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《化学反应工程》第二版习题

第一章习题

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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? 3

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现有如下基元反应过程，请写出各组分生成速率与浓度之间关系。 (1)A+2B?C A+C? D (2)A+2B?C B+C?D C+D→E (3)2A+2B?C A+C?D

6 气相基元反应A+2B→2P在30℃和常压下的反应速率常数kc=2.65×

104m6kmol-2s-1。现以气相分压来表示速率方程，即(?rA)=kPpApB2，求kP=?（假定气体为理想气体）

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? 若将反应速率写成?rA??化学反应式与化学计量方程有何异同?化学反应式中计量系数与化学计量方程中的计量系数有何关系?

dcA，有什么条件? dt

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反应A(g) +B(l)→C(l)气相反应物A被B的水溶液吸收，吸收后A与B生成C。反应动力学方程为：?rA=kcAcB。由于反应物B在水中的浓度远大有一反应在间歇反应器中进行，经过8min后，反应物转化掉80％，经过18min后，转化掉90％，求表达此反应的动力学方程式。

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《化学反应工程》第二版习题

于A，在反应过程中可视为不变，而反应物A溶解于水的速率极快，以至于A在水中的浓度恒为其饱和溶解度。试求此反应器中液相体积为5m3时C的生成量。已知k=1m3kmol-1hr-1，cB0=3kmol·m-3，cA饱和=0.02 kmol·m-3，水溶液流量为10m3hr-1。 9

反应2H2?2NO?N2?2H2O，在恒容下用等摩尔H2，NO进行实验，测得以下数据 总压/MPa 半衰期/s

0.0272 265

0.0326 186

0.0381 135

0.0435 104

0.0543 67

求此反应的级数。

10 考虑反应A?3P，其动力学方程为?rA??容下以总压表示的动力学方程。

11 A和B在水溶液中进行反应，在25℃下测得下列数据，试确定该反应反

应级数和反应速度常数。

116.8 319.8 490.2 913.8 1188 ∞ 时间/s

cA/kmol·m-3 99.0 90.6 83.0 70.6 65.3 42.4

-3

cB/kmol·m 56.6 48.2 40.6 28.2 22.9 0

12 丁烷在700℃，总压为0.3MPa的条件下热分解反应：

C4H10→2C2H4+H2 (A) (R) (S)

起始时丁烷为116kg，当转化率为50%时?1dnAn??kA试推导在恒VdtVdpA?0.24MPa?s?1，求此时dtdpRdnSdy，，?A。 dtdtdt

13 某二级液相不可逆反应在初始浓度为5kmol·m-3时，反应到某一浓度需要285s，初始浓度为1kmol·m-3时，反应到同一浓度需要283s，那么，从初始浓度为5kmol·m-3反应到1kmol·m-3需要多长时间？

14 在间歇搅拌槽式反应器中，用醋酸与丁醇生产醋酸丁酯，反应式为：

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2SO4CH3COOH?C4H9OH?H???CH3COOC4H9?H2O

?A? ?R? ?B? ?S?反应物配比为：A(mol):B(mol)=1:4.97，反应在100℃下进行。A转化率达50％需要时间为24.6min，辅助生产时间为30min，每天生产2400kg醋酸丁酯（忽略分离损失），计算反应器体积。混合物密度为750kg·m-3，反应器装填系数为0.75。

15 反应(CH3CO)2O+H2O→2CH3COOH在间歇反应器中15℃下进行。已知一

次加入反应物料50kg，其中(CH3CO)2O的浓度为216mol·m-3，物料密度为1050kg·m-3。反应为拟一级反应，速率常数为k=5.708×107 exp(?E/RT) min-1，E=49.82kJ·mol-1。求xA=0.8时，在等温操作下的反应时间。

16 在100℃下，纯A在恒容间歇反应器中发生下列气相反应:

2A→R+S

A组分分压与时间关系见下表: t/sec 0 20 40 60 80 100 120 140 160 pA /MPa 0.1 0.096 0.080 0.056 0.032 0.018 0.008 0.004 0.002 试求在100℃，0.1MPa下，进口物流中包含20%惰性物，A组份流量为100mol·hr-1，达到95%转化率所需的平推流反应器的体积。

17 间歇操作的液相反应A→R，反应速率测定结果列于下表。欲使反应物浓

度由cA0=1.3kmol·m-3降到0.3 kmol·m-3需多少时间? cA/kmol·m-3 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1.0 1.3 2.0

-3-(?rA)/kmol·mmin0.1 0.3 0.5 0.6 0.5 0.25 0.10 0.06 0.05 0.045 0.042 1

18 一气相分解反应在常压间歇反应器中进行，在400K和500K温度下，其

反应速率均可表达为?rA=23pA2 mol·m-3s-1，式中pA 的单位为kPa。求该反应的活化能。

19 有如下化学反应

CH4+C2H2+H2=C2H4+CH4 (I) (A) (B) (P) (I)

在反应前各组分的摩尔数分别为nI0=1mol；nA0=2mol；nB0=3mol；nP0=0，

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