化学反应工程课后答案
(完整版)化学反应工程课后习题答案.
积分之
2.10在催化剂上进行三甲基苯的氢解反应：
反应器进口原料气组成为66.67%H2,33.33%三甲基苯。在0.1Mpa及523K下等温反应，当反应器出口三甲基苯的转化率为80%时，其混合气体的氢含量为20%，试求：
（1）（1）此时反应器出口的气体组成。
（2）（2）若这两个反应的动力学方程分别为：
组分
摩尔分率yi0
摩尔数ni0(mol)
CH3OH
2/（2+4+1.3）=0.2740
27.40
空气
4/（2+4+1.3）=0.5479
54.79
水
1.3/（2+4+1.3）=0.1781
17.81
总计
1.000
100.0
设甲醇的转化率为XA，甲醛的收率为YP，根据（1.3）和（1.5）式可得反应器出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数nA、nP和nc分别为：
组分
摩尔质量
摩尔分率yi
CO
28
15.49
H2
2
69.78
CO2
44
0.82
CH4
16
3.62
N2
28
10.29
总计
100
其中冷凝分离后气体平均分子量为
M’m=∑yiMi=9.554
又设放空气体流量为Akmol/h，粗甲醇的流量为Bkg/h。对整个系统的N2作衡算得：
5.38B/28×1000+0.1029A=2.92 (A)
20
30
40
50
60
70
试求当进口原料气体流量为50ml/min时CO的转化速率。
解：是一个流动反应器，其反应速率式可用（2.7）式来表示
化学反应工程课后习题答案 吴元欣
0 A
H A p*A
K
c
H
A
p
* A
该式表示A组分的溶解度为物理溶解量与离解
量之和。
如水吸收二氧化硫即属此类型。
第一节 气-液反应平衡
3.被吸收组分与溶剂中活性组分作用
设溶剂中活性组分起始浓度为，若组分B的转
化率为，此时
cB
c
0 B
1
xB
，cM
c
0 B
xB
平衡关系Kc cM /(cAcB ) xB / c*A 1 xB
第一节 气-液反应平衡
一、气-液相平衡
气-液相达平衡时，i组分在气相与液相中的逸度相等
，即 fig f iL
气相中i组分的逸度
fig 是分压
p
（或
）Py
与逸度因子
i
i
的乘积，即 fig Pyii
液相中i组分为被溶解的气体，xi是i组分在液相中摩
尔分数，如果是符合亨利定律的稀溶液，即 f i (L) Ei xi
体流动状态为层流，溶质A以分子扩散方式通过气膜和液膜
，由气相主体传递到液相主体。 （2）相界面处，气液两相达到相平衡，界面处无扩散阻力。
即：
pAi
cAi H
（3）在气膜和液膜以外的气、液相主体中，由于流体的充分 湍动，溶质A的浓度均匀，即认为主体中没有浓度梯度存在， 不存在传质过程。换句话说，传质仅仅发生在双膜内。
DD的斜率大于 DE 的斜率(以绝对值而言)，这表明液膜 中进行的化学反应将使吸收速率较纯物理吸收大为 增加，若以 表 示吸收速率增强因子，则
DD的斜率 DE的斜率
1
第二节 气-液反应历程
如果化学反应进行得很快，则被吸收组分浓度 在液膜中的变化曲线将变得更向下弯曲一些，此时 增强因子将会提高；反之，化学反应进行得慢，浓 度曲线将更直一些，增强因子将会降低。
《化学反应工程》第五版(朱炳辰)课后习题答案
第一章1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应:进入反应器的原料气中，甲醇:空气:水蒸气=2：4:1。
3（摩尔比），反应后甲醇的转化率达72%，甲醛的收率为69。
2％。
试计算（1）（1)反应的选择性；（2）（2）反应器出口气体的组成。
解:（1)由(1.7）式得反应的选择性为：(2）进入反应器的原料气中,甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3(摩尔比)，当A P出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数nA 、nP和nc分别为:n A=n A0（1-X A）=7。
672 mol n P=n A0Y P=18.96 moln C=n A0（X A—Y P)=0。
7672 mol结合上述反应的化学计量式，水(nW ）、氧气（nO）和氮气(nN）的摩尔数分别为：n W=n W0+n P+2n C=38。
30 moln O=n O0-1/2n P—3/2n C=0.8788 mol n N=n N0=43.28 mol1.1.2工业上采用铜锌铝催化剂由一氧化碳和氢合成甲醇，其主副反应如下：由于化学平衡的限制，反应过程中一氧化碳不可能全部转化成甲醇，为了提高原料的利用率，生产上采用循环操作,即将反应后的气体冷却，可凝组份变为液体即为粗甲醇，不凝组份如氢气及一氧化碳等部分放空，大部分经循环压缩机后与原料气混合返回合成塔中.粗甲醇 Akmol/h100kmol 放空气体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 H 2 68。
25 69.78 CO 2 1。
46 0。
82 CH 4 0.55 3.62 N 2 2。
92 10。
29粗甲醇的组成为CH 3OH 89.15%,(CH 3)2O 3.55%,C 3H 9OH 1。
