化学反应工程 陈甘棠 第三版 课后答案
化学反应工程(第三版)陈甘棠主编_第五章_催化剂与催化动力学基础
Ki 称为吸附平衡常数，是i组分吸附速率常数与脱附速率常数之比。 式（5-28）即为过程的总速率方程。由该式的分母可知，反应物和产物 均被吸附。分母的方次表明该反应是在A、B两个活性中心之间进行的。
若控制步骤为可逆反应 过程总速率：
Aσ + Bσ
k1
k2
Rσ + Sσ
r k k A 1 A B 2 R S
第五章 催化剂与催化动力学基础
5.1 催化剂
能够改变化学反应速率而本身在反应前后不发生组成变化的物质。 （1）类型 金属（良导体）、金属氧化物和硫化物（半导体）以及盐类和 酸性催化剂（大多数是绝缘体） （2）载体 活性炭、硅胶、活性白土、硅藻土、沸石（分子筛）、骨架Ni、 活性Al2O3、 Fe等 （3）性能要求 活性好、选择性高、寿命长。 （4）结构
k k K K 1 A B
K
k1K A KB k2 KR KS
比较式（5-28）和式（5-30）可见，表面反应为控制步骤时，可逆反 应与不可逆反应速率式的分母相同，区别在于分子。可逆反应的分子上有两 项，不可逆反应只有一项。
A在吸附时解离 A + 2σ B + σ 2A1/2σ + Bσ Rσ Sσ 按上述方法可得到
几种常用催化剂的结构
无定形颗粒 球形 柱形 长柱形 三叶草形
环形
多孔柱形 车轮形
比表面积
破碎强度
压降
独石形
金属独石形
Foam
（5）制备方法
① 混合法
② 浸渍法 ③ 沉淀法或共沉淀法 ④ 共凝胶法 ⑤ 喷涂法及滚涂法 ⑥ 溶蚀法 ⑦ 热熔法
5.3 气固相催化反应动力学
气-固相反应速率的定义式
《化学反应工程》课后习题答案
（2）放热反应吸热反应
(3)M点速率最大，A点速率最小M点速率最大，A点速率最小
(4)O点速率最大，B点速率最小H点速率最大，B点速率最小
(5)R点速率大于C点速率C点速率大于R点速率
(6)M点速率最大根据等速线的走向来判断H,M点的速率大小。
2.7在进行一氧化碳变换反应动力学研究中，采用B106催化剂进行试验，测得正反应活化能为 ,如果不考虑逆反应，试问反应温度是550℃时的速率比反应温度是400℃时的速率大多少倍？
（1）（1）以反应体积为基准的速率常数kV。
（2）（2）以反应相界面积为基准的速率常数kg。
（3）（3）以分压表示反应物系组成时的速率常数kg。
（4）（4）以摩尔浓度表示反应物系组成时的速率常数kC。
解：利用（2.10）式及（2.28）式可求得问题的解。注意题中所给比表面的单位换算成m2/m3。
2.4在等温下进行液相反应A+B→C+D，在该条件下的反应速率方程为：
原料气和冷凝分离后的气体组成如下：（mol）
组分
原料气
冷凝分离后的气体
CO
26.82
15.49
H2
68.25
69.78
CO2
1.46
0.82
CH4
0.55
3.62
N2
2.92
10.29
粗甲醇的组成为CH3OH 89.15%,(CH3)2O 3.55%,C3H9OH 1.10%,H2O 6.20%,均为重量百分率。在操作压力及温度下，其余组分均为不凝组分，但在冷凝冷却过程中可部分溶解于粗甲醇中，对1kg粗甲醇而言，其溶解量为CO29.82g,CO 9.38g,H21.76g,CH42.14g,N25.38g。若循环气与原料气之比为7.2（摩尔比），试计算：
化学反应工程第三版课后答案
化学反应工程第三版课后答案化学反应工程第三版课后答案【篇一：化学反应工程第二版课后习题】> 2何谓基元反应?基元反应的动力学方程中活化能与反应级数的含义是什么?何谓非基元反应?非基元反应的动力学方程中活化能与反应级数含义是什么? 345现有如下基元反应过程，请写出各组分生成速率与浓度之间关系。
(1)a+2b?c a+c? d (2)a+2b?c b+c?d c+d→e (3)2a+2b?ca+c?d10mkmols。
现以气相分压来表示速率方程，即(?ra)=kppapb，求kp=?（假定气体为抱负气体）4 6-2-12化学反应式与化学计量方程有何异同?化学反应式中计量系数与化学计量方程中的计量系数有何关系?若将反应速率写成?ra??dcadt，有什么条件?为什么均相液相反应过程的动力学方程试验测定采纳间歇反应器? 78反应a(g) +b(l)→c(l)气相反应物a被b的水溶液汲取，汲取后a与b生成c。
