假設進口物流中不含

13、B、C、D，反應時間為1250sec，求：1. 出口物流中B和D的濃度；2. k1和k2 。解第二章習題1. 動力學方程的實驗測定時，有采用循環(huán)反應器的，為什么?答：循環(huán)反應器行為與全混流反應器相同，可以得到反應速率的點數(shù)據(jù)，而且反應器進出口濃度差比較大，對分析精度要求不很高。2. 為什么可逆吸熱反應宜選平推流反應器且在高溫下操作，而可逆放熱反應卻不是?根據(jù)可逆放熱反應的特點，試問選用何種類型反應器適宜?為什么?答：可逆吸熱反應的反應速率與化學平衡都隨溫度的升高而升高，高溫下操作對二者都有利?？赡娣艧岱磻幕瘜W平衡隨溫度的升高向反應物方向移動，對達到高轉化率不利。對此類反應，可選用多段絕熱反應

14、器或換熱條件較好的管式反應器。3. 一級反應AP，在一體積為VP的平推流反應器中進行，已知進料溫度為150，活化能為84kJmol-1，如改用全混流反應器，其所需體積設為Vm，則Vm/Vp應有何關系?當轉化率為0.6時，如果使Vm=Vp，反應溫度應如何變化?如反應級數(shù)分別為n=2，1/2，1時，全混流反應器的體積將怎樣改變？解：4. 在體積VR=0.12m3的全混流反應器中，進行反應，式中k1=7m3kmol-1min-1，k2=3m3kmol-1min-1，兩種物料以等體積加入反應器中，一種含2.8kmolAm-3，另一種含1.6kmolAm-3。設系統(tǒng)密度不變，當B的轉化率為75時，求每種

15、物料的流量。解5. 可逆一級液相反應，已知；當此反應在間歇反應器中進行，經過8min后，A的轉化率為33.3%，而平衡轉化率是66.7%，求此反應的動力學方程式。解6. 平行液相反應AP rP=1AR rR=2cAAS rS=cA2已知cA0=2kmolm-3，cAf=0.2kmolm-3，求下列反應器中，cP最大為多少?(1) 平推流反應器；(2)全混流反應器；(3)兩相同體積的全混流反應器串聯(lián)，cA1=1 kmolm-3。解7. 自催化反應A+P2P的速率方程為：rA=kcAcP，k=l m3kmol-1min-1，原料組成為含A 13%，含P 1%（摩爾百分數(shù)），且cA0+cP0= l

16、kmolm-3，出口流中cP= 0.9 kmolm-3，計算采用下列各種反應器時的空間時間(=VR/V0)。(1)平推流反應器；(2)全混流反應器；(3)平推流與全混流反應器的最佳組合；(4)全混流反應器與一分離器的最佳組合。解8. 在兩個串聯(lián)的全混流反應器中進行一級反應，進出口條件一定時，試證明當反應器大小相同時，兩個反應器的總容積最小。證9. 半衰期為20小時的放射性流體以0.1m3hr-1的流量通過兩個串聯(lián)的40m3全混流反應器后，其放射性衰減了多少？解10. A進行平行分解反應，其速率式為 R rR=1 kmolm-3min-1A S rS=2cA kmolm-3min-1 T rT=

17、cA kmolm-3min-1其中R是所要求的目的產物，cA0=1kmolm-3。試問在下述反應器進行等溫操作時，預計最大的cR為多少?(1)全混流反應器；(2)平推流反應器。解低濃度操作對生成目的產物R有利，對全混流反應器，可在極低的濃度下操作對平推流反應器，則盡量使其轉化率提高。11. 在0時純氣相組分A在一恒容間歇反應器依以下計量方程反應：A2.5P，實驗測得如下數(shù)據(jù)：時間/s02468101214pA/MPa0.10.080.06250.0510.0420.0360.0320.0280.020求此反應的動力學方程式。解當t時，pAe=0.2故為可逆反應，設此反應為一級可逆反應，則以(-

