第二章作業(yè)(課后答案)化學(xué)反應(yīng)工程第四版

1、C4H8C4H6H24848484624646( )( )()( ) ()()( ) ()( )A C HC HBC HC HHCC HC H2-5丁烯制丁二烯丁烯制丁二烯假設(shè)反應(yīng)按如下步驟進(jìn)行假設(shè)反應(yīng)按如下步驟進(jìn)行:（1）分別寫(xiě)出）分別寫(xiě)出A、C為控制步驟的均勻吸附動(dòng)力學(xué)方程；為控制步驟的均勻吸附動(dòng)力學(xué)方程；（2）寫(xiě)出）寫(xiě)出B為控制步驟的均勻吸附動(dòng)力學(xué)方程，若反應(yīng)物為控制步驟的均勻吸附動(dòng)力學(xué)方程，若反應(yīng)物和產(chǎn)物的吸附都很弱，問(wèn)，此時(shí)反應(yīng)對(duì)丁烯是幾級(jí)反應(yīng)。和產(chǎn)物的吸附都很弱，問(wèn)，此時(shí)反應(yīng)對(duì)丁烯是幾級(jí)反應(yīng)。48484848484644848484846448464622161648 (1)111

2、/ 1)231=4;C HC HnC HaC HidC HiniC HC HC HC HiC HC HC HC HC HC HC HHHPrk pkbpbpbpbpbpC HpppPK （，反反應(yīng)應(yīng)屬屬于于化化學(xué)學(xué)吸吸附附控控制制，根根據(jù)據(jù)平平衡衡近近似似假假設(shè)設(shè)：，由由4 4式式，又又由由表表面面反反應(yīng)應(yīng)的的化化學(xué)學(xué)平平衡衡：46246248484848462484846246465/ 1/C HHC HHC HC HPaC HadC HC HHpC HC HC HHpC HC HppPPPPKkbkkkk pppKrbppKbp 將將上上2 2、3 3、4 4、5 5條條件件代代入入1 1

3、式式，又又有有，并并令令，可可得得：（）（）（1）A為控制步驟為控制步驟464646464648484644648464648484822416146 (1)111/ 1)231=4;C HC HnC HdC HaC HiinC HiC HC HC HC HC HiC HC HC HC HC HHHC HPrkk pbpbpbpbpbpC HpppPpK （，由由題題設(shè)設(shè)知知反反應(yīng)應(yīng)屬屬于于的的脫脫附附控控制制，根根據(jù)據(jù)平平衡衡近近似似假假設(shè)設(shè)：，由由4 4式式，又又由由表表面面反反應(yīng)應(yīng)的的化化學(xué)學(xué)平平衡衡：4824648246482464646482484865/ 1/PC HHC HC H

4、HaC HadC HpHC HC HC HC HpHC HC HK PpPPPkbkkkk pKpprbpKpbp 將將2 2、3 3、4 4、5 5代代入入1 1式式，又又有有，并并令令，可可得得：（）（）（1）C為控制步驟為控制步驟4848484846464821C HC HC HC HC HC HC Hbpbpbp 由由48484621C HC HC HHrkkP 4646484822,=3;C HC HC HC HHHpppppP 反反應(yīng)應(yīng)屬屬于于化化學(xué)學(xué)反反應(yīng)應(yīng)控控制制，根根據(jù)據(jù)平平衡衡近近似似假假設(shè)設(shè)：，48462484646484648461212,1C HC HHC HC HC

5、 HC HC HC HC Hk pk ppkkbkk brbpbp 令令 ， 48464846246484648461C HC HHC HC HC HC HC HC HC Hkbpk bpprbpbp 將將上上2 2、3 3代代入入1 1式式，可可得得：（2）B為控制步驟為控制步驟48484848464648484846464848484846464848464648484484611,2;11,1C HC HC HC HC HC HC HC HC HC HC HC HC HC HC HC HC HC HC HC HC HC HC HCbpbpbpppppbpbpbpC HC Hbpbpb 由