10%，H 2O 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CO 2 9.82g,CO 9.38g,H 2 1.76g,CH 4 2。
化学反应工程课后习题答案
1 绪论1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应：进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比），反应后甲醇的转化率达72%，甲醛的收率为69.2%。
试计算（1）（1）反应的选择性；（2）（2）反应器出口气体的组成。
解：（1）由（1.7）式得反应的选择性为：（2）进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比），当进入反应器的总原料量为100mol设甲醇的转化率为X A，甲醛的收率为Y P，根据（1.3）和（1.5）式可得反应器出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数n A、n P和n c分别为：n A=n A0(1-X A)=7.672 moln P=n A0Y P=18.96 moln C=n A0(X A-Y P)=0.7672 mol结合上述反应的化学计量式，水（n W）、氧气（n O）和氮气（n N）的摩尔数分别为：n W=n W0+n P+2n C=38.30 moln O=n O0-1/2n P-3/2n C=0.8788 moln N=n N0=43.28 mol所以，反应器出口气体组成为：1. 1.2工业上采用铜锌铝催化剂由一氧化碳和氢合成甲醇，其主副反应如下：由于化学平衡的限制，反应过程中一氧化碳不可能全部转化成甲醇，为了提高原料的利用率，生产上采用循环操作，即将反应后的气体冷却，可凝组份变为液体即为粗甲醇，不凝组份如氢气及一氧化碳等部分放空，大部分经循环压缩机后与原料气混合返回合成塔中。
下图是生产流程示意图原料气Bkg/h 粗甲醇Akmol/h100kmol 放空气体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 H 2 68.25 69.78 CO 2 1.46 0.82 CH 4 0.55 3.62 N 22.9210.29粗甲醇的组成为CH 3OH 89.15%,(CH 3)2O 3.55%,C 3H 9OH 1.10%,H 2O 6.20%,均为重量百分率。
(完整版)反应工程课后答案完整版.
1 绪论1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应：进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比），反应后甲醇的转化率达72%，甲醛的收率为69.2%。
试计算（1）（1）反应的选择性；（2）（2）反应器出口气体的组成。
解：（1）由（1.7）式得反应的选择性为：（2）进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比），组分摩尔分率y i0 摩尔数n i0(mol)CH32/（2+4+1.3）=0.2740 27.40OH空气4/（2+4+1.3）=0.5479 54.79水 1.3/（2+4+1.3）=0.1781 17.81总计 1.000 100.0A P出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数n A、n P和n c分别为：n A=n A0(1-X A)=7.672 moln P=n A0Y P=18.96 moln C=n A0(X A-Y P)=0.7672 mol结合上述反应的化学计量式，水（n W）、氧气（n O）和氮气（n N）的摩尔数分别为：n W=n W0+n P+2n C=38.30 moln O=n O0-1/2n P-3/2n C=0.8788 moln N=n N0=43.28 mol组分摩尔数（mol）摩尔分率%7.672 6.983CH3OH18.96 17.26HCHOH2O 38.3 34.87CO2 0.7672 0.6983O2 0.8788 0.7999N2 43.28 39.392 反应动力学基础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：若将A和B的初始浓度均为3mol/l的原料混合进行反应，求反应4min时A的转化率。
解：由题中条件知是个等容反应过程，且A和B的初始浓度均相等，即为1.5mol/l，故可把反应速率式简化，得由（2.6）式可知代入速率方程式化简整理得积分得解得X A=82.76%。
2.6下面是两个反应的T-X图，图中AB是平衡曲线，NP是最佳温度曲线，AM是等温线，HB是等转化率线。
化学反应工程课后习题解答全解
min)
3-5 在等温全混流釜式反应器中进行下列液相反应：
A + B → P（目的）rP = 2cA [kmol/(m3.h)
2A → R
rR= 0.5cA [kmol/(m3.h)
cA0 = cB0 = 2kmol/m3.