18、ln(pA-pAe)對t作圖t02468101214pA0.10.080.06250.0510.0420.0360.0320.028PA-pAe0.080.060.04250.0310.0220.0160.0120.008-ln(pA-pAe)2.5262.8133.1583.4743.8174.1354.4234.82812. 氣相反應A+B=R的動力學方程為(rA)=k(pApBpR/KP)，式中 請確定最佳反應溫度與轉化率之間的關系。解13. 某液相一級不可逆反應在體積為VR的全混釜中進行，如果將出口物料的一半進行循環(huán)，新鮮物料相應也減少一半，產品物料的轉化率和產物生成速率有什么變化？解

19、全混流循環(huán)時出口物料一半與等量的xA=0的物料混合，xA0=0.5xAf。與簡單地把處理量減半等效。14. 有一自催化反應AR， 動力學方程為 rA=0.001cAcR kmolm-3s-1。 要求反應在4個0.1m3的全混流反應器中進行，反應物初始濃度cA0=10kmolm-3，cR0=0，處理量為5.4 m3hr-1。如何排列這4個反應器（串聯(lián)、并聯(lián)、或串并聯(lián)結合）才能獲得最大的最終轉化率？最大的轉化率是多少？解15. 一級不可逆連串反應，k1=0.25hr-1，k2=0.05hr-1，進料流率V0為1m3hr-1，cA0=1kmolm-3，cB0=cC0=0。試求：采用兩個VR=1m3的

20、全混流反應器串聯(lián)時，反應器出口產物B的濃度。解16. 某氣相基元反應：A+2BP已知初始濃度之比cA0:cB0=1:3，求的關系式。解17. 已知常壓氣相反應動力學方程為，試用下列三種方式表達動力學方程：(1)組分分壓；(2)組分摩爾分率；(3)組分初始濃度和A的轉化率。解18. 高溫下二氧化氮的分解為二級不可逆反應。在平推流反應器中101.3kPa下627.2K時等溫分解。已知k=1.7m3kmol-1s-1，處理氣量為120m3hr-1（標準狀態(tài)），使NO2分解70%。當(1)不考慮體積變化；(2)考慮體積變化時，求反應器的體積。解(1) 恒容過程(2) 變容過程19. 均相氣相反應A3P

21、，服從二級反應動力學。在0.5MPa、350和V0=4m3hr-1下，采用個25mm內徑，長2m的實驗反應器，能獲得60轉化率。設計一個工業(yè)平推流反應器，當處理量為320m3hr-1，進料中含50%A，50%惰性物料時，在2.5MPa和350下反應，為獲得80%的轉化率求需用25mm內徑，長2m的管子多少根?這些管子應并聯(lián)還是串聯(lián)？解(1) 求速率常數(shù)k(2)求反應器體積和管數(shù)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. 有一氣相分解反應，其化學反應式為AR+S，反應速率方程為rA=kcA2，反應溫度為500。這時測得的反應速率常數(shù)為k=0.25m3kmol-1s-

22、1。反應在內徑為25mm、長為1m的管式反應器中進行，器內壓強維持在101.3kPa（絕），進料中僅含組分A，當其轉化率為20%，空間速度為45hr-1（反應條件下的計算值）。試求反應條件下的平均停留時間和空間時間。解第三章習題1 有一有效容積VR=1m3，送入液體的流量為1.8m3hr-1的反應器，現(xiàn)用脈沖示蹤法測得其出口液體中示蹤劑質量濃度變化關系為：t/min01020304050607080c/kgm-3036543210求其停留時間分布規(guī)律，即F(t)，E(t)，解示蹤法求停留時間分布規(guī)律t/minc/kgm-3cF(t)E(t)tct2c000000010330.1250.0125

23、3030020690.37500.02501202400305140.58330.02081504500404180.750.01671606400503210.8750.01251507500602230.95830.00831207200701241.00.0042704900800241.0000248033200 2 對某一反應器用階躍法測得出口處不同時間的示蹤劑質量濃度變化關系為：t/min0246810121416c/kgm-300.050.110.20.310.430.480.500.50求其停留時間分布規(guī)律，即F(t)，E(t)，解: 階躍法求停留時間分布規(guī)律c0=0.5kgm

