《化学反应工程》第二版习题解答
B Linear Fit of Data1_B5.04.5)4.0eAp-Ap(n3.5l-3.02.50246810121416ty?0.1633t?2.5035??k1?2.5k2?0.1633?k?12.5(pA0?pAe)2.5(1?0.2)?K?k?2p?Ae0.2?10 k1?0.131k2?0.0131?rA?0.131pA?0.0327?pA0?pA?
12. 气相反应A+B=R的动力学方程为(?rA)=k(pApB?pR/KP)，式中k?3.5?10?8exp???2620??T??mol?m?3s?1Pa?2 K7.0?10?12exp??3560?P??T??Pa?1
请确定最佳反应温度与转化率之间的关系。
解
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《化学反应工程》第二版习题解答
?r?k??ppR?A??ApB?K?p??????k??ppR?????r??ApB?A???K?p?????T??T????????3.5?10-8exp???2620???p??R?????T???pApB??7.0?10?12exp??3560???????T????????T?3.5?10-8exp??2620???T??2620??pApB??T2???3.5?10-87.0?10?12p??3560?2620??3560?2620?Rexp????T????T2????rA?T?02620p3560?2620??3560?ApB?7.0?10?12pRexp??T???3560?2620?7.0?10?12?ln?p?T?ApB?3560?2620???pR??T3560op???3560ln???2620?7.0?10?12pApB???3560?2620?p?ln??R????3.37?1011pR?p?ApB??设初始时pA0?pB0，pR0?0?A??0.5ppA0?1?xA?pA0?1?xA?xAA??1??ppA0AxA?pB??1??R?AxA??1??AxA?T?35603560op??ln??2620?7.0?10?12pA0?1?xA?2??ln??x?1?0.5xA????3560?2620?xA?1?0.5xA????3.37?1011A???p?1?x2A0A???校核：设pA0?0.05MPa，xA?0.5代入T?221K比较合理。设pA0?0.05MPa，xA?0.75代入T?201K比较合理。22
《化学反应工程》第二版习题解答
13. 某液相一级不可逆反应在体积为VR的全混釜中进行，如果将出口物料的一半进行循
环，新鲜物料相应也减少一半，产品物料的转化率和产物生成速率有什么变化？ 解
全混流循环时??cA0xAf?xA0?rAf
出口物料一半与等量的xA=0的物料混合，xA0=0.5xAf。
??cA0xAf?0.5xAf0.5xAf?kcA0?1?xAf?k?1?xAf?2k??xAf1?xAfxAf?2k?1?2k?
与简单地把处理量减半等效。
cA0xAf
V0?2k??V0cA0kVR?cA0???21?2k???21?2k?
14. 有一自催化反应A→R， 动力学方程为 ?rA=0.001cAcR kmol·m-3s-1。 要求反应在4个
0.1m3的全混流反应器中进行，反应物初始浓度cA0=10kmol·m-3，cR0=0，处理量为5.4 m3hr-1。如何排列这4个反应器（串联、并联、或串并联结合）才能获得最大的最终转化率？最大的转化率是多少？ 解
?rA?0.001cAcR?0.001cA?cA0?cA?d?0.001cA?cA0?cA???0dcA当 d??rA??0, ?rA 最大dcAcA?1cA0?cR?52
?cA0?cA??cA?0??cA0?cA10?5??200s0.001cAcR0.001?5?5将3个反应器并联，??另外一个串联在后面0.1?3?3600?200s，恰好是最佳操作条件。5.4cA?3.486kmol?m?3VRc?c5?cA?A0A?V00.001cAcR0.001cA?5??5?cA?? 23
《化学反应工程》第二版习题解答
xA?1?
cA3.486?1??0.6514 cA0101215. 一级不可逆连串反应A???B???C，k1=0.25hr-1，k2=0.05hr-1，进料流率V0
kk为1m3hr-1，cA0=1kmol·m-3，cB0=cC0=0。试求：采用两个VR=1m3的全混流反应器串联时，反应器出口产物B的浓度。 解
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?
16. 某气相基元反应：
A+2B→P
已知初始浓度之比cA0:cB0=1:3，求解
k1cA2VR?V0cB10.25?0.64?0.1905??0.3338kmol?m?3V0?k2VR1?0.05dxAdt的关系式。
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《化学反应工程》第二版习题解答
?r1dnAA??VdtnA?nA0?1?xA?V?V0?1??AxA??1?1?211A?1??2yA0?1?3?4?A??0.5?rc?A0dxA1?0.5x?kc2A?AcB
A?dtc1?xAA?cA01?0.5xnB?nB0?2nA0xAAcnBnB0?2nA0xA3nA0?2nA0xA3B?V?V1?0.5x??c?2xAA00?A?V0?1?0.5xA?1?0.5xAdxA2?dt?kcA0?1?xA???3?2x2A???
?1?0.5xA?
17. 已知常压气相反应
2A?B?????k1?R?S
k2动力学方程为?rA?kabrs1cAcB?k2cRcS，试用下列三种方式表达动力学方程：(1)组分分压； (2)组分摩尔分率；
(3)组分初始浓度和A的转化率。 解
pA?cARTabrs?rcacb?kcrcs1AB2RS?kpAp?BpRpSA?k1?RTa?b?k2?RT?r?sp
A?P总yAa?br?s?rpabrs?ApBpRpSab?P总?A?k1RT?a?b?k2?RT?r?s?k1yAyB??RT??kyrys?总?2RS?P??RT?? 25