(3) 对任何反应器，F????1F?0??0E????0
?F???d???0???0?E???d???8． 液体以1m3hr-1的流量通过1m3的反应器。定常态时用惰性示踪物以恒定流量2×10-4mol·hr-1送入反应
器（可以忽略示踪物流对流动的影响）。若反应器分别为PFR或CSTR，求示踪物料加入后1.2hr时，反应器出口物流中示踪物的浓度为多少？ 解
入口浓度4?1c?2?10?mol?hr?401m3hr?1?2?10mol?m?3 对PFR， ??1??1.2F????1c?2?10?4mol?m?3
对CSTR，F????1?e???1?e?1.2?0.6988
c?2?10?4?0.6988?1.3976?10?4mol?m?39． 请推导层流流动系统的物料停留时间分布密度函数和停留时间分布函数。 解
U?r??U??r?2???r?2?2Vmax??1??0??1??r?2???R?????2U?avg??1????R??????πR2??????R???
t?r??LπR2L1?U?r??V?0??r?2??????2??1???r?22?1???R??????R?????dvUV??r?2πrdrU?m?s?1V0,v?m3s?1t?sR?m0V0 25
第四章习题
1、 乙炔与氯化氢在HgCl2活性炭催化剂上合成氯乙烯：
C2H2?HCl?C2H3Cl其动力学方程式可有如下几种形式： (A)(1)
(B)(C)k(pApB?pC) Kr?2(1?KApA?KBpB?KCpC)r?(2)
kKAKBpApB(1?KApA)(1?KBpB?KCpC)(3)
r?kKApApB 1?KApA?KBpB kKBpApB1?KBpB?KCpC(4)
r?试说明各式所代表的反应机理和控制步骤。 解：
???A?σ???Aσ???B?σ???Bσ???Aσ?Bσ???Cσ?σ?控制步骤????Cσ???C?σ（1） (2)
???A?σ1???Aσ1???B?σ2???Bσ2Aσ1?Bσ2???Cσ2?σ1?控制步骤????Cσ2???C?σ2
???A?σ???Aσ（3）
???B?σ???BσAσ?B???C?σ?控制步骤?(4)
???B?σ???BσA?Bσ???Cσ?控制步骤????Cσ???C?σ
2、 在510℃进行异丙苯的催化分解反应：
C6H5CH(CH3)2?C6H6?C3H6
(A)(R)(S)测得总压p与初速度r0的关系如下：
?1 r0/mol?hr?1gcat4.3 99.3
6.5 265.5
7.1 432.7
7.5 701.2
8.1 1437
p/kPa
如反应属于单活性点的机理，试推导出反应机理式及判断其控制步骤。 解：
26
（1）设为表面反应控制机理 （a）
???A?σ???AσAσ???Rσ?S?控制步骤?或Aσ???R?Sσ???Rσ???R?σ
??180160140 B Linear Fit of Data1_BAσ???R?S?σ?控制步骤?PA0/r0??（b）A?σ????Aσ
1201008060???（c）A?σ???Aσ?控制步骤?
???Aσ???Rσ?S402002004006008001000120014001600pA0还可设想别的机理：上述两种机理有相同的初始速度关系式。即
r0?kSKApA01?KApA0r0 pA0r0?1p?A0 kSKAkS由实验数据作pA0~pA0图得一直线，与所设机理相符。(b)可能较好。 kS（2）设为A吸附控制可得：r?kp
0AAA吸附控制
r?kapA?V?kd?Ar?kapA?kdKAp?*1?KApA?KRpR1?KpRpS?KpARRK设为R脱附控制，可得r0*AkapA?kdKApRpS 当t?0时，KpR?pS?0?r?kapA
r0~pA0应为直线关系，与实验数据不符。
（1）
?const与实验数据不符
r?kd?R?kapR?V*kdKRpR?kdpRr?*1?KRpR?KApA
KpA?kapRkdkRKpA?kapRpSpS?KpA1?KApA?KRpS?KApA?KRKpApSkdKR?kd?const
27
3、 丁烯在某催化剂上制丁二烯的总反应为：
kC4H8???C4H6?H2
(A)(R)(S)若反应按下列步骤进行：
??a???b??c??k1???A?σ???Aσk2?1??2??3?
???Aσ???Rσ?S???Rσ???R?σk6k4k5k3（1） 分别写出a，c为控制步骤的均匀吸附动力学方程；
（2） 写出b为控制步骤的均匀吸附动力学方程，若反应物和产物的吸附都很弱，问此时对丁烯是几级反应。
解：法一：（a控制）r对b
?krpA?V?k2?A （1）
2k3?A?k4?RpS令K?1k3则
?A?pS?R (2)
K2k4k5对c
k5?R?k6?VpR令则K3?k6?R?K3pR?V (3)
?A? K3pSpR?VK2由(3)代入(2)得：
由?A??R??V?1得
1pSpR?K3pR?1
K3pSpRK2 K3pSpR?V?K3pR?V??V?1??VK2K3
?A?K2k1pA??r?k2K3pSpR K2K3pSpR?K3pR?1K2K3pSpR?K3pR?1K2法二：（a控制）r?krpA?V?k2?A ?V?*1KpA
??*A*K1pA?K3pR?1K1pA?K3pR?1K?pRpS*pA*pA?pRpS
?r?K3Kk1pA?k2K3pSpRK2
K2
pSpR?K3pR?1 28
法一：（c控制）
r?kkK*5?R?k6pR?V?53pR?k6pR
1?KK*1pA?3pRkpA?kpAp*Kp 5K3K6pRk5K1K2?k6pA RR?p?r?pS?pS S1?Kpp1pA?K3KA1?K1pA?K3K1KAp2SpS法二：（c控制）r?k5?R?k6pR?V
由a
k1pA?V?k2?A，令，则k1?K?A?K1pA?V 由b ??A?Vk1R?K2?KpA1K22pSpS由?A??R??V?1得K1pVA?V?K1KpA?2??V?1
p1S?V?K1KpA2p?K1pA?1SKpA1K2
kpA5K1K2?k6pR ?p SR?Kp?r?pSAA1K2p?K1pA?11?Kp1pA?K1K2SpS（3）
b为控制步骤：
r?kK1pA?k4K3pSpR3?A?k4pS?R?k3当吸附很弱时，K??1,K??11?K13
1pA?K3pR则r?k3K1pA?k4K3pSpR对丁二烯是一级反应。
4、 在氧化钽催化剂上进行乙醇氧化反应：
CH125OH?O2?CH3CHO?H2O
2ABRS其反应机理为：
a C??????k12H5OH?2σ1Ck2H5Oσ1?Hσ1 2AAσ1Hσ11kb
2Oσ???32?2???Oσk2
4BBσ2c
Cσk2H5Oσ1?O2???5CH3CHO?OHσ2?σ1（控制步骤）
Aσ1B?2ROH?2d
Hσ?OHσk12??6?H2O?σ2?σ1
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