24、-3t/minc/kgm-3cF(t)E(t)000000020.050.050.10.050.20.440.110.160.220.060.481.9260.20.360.40.091.086.4880.310.670.620.111.7614.08100.431.10.860.122.424120.481.580.960.051.214.4140.52.081.00.020.567.84160.52.581.00007.6869.123 請將習題一中停留時間分布規(guī)律用對比時間作變量，求F()，E()，。解t/min01020304050607080cA/kgm-303654321000.4

25、1660.8330.6940.55560.41660.27660.139000.06250.250.47920.66670.81250.91670.97921.04 應用習題一的反應器，進行A+BD反應，已知cA0=cB0=20molm-3，動力學方程為rA=0.005cAcB molm-3min-1，請用凝集流模型計算反應器出口物料中A組分的轉化率，并求cA，cB，cD值。本題若用PFR及CSTR模型計算時，物料出口中A組分的轉化率是多少?解 凝集流模型：時間t/minc/kgm-3F(t)0000001030.1250.50.1250.06252060.3750.6670.250.1667

26、53050.58330.750.20830.1562254040.750.80.16670.133365030.8750.8330.1250.1041256020.95830.8570.08330.07138817011.00.8750.04170.03648758001.00.88900240.7308356 PFR模型計算時：CSTR模型計算5 在習題一的反應器中進行AD反應，已知cA0=25molm-3，動力學方程為rA=0.05cA molm-3min-1，請分別用：(1)凝集流模型； (2)多級混合槽模型；(3)平推流模型；(4)全混流模型。計算出口物料中A組分的轉化率。解（1）凝集

27、流模型t/minc/kgm-3cF(t)0000010330.1250.1189 0.0758220690.3750.2262 0.09197305140.58330.1793 0.04649404180.750.1365 0.02256503210.8750.0974 0.01026602230.95830.0617 0.00415701241.00.0294 0.00126800241.00240.2525 (2)多級混合槽模型： (3)PFR模型：(4)CSTR模型：6 用習題5的條件，采用軸向擴散模型，計算其Pe值與出口物料中A組分的轉化率。解7 設E()、F()分別為某流動反應器的停

28、留時間分布密度函數(shù)和停留時間分布函數(shù)，為對比時間。(1) 若反應器為PFR，試求：(a) F(1)，(b) E(1)，(c) F(0.8)，(d) E(0.8)，(e) E(1.2)(2) 若反應器為CSTR，試求：(a) F(1)，(b) E(1)，(c) F(0.8)，(d) E(0.8)，(e) E(1.2)(3) 若反應器為一非理想流動反應器，試求(a)F()，(b) F(0)，(c) E()，(d) ，(e) 解(1)對PFR， F(1)=1， E(1)=，F(xiàn)(0.8)=0， E(0.8)=0， E(1.2)=0(2) (3) 8 液體以1m3hr-1的流量通過1m3的反應器。定常態(tài)

29、時用惰性示蹤物以恒定流量210-4molhr-1送入反應器（可以忽略示蹤物流對流動的影響）。若反應器分別為PFR或CSTR，求示蹤物料加入后1.2hr時，反應器出口物流中示蹤物的濃度為多少？解入口濃度對PFR， 對CSTR， 9 請推導層流流動系統(tǒng)的物料停留時間分布密度函數(shù)和停留時間分布函數(shù)。解第四章習題1、 乙炔與氯化氫在HgCl2活性炭催化劑上合成氯乙烯：其動力學方程式可有如下幾種形式：(1) (2) (3) (4) 試說明各式所代表的反應機理和控制步驟。解：（1） （2）（3）（4）2、 在510進行異丙苯的催化分解反應：測得總壓p與初速度r0的關系如下：4.36.57.17.58.1p