6、由題題設(shè)設(shè)知知反反應(yīng)應(yīng)屬屬于于化化學(xué)學(xué)反反應(yīng)應(yīng)控控制制，根根據(jù)據(jù)平平衡衡近近似似假假設(shè)設(shè)：因因?yàn)闉榉捶磻?yīng)應(yīng)物物，產(chǎn)產(chǎn)物物吸吸附附都都很很弱弱，即即：所所以以，848C HHp所所以以反反應(yīng)應(yīng)對(duì)對(duì)與與丁丁烯烯，是是1 1級(jí)級(jí)反反應(yīng)應(yīng)。（2）丁烯反應(yīng)級(jí)數(shù)判斷）丁烯反應(yīng)級(jí)數(shù)判斷2-10 某氨合成催化劑還原后比表面積某氨合成催化劑還原后比表面積Sg=13.1m2/g，孔容，孔容Vg=0.082mL/g。氣體混合物中。氣體混合物中yNH3=0.09，yH2=0.57，yN2=0.19，yCH4=0.10，yAr=0.05，溫度，溫度400，壓力，壓力30.4MPa。催化劑的孔。催化劑的孔隙率隙率=0.5

7、0， ，曲折因子曲折因子=2.5。 已知計(jì)算分子擴(kuò)散系數(shù)時(shí)，各組分的分子擴(kuò)散體積如下：已知計(jì)算分子擴(kuò)散系數(shù)時(shí)，各組分的分子擴(kuò)散體積如下：氫氫6.12；氮；氮18.5；氨；氨20.7；甲烷；甲烷25.14；氬；氬16.2。求：求：(1)計(jì)入計(jì)入Knudsen擴(kuò)散時(shí)，氨的有效擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散時(shí)，氨的有效擴(kuò)散系數(shù)Deff,NH3;(2)不計(jì)入不計(jì)入Knudsen擴(kuò)散時(shí)，氨的有效擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散時(shí)，氨的有效擴(kuò)散系數(shù)Deff,NH3;解：解：17;40;16; 2;28; 7 .20)(; 2 .16)(;14.25)(12. 6)(5 .18)(;4 .30;15.63715.27340034223422 N

8、HArCHHNNHArCHHNMMMMMVVVVVMPaPKKT；又又帶入數(shù)據(jù)得：帶入數(shù)據(jù)得：由雙分子擴(kuò)散系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式得：由雙分子擴(kuò)散系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式得： 3331.750.52,22421/31/3110.001()/ ()、NHjNHjNHjTMMDcms jNHCHArpVV 32323433222,3232,3.14 10/ ;1.06 10/ ;3.21 10/ ;3.08 10/NHNNHHNHCHNHArDcms DcmsDcms Dcms 22332NHNH又又：322223313,;21322NHNHNHNHNHNNNNNNN 即CH4、Ar不參加反應(yīng)，所以，不參加反應(yīng)，所以

9、，NCH4=0; NAr =0。所以：所以：由由Stefan-Maxwell方程得：方程得：333331,/niNHjNHNHmj NHNHjyyNNDD 即得：即得：32,1787.32 /NHms cmD 代入數(shù)據(jù)得代入數(shù)據(jù)得23232323332324343,/1NNHNNHHNHHNHNHmNHNNHHCHArNHCHNHAryyNNyyNNDDDyyDD 由于由于462/20.082/ (13.1 10 )1.25 10aggrVScm 33229700/7.64 10/KNHaNHDrTMcms (1)當(dāng)計(jì)入當(dāng)計(jì)入Knudsen擴(kuò)散時(shí)擴(kuò)散時(shí)33322,1111787.32800.4

10、1 /7.64 10NH eNHmK NHs cmDDD 得：得：3342,0.5012.50 10/2.5800.4eff NHNH eDDcms (2)當(dāng)不計(jì)入當(dāng)不計(jì)入Knudsen擴(kuò)散時(shí)擴(kuò)散時(shí)332,11787.32 /NH eNHms cmDD 得：得：3342,0.5012.54 10/2.5787.32eff NHNH eDDcms 2-11 求下述情況下，催化劑孔道中的求下述情況下，催化劑孔道中的CO的有效擴(kuò)散系數(shù)。已知的有效擴(kuò)散系數(shù)。已知?dú)怏w混合物中各組分的摩爾分?jǐn)?shù)：氣體混合物中各組分的摩爾分?jǐn)?shù)：yH2O=0.50，yCO=0.1，yCO2=0.06，yN2=0.24;溫度溫度