反应动力学方程为：?ra=kcacb。
由于反应物b在水中的浓度远大有一反应在间歇反应器中进行，经过8min后，反应物转化掉80％，经过18min后，转化掉90％，求表达此反应的动力学方程式。
反应2h2?2no?n2?2h2o，在恒容下用等摩尔h2，no进行试验，测得以下数据总压/mpa 半衰期/s10 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。
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-312 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?dprdnsdya，?。
dtdtdtdpadt ?0.24mpa?s?13-1-1-3-33-10.0272265 0.0326 186 0.0381 135 0.0435 104 0.0543 67求此反应的级数。
《化学反应工程》课后习题答案
5.16 9.7xA2 4.35 xA22 0
xA2 0.88
（4）两个0.25m3的PFR 串联
VR V0
CA0
dx xA1
A
0 k CA21
CA0
dx xA2
A
k C xA1
2 A2
0.25 7.14 10 3
35 min
xA1 dxA xA2 dxA 4.35
35kCA0
3517.4106 7.14103 4.35
4.35 9.7xA1 4.35 xA21 0; xA1 0.62
xA2 0.62 (1 xA2 )2
4.35
4.97 9.7xA2 4.35 xA22 0
xA2 0.80
（2）一个0.25m3的CSTR，后接一个0.25m3的PFR
(1 xAfp )
（2）CSTR k xAfc
(1 xAfc )
（1） （2）
操作条件不变，等体积反应器，则
k xAfc ln 1 ln 1 2.303
(1 xAfc ) (1 xAfp ) (1 0.9)
xAfc
2.303 3.303
0.697
习题3-4解答
3-7 已知： A P rA kCACP ; CP0 0 k 10 2 m3 /(kmol s); V0 0.002 m3 / s
CA0 2kmol / m3; 问xA 0.98时，
下列各种情况下的反应体积。
解： （1）单个PFR
根据
VR V0
CA0
xA dxA 0 rA
VR2 331 .63(s); V0
《化学反应工程》第三版(陈甘堂著)课后习题答案
《化学反应工程》第三版(陈甘堂著)课后习题答案第二章均相反应动力学基础2－4三级气相反应2NO+O22NO2，在30℃及1kgf/cm2下反应，已知反应速率常数2kC=2.65×104L2/(mol2 s)，若以rA=kppApB表示，反应速率常数kp应为何值？解：原速率方程rA=dcA2cB=2.65×104cAdt由气体状态方程有cA=代入式（1）2－5考虑反应A课所以kp=2.65×104×(0.08477×303) 3=1.564后当压力单位为kgf/cm2时，R=0.08477，T=303K。
答p p 2rA=2.65×10 A B =2.65×104(RT) 3pApBRT RTp表示的动力学方程。
解：.因，wwnAp=A，微分得RTVdaw案24网pAp，cB=BRTRT3P，其动力学方程为( rA)=dnAn=kA。
试推导：在恒容下以总压VdtVδA=3 1=21dnA1dpA=VdtRTdt代入原动力学方程整理得wdpA=kpAdt设初始原料为纯A，yA0=1，总量为n0=nA0。
反应过程中总摩尔数根据膨胀因子定义δA=n n0nA0 nA若侵犯了您的版权利益，敬请来信通知我们！Y http://.cn.co（1）mol/[L s (kgf/cm2) 3]m（1）则nA=nA01(n n0)δA1(P P0)δA（2）恒容下上式可转换为pA=P0所以将式（2）和式（3）代入式（1）整理得2－6在700℃及3kgf/cm2恒压下发生下列反应：C4H10发生变化，试求下列各项的变化速率。
（1）乙烯分压；（2）H2的物质的量，mol；（3）丁烷的摩尔分数。