30、/kPa99.3265.5432.7701.21437如反應屬于單活性點的機理，試推導出反應機理式及判斷其控制步驟。解：（1）設為表面反應控制機理（a）（b）（c）還可設想別的機理：上述兩種機理有相同的初始速度關系式。即由實驗數(shù)據(jù)作圖得一直線，與所設機理相符。(b)可能較好。（2）設為A吸附控制可得：A吸附控制 當時，應為直線關系，與實驗數(shù)據(jù)不符。（1） 設為R脫附控制，可得與實驗數(shù)據(jù)不符3、 丁烯在某催化劑上制丁二烯的總反應為：若反應按下列步驟進行：（1） 分別寫出a，c為控制步驟的均勻吸附動力學方程；（2） 寫出b為控制步驟的均勻吸附動力學方程，若反應物和產物的吸附都很弱，問此時對丁烯是幾

31、級反應。解：法一：（a控制） （1）對b 令則 (2)對c 令則 (3) 由(3)代入(2)得：由得法二：（a控制）法一：（c控制） 法二：（c控制）由a ，令，則由b 由得（3） b為控制步驟：當吸附很弱時，則對丁二烯是一級反應。4、 在氧化鉭催化劑上進行乙醇氧化反應：其反應機理為：a b c （控制步驟）d 證明：下述速率表達式：解：兩類活性中心，表面反應c為控制步驟，則 （1）快速不可逆反應d，由a得：令，而且，當步驟d為不可逆時，該步驟為不可逆的快速反應，由c生成的OH2很快與H1反應，使體系中實際不存在OH2，即OH0，并使H1的消耗速率與步驟c中反應物的消耗速率相同，故有H=A。

32、（2）由b得：令，則 （3）將（2），（3）代入（1）得：5、 用均勻吸附模型推導甲醇合成動力學.假定反應機理為:(1) CO+=CO(2) H2+=H2(3) CO+2H2=CH3OH+2(4) CH3OH=CH3OH+推導當控制步驟分別為(1)，(3)，(4)時的反應動力學方程。解：控制步驟為(1)時，控制步驟為(3)時，控制步驟為(4)時，6、 一氧化碳變換反應CO+H2O=CO2+H2在催化劑上進行，若CO吸附為控制步驟，用均勻表面吸附模型推導反應動力學方程。用焦姆金非均勻表面吸附模型推導反應動力學方程。解7、 催化反應A+B，A，B為均勻吸附，反應機理為：（1） A+=A（2） A=

33、 B（3） B= B+其中A分子吸附(1)和表面反應(2)兩步都影響反應速率，而B脫附很快達平衡。試推導動力學方程。解第五章習題1. 異丙苯在催化劑上脫烷基生成苯，如催化劑為球形，密度為P=1.06kgm-3，空隙率P=0.52，比表面積為Sg=350m2g-1，求在500和101.33kPa，異丙苯在微孔中的有效擴散系數(shù)，設催化劑的曲折因子=3，異丙苯苯的分子擴散系數(shù)DAB=0.155cm2s-1。解2. 在30和101.33kPa下，二氧化碳向鎳鋁催化劑中的氫進行擴散，已知該催化劑的孔容為VP=0.36cm3g-1，比表面積SP=150m2g-1，曲折因子=3.9，顆粒密度S=1.4gcm

34、-3，氫的摩爾擴散體積VB=7.4cm3mol-1，二氧化碳的摩爾擴散體積VA=26.9 cm3mol-1，試求二氧化碳的有效擴散系數(shù)。解3. 在硅鋁催化劑球上，粗柴油催化裂解反應可認為是一級反應，在630時，該反應的速率常數(shù)為k=6.01s-1，有效擴散系數(shù)為De=7.8210-4cm2s-1。，試求顆粒直徑為3mm和1mm時的催化劑的效率因子。解4. 常壓下正丁烷在鎳鋁催化劑上進行脫氫反應。已知該反應為一級不可逆反應。在500時，反應的速率常數(shù)為k=0.94cm3s-1gcat-1，若采用直徑為0.32cm的球形催化劑，其平均孔徑d0=1.110-8m，孔容為0.35cm3g-1，空隙率為

