化学反应工程陈甘棠答案

【篇一：反应工程第五章习题答案】

xt>5.1乙炔与氯化氢在hgcl2-活性炭催化剂上合成氯乙烯的反应

c2h2?hcl?c2h3cl (a)(b) (c)

其动力学方程式可有如下种种形式：

(1) r??(papb?pc/k)/(1?kapa?kbpb?kcpc) (2)

r??kakbpapb/(1?kbpb?kcpc)(1?kapa) (3)

r??kapapb/(1?kapa?kbpb)

(4) r??kbpapb/(1?kbpb?kcpc)

试说明各式所代表的反应机理和控制步骤。

解：（1） a???a?

b???b?

a??b??c??? （控制步骤） c??c??

（2） a??1?a?1

b??2?b?2

a?1?b?2?c?2??1（控制步骤） c?1?c??1

（3）a???a?

b???b?

a??b?c?? （控制步骤）

（4） b???b?

a?b??c? （控制步骤） c??c??

5.2 在pd-al2o3催化剂上用乙烯合成醋酸乙烯的反应为

c2h4?ch3cooh?

实验测得的初速率数据如下[功刀等，化工志，71，2007（1968）.] 115℃, pacoh?200mmhg，po?92mmhg。

pc2h4(mmhg)

r0?10(mol/hr?g催化剂)

70 100 195 247 315 465

3.9

4.4 6.0 6.6 7.25

5.4

注：1mmhg=133.322pa

如反应机理设想为

acoh???acoh?c2h4???c2h4?

acoh?c2h4?hc2h4oac???

o2?2??2o?

hc2h4oac??o??c2h3oac??h2o? (控制步

骤)c2h3oac??c2h3oac??h2o? ?h2o+?

试写出反应速率并检验上述部分数据能与之符合否。解：c2h4?ch3cooh?

o2?ch2cooc2h3?h2o

（a）（b）（c）（e）（f） ?a?kapa?v

?b?kbpb?

v?c?v

?f?

kfpf?v ?d?ks1kakbpapb?v ?e?kep?ev

?v?

?k2?k3pa

r?ks2?d?c?

k1pa

(k2?k3pa)

r0??

(k2?k3pa)

pc2h4(mmhg)

70 100 195 247 315 465

r0?10(mol/hr?g催化剂)

3.9

4.4 6.0 6.6 7.25

5.4

1.34

1.51 1.80 1.93

2.08 2.93

pa作图，基本上为一直线。

∴上述数据与反应速度式基本符合。 5.3

?r?s，其动力学方程式为某反应a??

?ra?kka(pa?prps/k)/(1?kapa?krpr)

试导出平推流式的等温积分反应管中转化率xa与w/fao的关系式。解：设总压不变且pa0?p0?p(pr0?ps0?0)?a?

2?11

pa?

pa0(1?xa)1??aya0xa

(1?xa)(1?xa)

pa0?

(1?xa)(1?xa)

同理： pr?ps?

xa1?xa

将各p值代人题中给出的动力学方程式，并简化得：

?ra?(1?ax)/(bx?cx?d)

式中： a?1?

b?(

?kr?ka)/kka

c?(

?kr)/kka d?(

?ka)/kkax?xa

并设?ra是以单位床层体积为基准的，反应管中堆积密度为pb（不应存在密度项）。

wfa0?b

?b?

xf0

1?ax

dx?c?2 xf0

x1?ax 2

?d?2 xf0

d1?ax 2

?2a

xf0

x1?ax dx? ?

?2a

c2a

xf0

x1?ax ?c?

xf0

x1?ax 2

dx?2 d

xf0

11?ax ?

xf0

11?ax b?d

1?axf1?axf

ln(1?axf)?bxf

5.4

在200℃下，苯在ni催化剂上加氢。已知催化剂微孔的平均孔径4.0mm，求总压分别为0.1mpa及3.5mpa下氢的扩散系数。解：由陈甘棠（81版）表5.3-4查得：

h2:?/k?59.7c6h6:?/k?412.3

??2.827?10??5.349

?10

设本系统可由苯与氢的二组分系统代表，则由（5.3-62）及（5.3-63）式，得：

?ab?

??b)?