解：P=3kgf/cm2，（1）课MC4H10=58，（2）w.krC2H4=2( rC4H10)=2×2.4=4.8kgf/(cm2 s)PC4H10=PyC4H101 dpC4H10= P dt2.4-1==0.8 s 3w（3）nC4H10=nyC4H10=n0(1+δC4H10yC4H10,0xC4H10)yC4H10dnH2dtdnH2dt=hdaw后n0=nC4H10,0=δC4H10rC4H10=反应开始时，系统中含C4H*****kg，当反应完成50%时，丁烷分压以2.4kgf/(cm2 s)的速率dyC4H10dt答1rCH=2.4224wdnC4H10dt案116×1000=2000mol582+1 1==21网dyC4H10=n0(1+δC4H10yC4H10,0xC4H10) dt=2000×(1+2×1×0.5)×0.8=3200 mol/s若侵犯了您的版权利益，敬请来信通知我们！Y http://.cno2C2H4+H2，dP=k[(δA+1)P0 P]=k(3P0 P)dtm（3）dpA1dP= dtδAdt2－9反应APS，( r1)=k1cA , ( r2)=k2cp，已知t=0时，cA=cA0 ，cp0=cS0=0, k1/k2=0.2。
化学反应工程 陈甘棠 第三版 课后答案
A nA0 pA0 nA pA
P 0 0 3nA0 nA 3 pA0 pA
p总 pA0 3 pA0 2 pA
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
dcA 1 c c kcA cB 积分得： kt ln A B0 dt cA0 cB0 cA0cB
以
1 c ln A 对 t 作图若为直线，则假设正确。 cA0 cB0 cB
t
116.8 319.8 490.2 913.8 1188
由 cA0-cB0=42.4 整理得数据如下：
4
y
线性回归：
0.026
1 c ln A cA0 cB0 cB
0.013 2
0.014 9
0.016 9
0.021 6
-3
13
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： 2 SO 4 CH3COOH C4 H9OH H CH3COOC4 H9 H 2O A B R 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 -3 丁酯（忽略分离损失） ，计算反应器体积。混合物密度为 750kg·m ，反应 器装填系数为 0.75。 解
t t1 2
pA 0.5 pA0
1 0.51n 1n pA 0 t1 2 k p n 1 pA0 t1 2 ln pA0 ln t1 2 0.1360 265 5.580 186
化学反应工程陈甘棠答案
化学反应工程陈甘棠答案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)2试说明各式所代表的反应机理和控制步骤。
解：（1）aa?bb?a??b??c （控制步骤）c??c??（2）a??1?a?1b??2?b?2a?1?b?2?c?2??1（控制步骤）c?1?c??1（3）aa?bb?a??b?c?? （控制步骤）（4）bb?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?12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。
2pc2h4(mmhg)r0?10(mol/hr?g催化剂)570 100 195 247 315 4653.94.4 6.0 6.6 7.255.4注：1mmhg=133.322pa如反应机理设想为acohacoh?c2h4c2h4?acoh?c2h4?hc2h4oaco2?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?12o2?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?k3par?ks2?d?c??k1pa(k2?k3pa)2r0??pa(k2?k3pa)2pc2h4(mmhg)70 100 195 247 315 465r0?10(mol/hr?g催化剂)53.94.4 6.0 6.6 7.255.41.3410?31.51 1.80 1.932.08 2.93pa作图，基本上为一直线。