试计算反应2h时A的转化率和产品P的收率。
解：A组分的总消耗速率
(-rA )= rP + 2rR = 2cA + cA = 3cA 将其代入CSTR设计方程
pA 1000 800 666.75 446.75 306.8 206.8 -dpA/dt 82.305 66.844 53.581 33.647 22.503 20.149
（4）对
rA
dpA dt
~
pA
分别取自然对数，得到数据如下表
pA 1000 800 666.75 446.75 306.8 206.8 -dpA/dt 82.305 66.844 53.581 33.647 22.503 20.149
nH2O 17.8082 x 2 y
Y x x 0.692,即 nC0H3OH 27.3979
x 18.961
又nCH3OH
27.3979 x
y
n0 CH3OH
(1
xCH3OH
)
7.6714
y (27.397918.961 7.6714) 0.768
rA k1cAcB k2cRcS 7cAcB 3cRcS
7cB0 (1 xB )(cA0 cB0 xB ) 3(cB0 xB )2
只能指定B的转化率为75%，计算空间时间
VR cB0 xBf
化学反应工程(梁斌)习题答案
rA=kCACBb/a 请问后一种速率方程式是否正确，为什么？
习题 2.3
什么是基元反应？
反应物分子在碰撞中一步直接转化为生成物分子的反应.
通常对基元反应而言,可以说:单分子反应、双分 子反应、三分子反应
• r=k+θAθB-k-θCθV
• r=k(pApB-pc/K)/(1+KApA+KBpB+KcPc)2
• k=k+KAKB
K=k+KAKB/(k-KC)
习题2.10
• (2) 机理:A+σ1Aσ B+σ2Bσ2 Aσ1+Bσ2Cσ2+σ2 (控制步骤) Cσ2C+σ2
• 在210℃等温条件下,进行亚硝酸乙酯的气相分解反 应
C2H5ONO NO 0.5CH3CHO 0.5C2H5OH
该反应为一级不可逆反应,反应速率常数与温度的关系
为:
k 1.39 1014 exp( 37700)
RgT
活化能E的单位为cal/mol,若反应在恒容下进行,系统起 始状态为1at的纯亚硝酸乙酯,试计算亚硝酸乙酯分 解率为80%时,亚硝酸分解速率及乙醇的生成速率.
习题2.1
• C6H12O6+6O2+inert=6CO2+ 6H2O+inert
• mol
20.96 79 0.04
79 t=0
• mol 20.96(1-x) 79 0.04+20.96x 20.96x 79 t=t
• 反应前后O2与CO2摩尔数之和应不变,则反应后总 摩尔数为:
《化学反应工程》教材课后习题答案 李绍芬 天津大学
dX A dX A C A0 dVR d (VR / Q0 )
用 XA～VR/Q0 作图，过 VR/Q0=0.20min 的点作切线，即得该条件下的 dXA/d(VR/Q0)值 α。 VR/Q0min 0.12 0.148 0.20 0.26 0.34 0.45 XA% 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0
1 绪 论
1.1 在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应：
2CH 3OH O 2 2HCHO 2H 2O
2CH 3OH 3O 2 2CO 2 4H 2O
进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比） ，反应后 甲醇的转化率达 72%，甲醛的收率为 69.2%。试计算 （1） （1） 反应的选择性； （2） （2） 反应器出口气体的组成。 解： （1）由（1.7）式得反应的选择性为：
2CO 4H 2 (CH 3 )2 O H 2O
CO 3H 2 CH 4 H 2O
4CO 8H 2 C4 H 9OH 3H 2O
CO H 2O CO 2 H 2
由于化学平衡的限制，反应过程中一氧化碳不可能全部转化成甲醇，为了提高原 料的利用率，生产上采用循环操作，即将反应后的气体冷却，可凝组份变为液体 即为粗甲醇，不凝组份如氢气及一氧化碳等部分放空，大部分经循环压缩机后与 原料气混合返回合成塔中。下图是生产流程示意图 冷凝分离 合成
FCO,0 FCO 26.82 4.435 16.18% FCO,0 138.4
产物粗甲醇所溶解的 CO2、CO、H2、CH4 和 N2 总量 D 为
D
(9.82 9.38 1.76 2.14 5.38)B 0.02848Bkmol / h 1000
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1 绪 论1.1在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应：进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比），反应后甲醇的转化率达72%，甲醛的收率为69.2%。
