内容发布更新时间 : 2024/5/21 17:30:45星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

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→P rP=1 A→R rR=2cA

2

A→S rS=cA

-3-3

已知cA0=2kmol·m，cAf=0.2kmol·m，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

-3

联，cA1=1 kmol·m。 解

SP?rP11??2rP?rR?rS1?2cA?cA(1?cA)21cA0?cAfFor PFRSp??cA0cAfSPdcAcA0

cP?Sp(cA0?cAf)???cAf1dcA2(1?cA)1111????0.5kmol?m-3(1?cAf)(1?cA0)1?0.21?2For CSTRcP?Sp(cA0?cAf)?(cA0?cAf)?1.25kmol?m-3For two CSTR in SeriescP?(cA0?cA1)SP1?(cA1?cAf)SP211?(1?0.2) (1?1)2(1?0.2)2?0.25?0.56?(2?1)?0.81kmol?m-3

11 ?(2?0.2)22(1?cAf)(1?0.2)

3. A进行平行分解反应，其速率式为 -3-1

↗R rR=1 kmol·mmin

-3-1

A →S rS=2cA kmol·mmin

-3-1

↘T rT=cA kmol·mmin

-3

其中R是所要求的目的产物，cA0=1kmol·m。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

1

cR?(cA0?cAf)Sp?(cA0?cAf)?(1?0)1?11?0?011?2cAf?cAf

对平推流反应器，则尽量使其转化率提高。

cR??cA0?cAf?Sp??1dcAcAf1?3cAfcA011?ln?0.462mol?m331?0k

12??B???C，k1=0.25hr，k2=0.05hr，进4. 一级不可逆连串反应A?k-1-1

料流率V0为1mhr，cA0=1kmol·m，cB0=cC0=0。试求：采用两个VR=1m的

全混流反应器串联时，反应器出口产物B的浓度。 解

3-1-33

cA?cA01?1?k1?m?cB?cA0k1?m?1?k1?m??1?k2?m??m?VR1??1hrV011?0.8kmol?m?3?1?0.25?1?0.25第一个反应器出口：cB1??0.1905kmol?m?3?1?0.25??1?0.05?0.8第二个反应器出口：cA2??0.64kmol?m?3?1?0.25?第一个反应器出口：cA1?就第二个反应器对B作物料衡算：V0cB2?V0cB1??k1cA2?k2cB2?VR从中解出cB2：cB2?k1cA2VR?V0cB10.25?0.64?0.1905??0.3338kmol?m?3V0?k2VR1?0.05

2

?r1dnAA??VdtnA?nA0?1?xA?V?V0?1??AxA??1?1?21??2y11A?A0?1?3?4?A??0.5?r?c?A0dxA2A1?0.5x?kcAcB A?dtc1?xAA?cA01?0.5xnB?nB0?2nA0xAAcnBnB0?2nA0xA3nA0?2nA0B?V?V?0.5x??xAV?c3?2xAA00?1A0?1?0.5xA?1?0.5xAdxA?3?22dt?kc2A0?1?xA???xA???1?0.5xA? ?、 在氧化钽催化剂上进行乙醇氧化反应：

CH125OH?2O2?CH3CHO?H2O ABRS其反应机理为：

a C2H5OH?2σ???k11???Ck2H5Oσ1?Hσ12 AAσ1Hσ11?k3b 2O2?σ????2?Oσk24 BBσ2C?kc

2H5Oσ1?Oσ2?5?CH3CHO?OHσ2?σ1Aσ1B?2ROH?（控制步骤）2d Hσ?OHσk12???6H2O?σ2?σ1

证明：下述速率表达式：

3

1

r?解：

?1?KkpApBBpB1?2KApA???

两类活性中心，

?A??H??V1?1

?B??OH??V2?1表面反应c为控制步骤，则

r?k5?A?B （1）

快速不可逆反应d，

rd?k6?H?OH

2由a得：k1pA?V1?k2?A?H令KA?k1，而且，当步骤d为不可逆时，该步骤为k2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。

?A?KApA?V1?KApA(1?2?A)由b得：k3pB?V2?k4?B令

?A?KApA1?2KApA （2）

k3?KB，则 k4?B?KBpB?V2?KBpB(1??B)将（2），（3）代入（1）得：

?B?KBpB1?KBpB （3）

r??1?KkpApBBpB1?2KApA???

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

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