1/2

(2.827?5.349)?4.088

1/2

?ab?(?a?b)

?k(59.7?412.3)?157.0k

故： kt/?ab?473/157.0?30.1

由表5.3-3查得： ?ab?0.9483

代入（5.3-61）式：dh

?c6h6

?0.001858(473)

3/2

0.86022.01678.11

?cm/s 2

pp(4.088)(0.9483)

(

当p=0.1mpa=1atm 时 dh

?c6h

0.8601

cm/s?0.860cm/s

当p=3.5mpa=35atm 时 dh

h2?c6

0.86035

cm/s?0.02457cm/s

至于努森扩散则由（5.3-65）式计算，它与总压是无关的。

dk?9700(0.4)(

4732.016

)

1/2

?59431.5cm/s

由此可知，由于孔径较大，努森扩散的影响可以忽略。

解法2：由于孔径4mm很大，因此直接用分子扩散的公式（参考朱炳晨的书）

2vgsg

2?g

2?0.521.06?350?10

解：a??

?psg

??2.8?10

孔径很小属努森扩散区：

dk?9700?9700?2.8?10

116.89?10

?3?3

500?2731201

?6.89?10

cm/s

1/dk?1/dab

??6.60?10

cm/s?dk

0.155

de?

?dd?

0.52?6.60?10

?1.14?10cm/s

迷宫因子是催化剂中的一种加速或者减弱催化的酶的催化系数，这

个系数决定了催化的速度。

5.6兹有直径为0.2cm高0.2cm及直径为0.8cm高0.8cm的两种

催化剂粒子分别在等温的管中进行测试，填充体积为150cm3，床层空隙率0.40，所用气体流量均为3cm3/s，粒子孔隙率均为0.35，

迷宫因子0.20，反应为一级不可逆，对直径为0.2cm催化剂，达到

的转化率为66%，而对直径为0.8cm的催化剂则为30%，如气体密

度不变，问：（1）这两种床层催化剂有效系数是多少？（2）气体

真实的扩散系数为多少？解：（1）设等比表面当量球半径rp1, rp2：表面积/体积

4?rp43

2?r?2r?2??r

?rp

?r?2r

，故rp?r

rp1rp2

0.1

?0.25 0.4

xaf0

dx?ra

?ca0?

xaf0

?kvca0(1?xaf)

?kv

11?xaf

式中?ra，?p均以催化剂粒子体积为基准：

?pk2?1?ln

11?0.66

?1.079，?pk2?2?ln

11?0.3

?0.357

【篇二：化学反应工程教案11(化工13)-胡江良】t>1

【篇三：《化学反应工程》课程教学大纲】

txt>制定人：王远强教学团队审核人：门勇开课学院审核人：饶品华

课程名称：化学反应工程／chemical reaction engineering 课程

代码：040311 适用层次（本/专科）：本科

学时：48学分：3 讲课学时：48上机/实验等学时：0 考核方式：

考试先修课程：化工原理，化工热力学，物理化学适用专业：化学

工程与工艺、制药工程等教材：张濂、许志美、袁向前，《化学反

应工程原理》（第二版），华东理工大学出版社，2007 主要参考书： 1、陈甘棠等，《化学反应工程》（第三版），化学工业出版社，2011 2、朱炳辰等，《化学反应工程》（第五版），化学工业出版社，2012 3、李绍芬等，《反应工程》（第二版），化学工业出版社，2008

4、ronald w. missen, charles a. mims, bradley a. saville. chemical reaction engineering and kinetics. jon wiley sons, inc. 1999

一、本课程在课程体系中的定位

“化学反应工程”是以无机化工、有机化工、煤化工和石油化工生产

过程中的化学加工过程为背景，按化学反应与动量、热量、质量传

递相互作用的共性归纳综合的宏观反应过程；是将化学反应原理与

反应设备相结合的一门学科；本课程是该专业的主干专业基础课，

属于必修课，跟学生的学位挂钩。

二、教学目标

1．培养学生用自然科学的原理考察、解释和处理工程实践问题；

2．使学生掌握化学反应工程学科的理论体系、研究方法，了解学科

前沿； 3．应用理论推演和实验研究工业反应过程的规律而建立数学

模拟结合工程实践的经验应用于工程设计和放大。

三、教学效果

通过本课程的学习，学生可具备：

1．从全局的角度，思考问题、解决问题的意识； 2. 熟悉反应工程

基本内容的能力；

3．熟练运用“三传一反”基本方程式，求解理想反应器模型的能力；4．能注重研究内容，抓住研究思路，掌握共性规律的能力； 5. 运用工程分析方法，解决工程问题的能力。