化学反应工程课后习题答案
化学反应工程课后习题答案化学反应工程课后习题答案化学反应工程是化学工程学科中的重要分支之一，它研究的是化学反应在工业生产中的应用。
通过对反应过程的分析和优化，可以提高反应的产率、选择性和经济性。
在学习化学反应工程的过程中，我们经常会遇到一些习题，下面我将为大家提供一些常见习题的解答。
1. 习题一：对于一个一级反应A→B，初始浓度为C0的A，经过一段时间t后，浓度为Ct。
求该反应的速率常数k。
解答：根据一级反应的速率方程，可以得到d[A]/dt = -k[A]，其中d[A]/dt表示A的浓度随时间的变化率。
根据题意，我们可以得到d[A]/dt = (Ct - C0)/t。
将这两个式子相等，可以得到(Ct - C0)/t = -k[A]。
由于初始浓度为C0的A，所以[A] = C0。
将这个值代入上式，可以得到(Ct - C0)/t = -kC0。
整理一下，就可以得到k = (C0 - Ct)/C0t。
2. 习题二：对于一个二级反应A + B→C，初始浓度分别为C0的A和C1的B，经过一段时间t后，浓度分别为Ct的A和Ct+1的B。
求该反应的速率常数k。
解答：根据二级反应的速率方程，可以得到d[A]/dt = -k[A][B]，d[B]/dt = -k[A][B]。
根据题意，我们可以得到d[A]/dt = (Ct - C0)/t，d[B]/dt = (Ct+1 - C1)/t。
将这两个式子相等，可以得到(Ct - C0)/t = (Ct+1 - C1)/t = -k[A][B]。
由于初始浓度分别为C0的A和C1的B，所以[A] = C0，[B] = C1。
将这两个值代入上式，可以得到(Ct - C0)/t = (Ct+1 - C1)/t = -kC0C1。
整理一下，就可以得到k = (C0- Ct)/(C0C1t) = (Ct+1 - C1)/(C0C1t)。
3. 习题三：对于一个零级反应，初始浓度为C0的A，经过一段时间t后，浓度为Ct。
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t1 2
265
186
135
104
67
ln pA0 1.995 1.814 1.658 1.526 1.304
ln t1 2 5.580 5.226 4.905 4.644 4.205
ln
t1
对
2
ln
pA0作图，得直线
pA0
1 2
p总
ln t 1/2
5.6 5.4 5.2 5.0 4.8 4.6 4.4 4.2 4.0
第一章习题
1 化学反应式与化学计量方程有何异同?化学反应式中计量系数与化学计量 方程中的计量系数有何关系? 答：化学反应式中计量系数恒为正值，化学计量方程中反应物的计量系数 与化学反应式中数值相同，符号相反，对于产物二者相同。
2 何谓基元反应?基元反应的动力学方程中活化能与反应级数的含义是什么? 何谓非基元反应?非基元反应的动力学方程中活化能与反应级数含义是什 么? 答：如果反应物严格按照化学反应式一步直接转化生成产物，该反应是基 元反应。基元反应符合质量作用定律。基元反应的活化能指 1 摩尔活化分 子的平均能量比普通分子的平均能量的高出值。基元反应的反应级数是该 反应的反应分子数。一切不符合质量作用定律的反应都是非基元反应。非 基元反应的活化能没有明确的物理意义，仅决定了反应速率对温度的敏感 程度。非基元反应的反应级数是经验数值，决定了反应速率对反应物浓度 的敏感程度。
6 气相基元反应 A+2B→2P 在 30℃和常压下的反应速率常数 kc=2.65× 104m6kmol-2s-1。现以气相分压来表示速率方程，即(− rA)=kPpApB2，求 kP=? （假定气体为理想气体）
解
T 273 30 303K
kc 2.65 104 m6kmol2s1
c p RT
解
kt 1 xA cA0 1 xA
(kcA0 )8 min
1 8
0.8 1 0.8
1 2