35、0.36，曲折因子等于2.0。試計算催化劑的效率因子。解5. 某一級不可逆催化反應在球形催化劑上進行，已知De=10-3cm2s-1，反應速率常數(shù)k=0.1s-1，若要消除內擴散影響，試估算球形催化劑的最大直徑。解6. 某催化反應在500條件下進行，已知反應速率為：rA=3.810-9pA2 mols-1gcat-1式中pA的單位為kPa，顆粒為圓柱形，高直徑為55mm，顆粒密度P=0.8gcm-3，粒子表面分壓為10.133kPa，粒子內A組分的有效擴散系數(shù)為De=0.025cm2s-1，試計算催化劑的效率因子。解7. 某相對分子質量為225的油品在硅鋁催化劑上裂解，反應溫度為630、壓力為

36、101.33kPa，催化劑為球形，直徑0.176cm，密度0.95gcm-3，比表面積為338m2g-1，空隙率P=0.46，導熱系數(shù)為3.610-4Js-1cm-1K-1；測得實際反應速率常數(shù)kV=6.33s-1；反應物在催化劑外表面處的濃度cAS=1.3510-5molcm-3；反應熱H=1.6105Jmol-1；活化能E=1.6105Jmol-1；擴散過程屬于克努森擴散，曲折因子為=3，試求催化劑的效率因子和顆粒內最大溫差。解溫差不大,按等溫計算有效因子8. 實驗室中欲測取某氣固相催化反應動力學，該動力學方程包括本征動力學與宏觀動力學方程，試問如何進行？答第一步必須確定消除內、外擴散的顆

37、粒粒度及氣流速度和裝置；第二步測定本征動力學；第三步在循環(huán)反應器中測定原顆粒的宏觀動力學。9. 什么是宏觀反應速率的定義式？什么是宏觀反應速率的計算式？兩者有何異同？答定義式 計算式 RA= (rAS) 兩者都反映了宏觀反應速率與本征反應速率之間的關系。顆粒內實際反應速率受顆粒內濃度、溫度分布影響，用定義式是難于計算的。計算式將過程概括為顆粒表面反應速率與效率因子的關系，而效率因子通過顆粒內擴散及濃度、溫度分布的規(guī)律是可以計算的，從而得到總體顆粒的宏觀速率。第六章習題1. 在一總長為4m的填充床中，氣體以2500kgm-2hr-1的質量流率通過床層。床層體安裝直徑為3mm的球形催化劑顆粒，空隙

38、率為0.45，氣體密度為2.9kgm-3，其粘度為1.810-5kgm-1s-1。求床層的壓降。解Ergun方程2. 不可逆反應2A+BR，若按均相反應進行，其動力學方程為：rA=3.810-3pA2pB molL-1hr-1在催化劑存在下，其動力學方程為：若反應在101.33kPa下恒溫操作，進料組分中pA=5.07kPa，pB=96.26kPa，催化劑的堆積密度為0.6gcm-3。試求在一維擬均相反應氣中為保證出口氣體中A的轉化率為93%，兩種反應器所需的容積比。（式中，p的單位為kPa）解均相反應數(shù)值積分（辛普生法）催化反應3. 在鋁催化劑上進行乙腈的合成反應C2H2+NH3CH3CN+

39、H2+92.14kJ(A) (B) (R) (S)設原料氣的體積比為C2H2:NH3:H2=1:2.2:1。采用三段絕熱式反應器，段間間接冷卻，使各段出口溫度均為550，每段入口溫度也相同，其反應動力學方程可近似表示為：流體的平均熱容CP=128Jmol-1K-1。若要求乙腈的轉化率為92%，且日產乙腈20噸，求各段的催化劑量。解4. 在一固定床反應器中，填充5.40m3的催化劑。在550，101.33kPa下進行2A2R+S的反應，用水蒸汽作稀釋劑，反應物A與水蒸氣的配比為1:4（摩爾比）。標準狀態(tài)下加料量為1.0m3hr-1，出口轉化率為50%，當反應速率采用（其中V是催化劑填充體積）的定

