《化学反应工程》第二版习题解答
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。 解
1dnAn??kA试推导在恒VdtVt?0t?tpA??3pA0?p总?V1?3pA0?p总?nA?22RT VdnA??dp总2RT?V??3pA0?p总?Vdp总???12RT??k2RT??VdtVdp总??3pA0?p总?dt
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 -3
cA/kmol·m 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 解
由cA-cB=42.4可知反应应按下列方式A+B→产物进行 设为二级反应
AnA0pA0nApAP003?nA0?nA?3?pA0?pA?p总pA03pA0?2pA?dcA1cc?kcAcB积分得：kt?lnAB0 dtcA0?cB0cA0cB以
1clnA对t作图若为直线，则假设正确。
cA0?cB0cB319.8
490.2
913.8
1188
由cA0-cB0=42.4整理得数据如下：
t 116.8
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《化学反应工程》第二版习题解答
1cA0.0132 0.0149 0.0169 0.0216 0.0247
y?ln
cA0?cB0cB线性回归：
0.0260.0240.0220.020y0.0180.0160.0140.012020040060080010001200tY = A + B * X Parameter Value
A 0.01166 B 1.08978E-5 Error
1.84643E-4 2.55927E-7 y?1.0898?10?5t?0.01166
k?1.0898?10?5m3kmol?1s?1 dc?A?1.0898?10?5cAcBdt
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?dpA?0.24MPa?s?1，求此时dtdpRdnSdy，，?A。 dtdtdt解
6
《化学反应工程》第二版习题解答
dpR?dp??2??A??2?0.24?0.48MPa?s?1 dt?dt?dpSdppVV??AnS?SdnS?dpSdtdtRTRT116nA0??2kmolxA?0.5时58nA?1kmol，nR?2kmol，nS?1kmol，nt?4kmol V?ntRT4?RT?p总300dnSVdpS4dpS4?2.4????0.032kmol?s?1dtRTdt300dt300?dyA1dpA1????0.24?0.8s?1 dtp总dt0.3
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？ 解
t=285-283=2s
反应前后体积不变的不可逆反应，已经反应掉的部分不会对反应产生任何影响。反应过程中的任意时刻都可以作为初始时刻和终了时刻。
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：
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。 解
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《化学反应工程》第二版习题解答
A?B?R?S Mi 60 74 116100?0.862kmol?hr?11160.862转化率50%，则A的投料量?1.724kmol?hr?10.5折算成质量流量1.724?60?103.4kg?hr?1R产量2400/24?100kg?hr?1A:B?1:4.97则B投料量1.724?4.97?74?634.1kg?hr?1总投料量103.4?634.1?737.5kg?hr?1737.53换算成体积流量?0.9834mhr?175054.6总生产时间24.6?30?54.6min折合?0.91hr603反应器有效体积0.9834?0.91?0.8949m反应器总体积
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。 解
0.8949?1.2m30.75
?49820k?5.708?107exp()?0.05252min?18.314?288
1111t?ln?ln?30.6mink1?xA0.052521?0.8
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
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《化学反应工程》第二版习题解答
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。 解
平推流反应器的停留时间与间歇反应器的反应时间相同。?所需要的反应时间为由数据表可知，pA0?0.08MPa，转化率95%?pA?0.004MPaτ?140?40?100s100?8.314?373.1533600V?vτ??100?0.1077m60.1?10??1?0.2?
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
解
cA0?1.3kmol?m-3tr?cA0?xA0cAf?0.3kmol?m-3cAdcdxAA???cA0(?r)(?rA)A
图解积分
cAkmol?m-3 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1.0 1.3 2.0
?1 ?rA10 3.33 2.0 1.67 2.0 4.0 10 16.7 20.0 22.2 23.8
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