四、教学内容与教学效果对照表

五、教学内容和基本要求

第一章绪论教学内容：

概述；化学反应的分类；工业化学反应器的分类；化学反应器的操

作方式；化学反应工程（cre）研究方法；工业反应器的放大。教学

要求：

了解化学反应工程的范畴和任务；了解化学反应工程的；

了解化学反应工程的学科分类。重点难点：

【本章重点】工业化学反应的分类；化学反应器的操作方式。

第二章均相反应动力学教学内容：

化学反应速率的工程表示；均相反应动力学；复杂反应速率表达式。教学要求：

掌握化学反应速率的定义、表示方法；掌握均相反应动力学的表示

方法；熟悉浓度效应和温度效应。重点难点：

【本章重点】化学反应速率的定义、表示方法；均相反应动力学；

复杂反应速率表达式。

【本章难点】浓度效应和温度效应。

第三章理想间歇反应器教学内容

理想反应器类型；反应器设计基本方程；理想间歇反应器；动力学

方程的实验测定。教学要求：

掌握间歇反应器中简单反应、复杂反应的反应动力学方程表示；掌

握复杂反应中转化率、选择性的影响因素；掌握反应器体积的计算

方程；

掌握反应动力学参数的实验测定方法。重点难点：

【本章重点】复杂反应中转化率、选择性的影响因素。【本章难点】反应器体积的计算方程。

第四章理想管式反应器教学内容：

流动模型概述；pfr反应过程的数学描述；空速、空时及停留时间。

教学要求：

握连平推流反应器的浓度特征和温度特征；

掌握平推流反应器中均相反应动力学的表示方法；掌握变容过程的

空时计算方法。重点难点：

【本章重点】空速、空时及停留时间。【本章难点】变容过程的空

时计算方法。

第五章连续流动釜式反应器与返混教学内容：

cstr中的均相反应；返混原因及限制返混措施。教学要求：

掌握连续流动釜式反应器的浓度特征和温度特征；掌握连续流动反应器中均相反应动力学的表示方法；掌握多釜串联模型的计算；掌握返混原因、限制措施；

掌握连续流动体系反应器的选型及操作方式。重点难点：

【本章重点】多釜串联模型的计算；返混原因、限制措施。【本章难点】连续流动体系反应器的选型及操作方式。

第六章混合现象及对反应的影响教学内容：

连续反应器中物料混合状态分析；停留时间分布的测定及其性质；微观混合对反应结果的影响；非理想流动模型及反应器计算。教学要求：

掌握停留时间分布函数和分布密度函数的定义、意义、测定；

掌握理想流动反应器模型，了解非理想流动模型的建立方法和求解方法及模型参数的测定和意义；

熟悉返混对化学反应和反应器的影响。重点难点：

【本章重点】停留时间分布函数和分布密度函数的定义、意义；非理想流动模型的建立方法和模型参数的测定和意义。

第七章非均相反应及反应器教学内容：

非均相反应及研究方法；非均相反应过程的质量传递；反应过程的热量传递及热稳定性。

教学要求：

了解非均相反应的分类；掌握气/固相反应的反应步骤；掌握外扩散的描述方法和计算方法；熟悉外扩散对反应的影响；

掌握内扩散的描述方法和计算方法；熟悉内扩散对反应的影响；

熟悉内外扩散的判断和消除方法；

熟悉气/固相反应器的热量传递和热稳定性。重点难点：

【本章重点】外扩散的描述方法和计算方法；内扩散的描述方法和计算方法；【本章难点】气/固相反应器的热量传递和热稳定性。

第八章气液反应过程及反应器教学内容：

概述；气液反应历程；气液反应动力学特征；气液反应器概述。教学要求：

熟悉气/液反应的分类和特点；了解各种气/液反应器的特点；

熟悉气/液反应特征与气/液反应器特性的对应和关联关系。重点难点：

【本章重点】气/液反应的分类和特点。

六、课时分配

七、课程考核

1. 2. 3. 4.

上课的基本要求（不迟到、早退、不无故缺课等）占5%。平时作业占20%。课堂表现占15%。期末考试占60%。