试计算（1） （1） 反应的选择性；（2） （2） 反应器出口气体的组成。
解：（1）由（1.7）式得反应的选择性为：（2）进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比），A P 出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数n A 、n P 和n c 分别为：n A =n A0(1-X A )=7.672 moln P =n A0Y P =18.96 moln C =n A0(X A -Y P )=0.7672 mol结合上述反应的化学计量式，水（n W ）、氧气（n O ）和氮气（n N ）的摩尔数分别为：n W =n W0+n P +2n C =38.30 moln O =n O0-1/2n P -3/2n C =0.8788 moln N =n N0=43.28 mol1. 1. 2其主副反应如下：由于化学平衡的限制，反应过程中一氧化碳不可能全部转化成甲醇，为了提高原料的利用率，生产上采用循环操作，即将反应后的气体冷却，可凝组份变为液体即为粗甲醇，不凝组份如氢气及一氧化碳等部分放空，大部分经循环压缩原料气 Bkg/h 粗甲醇 Akmol/h100kmol 放空气体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 15.49H268.25 69.78CO21.46 0.82CH40.55 3.62N22.92 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,CO9.38g,H2 1.76g,CH42.14g,N25.38g。
若循环气与原料气之比为7.2（摩尔比），试计算：（1）（1）一氧化碳的单程转换率和全程转化率；（2）（2）甲醇的单程收率和全程收率。
解：（1）设新鲜原料气进料流量为100kmol/h，则根据已知条件，计算进料原料i i i i i m i i。
M’m =∑yiMi=9.554又设放空气体流量为Akmol/h，粗甲醇的流量为Bkg/h。
对整个系统的N2作衡算得：5.38B/28×1000+0.1029A=2.92 (A)对整个系统就所有物料作衡算得：100×10.42=B+9.554A (B)联立（A）、（B）两个方程，解之得A=26.91kmol/h B=785.2kg/h反应后产物中CO摩尔流量为FCO=0.1549A+9.38B/(28×1000)将求得的A、B值代入得FCO=4.431 kmol/h故CO的全程转化率为由已知循环气与新鲜气之摩尔比，可得反应器出口处的CO摩尔流量为F’CO,0=100×0.2682+7.2×100×0.1549=138.4 kmol/h所以CO的单程转化率为产物粗甲醇所溶解的CO2、CO、H2、CH4和N2总量D为粗甲醇中甲醇的量为(B-D)X甲/Mm=(785.2-0.02848B) ×0.8915/32=21.25 kmol/h 所以，甲醇的全程收率为Y总=21.25/26.82=79.24%甲醇的单程收率为Y单=21.25/138.4=15.36%2 反应动力学基础2.1在一体积为4L的恒容反应器中进行A的水解反应，反应前 A的含量为12.23%（重量），混合物的密度为1g/mL，反应物A的分子量为88。
在等温常压解：利用反应时间与组分A的浓度变化数据，作出CA～t的关系曲线，用镜面法求得t=3.5h时该点的切线，即为水解速率。
切线的斜率为由（2.6）式可知反应物的水解速率为2.2在一管式反应器中常压300℃等温下进行甲烷化反应：催化剂体积为10ml，原料气中CO的含量为3%，其余为N2,H2气体，改变进口原解：是一个流动反应器，其反应速率式可用（2.7）式来表示故反应速率可表示为：用XA ～VR/Q作图，过VR/Q=0.20min的点作切线，即得该条件下的dXA/d(VR/Q)2.3已知在Fe-Mg催化剂上水煤气变换反应的正反应动力学方程为：式中yCO 和yCO2为一氧化碳及二氧化碳的瞬间摩尔分率，0.1MPa压力及700K时反应速率常数kW等于0.0535kmol/kg.h。
如催化剂的比表面积为30m2/g，堆密度为1.13g/cm3，试计算：（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k g 。
（4） （4） 以摩尔浓度表示反应物系组成时的速率常数k C 。
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m 2/m 3。
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： 若将A 和B 的初始浓度均为3mol/l 的原料混合进行反应，求反应4min 时A 的转化率。
解：由题中条件知是个等容反应过程，且A 和B 的初始浓度均相等，即为1.5mol/l ，故可把反应速率式简化，得由（2.6）式可知代入速率方程式化简整理得积分得解得X A =82.76%。
