化学反应工程陈甘棠答案.docx
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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)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?
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。
2
pc2h4(mmhg)
r0?
10(mol/hr?
g催化剂)
5
70100195247315465
3.9
4.46.06.67.25
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?
12
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)
2
r0?
?
pa
(k2?
k3pa)
2
pc2h4(mmhg)
70100195247315465
r0?
10(mol/hr?
g催化剂)
5
3.9
4.46.06.67.25
5.4
1.34
10
?
3
1.511.801.93
2.082.93
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
?
1
pa?
pa0(1?
xa)1?
?
aya0xa
?
(1?
xa)(1?
xa)
pa0?
(1?
xa)(1?
xa)
pa
同理:
pr?
ps?
xa1?
xa
p
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)
2
2
2
式中:
a?
1?
2
pk
b?
(
1p
?
kr?
ka)/kka
c?
(
2p
?
kr)/kkad?
(
1p
?
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
x
22
1?
ax
dx?
c?
2xf0
x1?
ax2
?
d?
2xf0
d1?
ax2
2
?
?
?
2a
2a
b
xf0
x1?
axdx?
?
?
2a
c2a
2
b
xf0
x1?
ax?
c?
2
xf0
x1?
ax2
dx?
2d
?
2
xf0
11?
ax?
d
?
2
xf0
11?
axb?
d
1?
axf1?
axf
ln(1?
axf)?
bxf
2
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
m
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:
12
12
?
ab?
(?
a
?
?
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
2
?
c6h6
?
0.001858(473)
3/2
0.86022.01678.11
?
cm/s2
pp(4.088)(0.9483)
(
1
?
1
当p=0.1mpa=1atm时dh
2
?
c6h
?
6
0.8601
cm/s?
0.860cm/s
22
当p=3.5mpa=35atm时dh
h2?
c6
?
6
0.86035
cm/s?
0.02457cm/s
22
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
2
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)
2
2vgsg
2?
g
2?
0.521.06?
350?
10
4
解:
a?
?
?
psg
?
?
2.8?
10
?
7
cm
孔径很小属努森扩散区:
dk?
9700?
9700?
2.8?
10
116.89?
10
?
3?
3
?
7
500?
2731201
?
6.89?
10
?
3
2
?
3
cm/s
2
d?
1
1/dk?
1/dab
?
?
6.60?
10
cm/s?
dk
?
0.155
?
3
de?
?
dd?
?
0.52?
6.60?
10
3
?
1.14?
10cm/s
2
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
?
2?
r?
2r?
2?
?
r
2
?
rp
2
?
r?
2r
2
,故rp?
r
rp1rp2
?
0.1
?
0.250.4
xaf0
dx?
ra
?
ca0?
xaf0
dx
?
kvca0(1?
xaf)
?
1
?
kv
ln
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
2
3
4
5
【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/chemicalreactionengineering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,20112、朱炳辰等,《化学反应工程》(第五版),化学工业出版社,20123、李绍芬等,《反应工程》(第二版),化学工业出版社,2008
4、ronaldw.missen,charlesa.mims,bradleya.saville.chemicalreactionengineeringandkinetics.jonwileysons,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
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- 化学反应 工程 陈甘棠 答案