11、400，壓力，壓力0.709MPa。催化劑平均。催化劑平均直徑直徑10nm，孔隙率，孔隙率0.50，曲折因子，曲折因子2.06。解：解：997210105 105 10aadrnmmrmcm 7810/ 2 =1010ar ，為為努努森森擴(kuò)擴(kuò)散散，所所以以有有：722673.159700/9700 5 10282.378 10/KCOaCODrTMcms 32,320.52.378 102.065.772 10/eff CONH eKCODDDcms 2-12 用空氣在常壓下燒去催化劑上的積碳，催化劑顆粒直徑為用空氣在常壓下燒去催化劑上的積碳，催化劑顆粒直徑為5nm，顆粒有效導(dǎo)熱系數(shù)，顆粒有效

12、導(dǎo)熱系數(shù)e=0.35J/(m.s.K),每燃燒每燃燒1molO2放出熱放出熱量量5.4108J，燃燒溫度，燃燒溫度760,時(shí)，氧在催化劑顆粒內(nèi)的有效擴(kuò)時(shí)，氧在催化劑顆粒內(nèi)的有效擴(kuò)散系數(shù)為散系數(shù)為510-7cm2/s。試估計(jì)定態(tài)下，催化劑顆粒表面與中心。試估計(jì)定態(tài)下，催化劑顆粒表面與中心的最大溫差的最大溫差。解：解：smDKKTmolJPTrHKsmJeffe/105;15.103315.273760/104 . 5),();./(35. 02118 由已知條件：由已知條件：22223101325 0.212.477/8.3145 1033.15OOOOPyPC RTCmol mRT 常常壓壓下

13、下的的氣氣體體可可看看作作理理想想氣氣體體混混合合物物，所所以以：ASASAeffreCCTTDH T P ()( ,)由球形催化劑內(nèi)組分的濃度差與溫度差的關(guān)系式由球形催化劑內(nèi)組分的濃度差與溫度差的關(guān)系式知當(dāng)顆粒中心處知當(dāng)顆粒中心處O2的濃度為零，即的濃度為零，即CO2=0時(shí)，溫差最大。時(shí)，溫差最大。max1180( ,)2.4775 105.4 100.350.191ASAeffreCTDH T PK 即即代入數(shù)據(jù)代入數(shù)據(jù)2-13 乙烯直接水合制乙醇可視為對(duì)乙烯的一級(jí)不可逆反應(yīng)，乙烯直接水合制乙醇可視為對(duì)乙烯的一級(jí)不可逆反應(yīng)，在在300 、7.09MPa下，下，k=0.09s-1,Deff=

14、7.0410-4cm2/s，采用直，采用直徑與高均為徑與高均為5mm的圓柱形催化劑，求內(nèi)擴(kuò)散有效因子的圓柱形催化劑，求內(nèi)擴(kuò)散有效因子。解：解：32332338(2.5 10 )(5 10 )0.092 (2.5 10 )2 (2.5 10 ) (5 10 )7.04 100.942CVppgsppeffpeffkVS kVSDSD 對(duì)于不同形狀的催化劑顆粒，西勒模數(shù)均可表示為對(duì)于不同形狀的催化劑顆粒，西勒模數(shù)均可表示為: :scmDskMPaPKKTeffVC/1004. 7;09. 0;09. 7;15.57315.273300241 由已知條件：由已知條件：3 0.9423 0.9423

15、0.9423 0.942111(3 )3110.9423 0.9420.693theeee 2-14 某催化反應(yīng)在某催化反應(yīng)在500 下進(jìn)行，已知本征反應(yīng)速率下進(jìn)行，已知本征反應(yīng)速率rA=7.69610-5PA2mol/(g.s)(式中式中PA的單位為的單位為MPa)，催化劑為直徑與，催化劑為直徑與高皆為高皆為5mm的圓柱體，的圓柱體，P=0.8g/cm3,顆粒外表面顆粒外表面A的分壓的分壓PA=0.101325MPa，粒內(nèi)組分，粒內(nèi)組分A的有效擴(kuò)散系數(shù)的有效擴(kuò)散系數(shù)Deff=0.025cm2/s。求催化劑的內(nèi)擴(kuò)散有效因子求催化劑的內(nèi)擴(kuò)散有效因子。解：解：52562623( );( );( );7.696 107.696 10(10) (10)/()CAAAwSVCgPCwSgvcwPAPAPAdNdNdNk f ck f ckf cdWdSdVdSS dWdVdWkk SkkrPRTCmolcms 又又所所以以所所以以，由題意知，此為二級(jí)反應(yīng)由題意知，此為二級(jí)反應(yīng)523337.69 100.8 (8.3145773.15)/ ()2.544 10/ ()cVkcmmol s