40、義時，550下的反應速率常數(shù)為1.0hr-1。若忽略外擴散的影響，并假定有效因子在床層內為一常數(shù)，求其有效因子。解ADMNCBTx5. 在Tx圖上，為平衡曲線，為最佳溫度曲線，AMN為等轉化率曲線，指出最大速率點和最小速率點。BCD為等溫線，指出最大速率點和最小速率點。答在AMN線上，M為最大速率點，N為最小速率點在BCD線上，C為最大速率點，D為最小速率點6. 在Tx圖上，定性繪出三段間接換熱SO2氧化反應的操作線。在Tx圖上，定性繪出三段原料氣冷激的合成氨反應的操作線。解TxTx第七章習題1. 某合成反應的催化劑，其粒度分布如下：dp106/m40.031.525.016.010.05.0

41、%/(wt)4.6027.0527.9530.076.493.84已知mf=0.55，P=1300kg.m-3。在120及101.3kPa下，氣體的密度=1.453 kg.m-3，=1.36810-2mPas。求初始流化速度。解計算平均粒徑計算雷諾數(shù)計算初始流化速度注：此計算程序存在如下兩大弊端：1 大數(shù)與小數(shù)值相加，極易引起誤差。2 Re的值由兩大數(shù)之差求得，極易引起誤差。推薦用下式計算當Re小于2時，符合Re值計算式適用。2. 計算粒徑為8010-6 m的球形顆粒在20空氣中的逸出速度。顆粒密度P=2650 kgm-3，20空氣的密度=1.205 kgm-3，空氣此時的粘度為=1.8510

42、-2mPas。解設Re小于2，重設2Re500，uT=Fu，Re10，F(xiàn)1uT=1.4ms-13. 在流化床反應器中，催化劑的平均粒徑為5110-6m，顆粒密度P=2500 kgm-3，靜床空隙率為0.5，起始流化時床層空隙率為0.6，反應氣體的密度為1 kgm-3，粘度為410-2mPas。試求：1初始流化速度2逸出速度3操作氣速解計算初始流化速度設Re小于2， 計算逸出速度uT=Fu，Re10，F(xiàn)1uT=0.08856ms-1估算操作氣速操作氣速=(0.5-0.6)uT，取0.5，操作氣速=0.5uT=0.044ms-14. 在一直徑為2m，靜床高為0.2m的流化床中，以操作氣速u=0.3

43、ms-1的空氣進行流態(tài)化操作，已知數(shù)據(jù)如下：dp=8010-6 m，P=2200 kgm-3，=2 kgm-3，=1.9010-2mPas，mf=0.5求床層的濃相段高度及稀相段高度。解計算逸出速度設2Re500， uT=Fu，Re10，F(xiàn)1uT=0.4811ms-1計算床層空隙率當1Re200時，計算濃相段高度估算稀相段高度5. 例7-3中如果要求出口氣體中關鍵組分轉化率為xAf=0.98，催化劑用量應取多少？解6. 例7-3中如果將操作氣速由u=0.12ms-1提高到0.2 ms-1，出口氣體中關鍵組分轉化率是多少？床層高度有何變化？解床層高度的變化出口氣體轉化率的變化由于u的變化引起參數(shù)

44、變化為第八章習題1. 以25的水用逆流接觸的方法吸收空氣中的CO2，試求在操作時（1） 氣膜和液膜的相對阻力是多少？（2） 采用哪種最簡單形式的速率方程來設計計算吸收塔。已知CO2在空氣和水中的傳質數(shù)據(jù)如下：kAG=0.789molhr-1m-2kPa-1kAL=25Lhr-1m-2HA=3039.9kPaLmol-1解總阻力：122.863氣膜1.267，占1.03% 液膜121.596占98.97%總阻力：0.040417氣膜0.000417占1.03% 液膜0.04占98.97%所以忽略氣膜阻力2. 若采用NaOH水溶液吸收空氣中的CO2，反應過程屬瞬間反應CO2+2OH-=2H+CO32-吸收溫度為25（題1數(shù)據(jù)可用），請計算：（1） 當pCO2=1.0133kPa，cNaOH=2molL-