2.5氨合成塔入口的气体组成为3.5%NH 3,20.8%N 2,62.6%H 2,7.08%Ar 及5.89CH 4。
该塔是在30MPa 压力下操作。
已知催化剂床层中某处的温度为490℃，反应气体中氨含量为10%（mol ），试计算该处的反应速率。
在Fe 催化剂上氨合成反应速率式为：逆反应的活化能417.5810/=⨯E J mol 。
450℃时30.5322277()/=⋅k m MPa m h ，且212/=P k k K ，490℃时，Kp 可按下式计算：472log 2047.8/ 2.4943log 1.25610 1.856410 3.206--=--⨯+⨯+p K T T T T 注：m 3为标准立方米。
解：题中给出450℃时的k 2值，而反应是在490℃下，故首先要求出490℃时的k 2值。
利用（2.27）试，求出频率因子A:44217.5810/8.314723162'1617.5810/8.314723430.532exp()exp()2277/ 1.14510exp() 1.14510 1.05510()/.-⨯⨯-⨯⨯-=-===⨯-==⨯=⨯E k A RTE A k e RTE k A e m MPa m h RT490℃的Kp 值由题给公式计算出4722log 2047.8/763 2.4943log763 1.25610763 1.8564107633.206 1.25245.59210 ---=--⨯⨯+⨯⨯+=-=⨯p p K K 求k 1值：求各组分的分压值：反应速率为：2.6下面是两个反应的T-X 图，图中AB 是平衡曲线，NP 是最佳温度曲线，AM 是等温线，HB 是等转化率线。
根据下面两图回答：（1） （1） 是可逆反应还是不可逆反应？（2） （2） 是放热反应还是吸热反应？（3） （3） 在等温线上，A,D,O,E,M 点中哪一点速率最大，哪一点速率最小？（4） （4） 在等转化率线上，H,C,R,O,F 及B 点中，哪一点速率最大，哪一点速率最小？（5） （5） 在C,R 两点中，谁的速率大？（6） （6） 根据图中所给的十点中，判断哪一点速率最大？解： 图2.1 图2.2（1）可逆反应 可逆反应（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49.62910/⨯J mol ,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？解：从题中可知，反应条件除了温度不同外，其它条件都相同，而温度的影响表现在反应速率常数k 上，故可用反应速率常数之比来描述反应速率之比。
2.8常压下，在钒催化剂上进行SO 2氧化反应，原料气组成为7%O 2及82%N 2。
试计算转化率为80%时的最佳温度。
二氧化硫在钒催化剂上氧化的正反应活化能为49.21110/⨯J mol ，化学计量数等于2，反应式为：其平衡常数与温度的关系为：该反应的热效应49.62910/-=⨯r H J mol 。
解：（1）求出转化率为80%时各组分的分压：P (3)求平衡温度Te(4)利用（2.31）式求逆反应活化能E 值(5)利用（2.31）式求最佳温度T OP2.9在一恒容反应器中进行下列液相反应：式中r R ,r D 分别表示产物R 及D 的生成速率。
反应用的原料为A 与B 的混合物，其中A 的浓度为2kmol/m 3，试计算A 的转化率达到95%时所需的反应时间。
解：反应物A 的消耗速率应为两反应速率之和，即利用（2.6）式积分之2.10在催化剂上进行三甲基苯的氢解反应：,33.33%三甲基苯。
在0.1Mpa及523K下等温反应器进口原料气组成为66.67%H2反应，当反应器出口三甲基苯的转化率为80%时，其混合气体的氢含量为20%，试求：（1）（1）此时反应器出口的气体组成。
（2）（2）若这两个反应的动力学方程分别为：则出口处二甲基苯的生成速率是多少？解：以100mol为计算基准，设X为三甲基苯的转化率，Y为生成的甲苯摩尔数。
（66.67-33.33X-Y=20解得Y=66.67-33.33×0.8-20=20.01kmol（甲苯量）生成的二甲基苯量：33.33×0.8-20.01=6.654kmol生成的甲烷量：33.33×0.8+20.01=46.67kmol剩余的三甲基苯量：33.33×（1-0.8）=6.666kmol氢气含量为：20kmol故出口尾气组成为：三甲基苯6.666%，氢气20%，二甲基苯6.654%，甲烷46.67%，甲基苯20.01%。
（2）（2）由题给条件可知，三甲基苯的出口浓度为：2.11在210℃等温下进行亚硝酸乙脂的气相分解反应：该反应为一级不可逆反应，反应速率常数与温度的关系为1441k T s，若反应是在恒容下进行，系统的1.3910exp( 1.89710/)()-=⨯-⨯起始总压为0.1013MPa，采用的是纯亚硝酸乙脂，试计算亚硝酸乙脂分解率为80%时，亚硝酸乙脂的分解速率及乙醇的生成速率。