(kcA0 )18min
1 18
0.9 1 0.9
1 2
假设正确，动力学方程为
dcA dt
kcA2
8 反应 A(g) +B(l)→C(l)气相反应物 A 被 B 的水溶液吸收，吸收后 A 与 B 生成 C。反应动力学方程为：− rA=kcAcB。由于反应物 B 在水中的浓度远大 于 A，在反应过程中可视为不变，而反应物 A 溶解于水的速率极快，以至 于 A 在水中的浓度恒为其饱和溶解度。试求此反应器中液相体积为 5m3 时 C 的生成量。已知 k=1m3kmol-1hr-1，cB0=3kmol·m-3，cA 饱和=0.02 kmol·m-3， 水溶液流量为 10m3hr-1。
A+C↔ D (2)A+2B↔C
B+C↔D C+D→E
(3)2A+2B↔C
A+C↔D 解
rA k1cAcB2 k2cC k3cAcC k4cD (1) rB 2k1cAcB2 2k2cC
rC k1cAcB2 k2cC k3cAcC k4cD rD k3cAcC k4cD rA k1cAcB2 k2cC (2) rB 2k1cAcB2 2k2cC k3cBcC k4cD rC k1cAcB2 k2cC k3cBcC k4cD k5cCcD k6cE rD k3cBcC k4cD k5cCcD k6cE rA 2k1cA2 cB2 2k2cC k3cAcC k4cD (3) rB 2k1cA2 cB2 2k2cC rC k1cA2 cB2 k2cC k3cAcC k4cD rD k3cAcC k4cD
-2.1 -2.0 -1.9 -1.8 -1.7 -1.6 -1.5 -1.4 -1.3 -1.2 lnp
A0
Y=A+B*X
Parameter Value
Error
A
1.60217 0.01399
B
-1.9946 0.00834
斜率 1.9946 1.9946 1 n
n3
三级反应
3
10
考虑反应 A 3P ，其动力学方程为 rA
rA
kccAcB2
kc
pA RT
pB RT
2
rA kp pA pB2
kP
kc (RT
)3
2.65 104 m6kmol2s1 8.314kJ kmol1K1 303K 3
1.655 106 kmol m3s-1kPa-3
1
7 有一反应在间歇反应器中进行，经过 8min 后，反应物转化掉 80％，经过 18min 后，转化掉 90％，求表达此反应的动力学方程式。
p1n A
kpt
t t1 2
pA 0.5 pA0
1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
n 1
p1n A0
0.51n
p1n A0
kpt1 2
1 0.51n
kp n 1
p1n A0
t1 2
ln
1 0.51n
kp n 1
1
nln
pA0
ln t1
2
pA0 0.1360 0.1630 0.1905 0.2175 0.2715
1 V
dnA dt
k
nA V
试推导在恒
容下以总压表示的动力学方程。
解
rA kcAcB 由已知条件，cA与cB均为常数
rA 1 0.02 3 0.06kmol m3hr1
反应时间即液相在反应器中的停留时间
5m3 10m3hr 1
0.5hr
C的生成量NC 0.06kmol m3hr1 0.5hr 5m3 0.15kmol
9 反应 2H2 2NO N2 2H2O ，在恒容下用等摩尔 H2，NO 进行实验，测得 以下数据
总压/MPa 0.0272 0.0326 0.0381 0.0435 0.0543
半衰期/s 265
186
135
104
67
求此反应的级数。
2
解
dpA dt
kp pAn
pndpA kpdt
pA pA 0
p n dpA
t1 2 dt
0
p n1 pA A
n 1
kpt
pA0
1
n 1
p1n A0
3
若将反应速率写成
rA
dcA dt
，有什么条件?
答：化学反应的进行不引起物系体积的变化，即恒容。
4 为什么均相液相反应过程的动力学方程实验测定采用间歇反应器? 答：在间歇反应器中可以直接得到反应时间和反应程度的关系，而这种关 系仅是动力学方程的直接积分，与反应器大小和投料量无关。
5 现有如下基元反应过程，请写出各组分生成速率与浓度之间关系。 (1)A+2B↔C