化学反应工程陈甘棠答案
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1 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?1
b??2?b?2
a?1?b?2?c?2??1（控制步骤） c?1?c??1
（3）aa?
bb?
2 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。
2
pc2h4(mmhg)
r0?10(mol/hr?g催化剂)
5
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
acohacoh?c2h4c2h4?
acoh?c2h4?hc2h4oac
o2?2??2o?
hc2h4oac??o??c2h3oac??h2o? (控制步
3 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)
4 70 100 195 247 315 465
r0?10(mol/hr?g催化剂)
5
3.9
4.4 6.0 6.6 7.25
5.4
1.34
10
?3
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
?1
pa?
pa0(1?xa)1??aya0xa
?
5 (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)/kka d?(
1p
6 ?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?2 xf0
x1?ax 2
?d?2 xf0
d1?ax 2
2
?
?
?2a
2a
b
xf0
x1?ax dx? ?
?2a
7 c2a
2
b
xf0
x1?ax ?c?
2
xf0
x1?ax 2
dx?2 d
?2
xf0
11?ax ?
d
?2
xf0
11?ax b?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：
8 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
9 ?c6h6
?0.001858(473)
3/2
0.86022.01678.11
?cm/s 2
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
10 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：
11 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?
?
12 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
?
