《化学反应工程》第二版习题解答
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c2?10?4mol?hr?1?0?1m3hr?1?2?104mol?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?3
9． 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?2V0?max??1???1?r?2???R?????2U?avg??1????R??????πR2???????R???t?r??LπR2LU?r??1V2??0???r??1?????2??1??r?22???R?????????R???dvV?U?r?2πrdrU?m?s?1V0,v?m3s?1t?sR?m0V0 36
《化学反应工程》第二版习题解答
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 (A)(B)(C)其动力学方程式可有如下几种形式：
k(pppCAB?)(1) r?K(1?K?K
ApABpB?KCpC)2(2) r?kKAKBpApB(1?K
ApA)(1?KBpB?KCpC)(3)
r?kKApApB1?K
ApA?KBpB(4)
r?kKBpApB1?K
BpB?KCpC试说明各式所代表的反应机理和控制步骤。 解：
A?σ??????AσB?σ（1）??????Bσ
Aσ?Bσ??????Cσ?σ?控制步骤?Cσ??????C?σA?σ???1???Aσ1（2）B?σ2??????Bσ2
Aσ1?Bσ2???Cσ2?σ1?控制步骤?Cσ???2???C?σ2 37
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???A?σ???Aσ??（3）B?σ?Bσ???Aσ?B???C?σ?控制步骤????BσB?σ???（4）A?Bσ???Cσ
?控制步骤?
???C?σCσ???
2、 在510℃进行异丙苯的催化分解反应：
C6H5CH(CH3)2?C6H6?C3H6
(A)(R)(S)4.3 99.3
6.5 265.5
7.1 432.7
7.5 701.2
8.1 1437
测得总压p与初速度r0的关系如下：
?1 r0/mol?hr?1gcatp/kPa
解：
（1）设为表面反应控制机理
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。
???AσA?σ???（a）Aσ???Rσ?S控制步骤或???Aσ???R?Sσ?
???R?σRσ???（b）
???AσA?σ???Aσ???R?S?σ?控制步骤?
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（c）
????A?σ???Aσ控制步骤????Aσ???Rσ?S
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?KApA0
180160 B Linear Fit of Data1_BPA0/r0pA01p??A0r0kSKAkS由实验数据作
140
1201008060pA0pA0~r0kS图得一直线，
402002004006008001000120014001600与所设机理相符。(b)可能较好。 （2）设为A吸附控制可得：r0A吸附控制
pA0?kApA
r?kapA?V?kd?Akp?kKpr?aA*dA?1?KApA?KRpR1?KpRpS?KpARRK当t*AkapA?kdKApRpSK
?0时，pR?pS?0
?r?kapA
r0~pA0应为直线关系，与实验数据不符。
（1） 设为R脱附控制，可得r0?const与实验数据不符
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《化学反应工程》第二版习题解答
r?kd?R?kapR?V*kdKRpR?kdpRr?*1?KRpR?KApAKpA?kapRkdkRKpA?kapRpSpS?KpA1?KApA?KRpS?KApA?KRKpApSkdKR?kd?const
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?Aσ??k2k3???Aσ?Rσ?S??k4k5???Rσ?R?σ??k6?1??2? ?3?（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?krpA?V?k2?A （1）
k3k4则?A对b
k3?A?k4?RpS令K2??1pS?R (2) K2对c
k5?R?k6?VpR令K3?k6k5则?R?K3pR?V (3)
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