化学反应工程习题库(含解答))优质PPT.ppt

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产物乙烯只是在链增长反应中生成，故它生成的速率就是反应的速率。

式中的由上面提出的反应历程，可以说明乙烷裂解反应为一级的。

5以醋酸（A）和正丁醇（B）为原料在间歇反应器中生产醋酸丁酯，操作温度为,每批进料1Kmol的A和4.96Kmol的B，已知反应速率，试求醋酸转化率分别为0.5，0.9，0.99所需的反应时间。

已知醋酸与正丁醇的密度分别为,解:

（A）（B）（C）（D）对每KmolA而言，投料情况如下表：

该反应为液相反应，反应过程中体积比不变，且每次投料体积为:

计算结果表明，转化率从0.9提高到0.99，反应时间从4.81h延长到52.9h，说明大量反应时间花在高转化率。

分别代入计算可得:

计算结果表明，转化率从0.9提高到0.99，反应时间从4.81h延长到52.9h，说明大量反应时间花在高转化率。

6.生化工程中酶反应为自催化反应，反应速率式，某温度下要求A的最终浓度降到，当原料的进料量为时，求：

（1）反应速率达到最大时，A的浓度为多少？

解

（1）要使反应速率最大即化简得,

（2）在全混流反应器中（3）在平推流反应器中,

（2）采用全混流反应器时，反应器体积是多少？

（3）采用平推流反应器时，反应器体积是多大？

（4）为使反应器体积为最小，将全混流和平推流反应器组合使用，组合方式如何？

其最小体积为多少？

（4）反应器的组合形式及最小体积要使反应器体积最小，从CA0到Cam应该用全混流反应器，而后从Cam到CAf串联一个平推流反应器。

全混流反应器体积为平推流反应器体积为,7两个等体积的平推流或全混流反应器形成七种组合，在等温下进行一级不可逆反应，反应速率平推流反应器与全混流反应器的停留时间均为1min，计算其最终转化率。

解:

（a）两个全混流反应器并联，（b）两个全混流反应器串联，（c）与（d）全混流反应器与平推流反应器串联,（e）与（f）两个平推流反应器并联或串联,（g）平推流反应器与全混流反应器并联,8.平行反应生成P的反应为主反应，P为主产物，求：

（1）在全混流反应器中所能得到的最大；

（1）全混流反应器,求：

（2）在平推流反应器中所能得到的最大；

（2）平推流反应器,9.纯苯氯化为串联反应，生成物为一氯苯，副产物为二氯苯反应方程式为的动力学方程,解：

由动力学方程可知，动力学方程各项中均有氯气浓度，计算过程中可消除，可用上述推导的一级串联反应形式的计算公式可进行。

对于理想混合间歇反应器，,在理想混合间歇反应器和理想混合连续反应器中进行上述串联反应，求主产物一氯苯的最高含量及此时产物浓度分布情况,对于理想混合连续反应器，,10.达到定态操作的反应器进口物料中，用脉冲法注入示踪有色物料，于出口用比色法测定有色示踪物浓度岁时间变化，见下表。

设过程中物料密度不变，试确定物料的平均停留时间分布函数，并计算方差。

由下式计算停留时间分布函数由下式计算平均停留时间由下式计算方差具体计算过程见下表,时间t/s01202403604806007208409601080示踪物浓度/（）06.512.512.510.05.02.51.000,计算结果：

11.在在搅拌良好的间歇反应器中，用乙酸和丁醇生产乙酸丁酯，反应式为：

（A）（B）（C）（D）反应在等温条件下进行，进料配比为乙酸1kgmol配丁醇4.97kgmol，并以少量硫酸为催化剂。

计算反应时间二级反应乙酸分子量为60，丁醇分子量为74，所以乙酸的浓度为,当使用过量丁醇时，其动力学方程式为式中反应速率常数，反应在液相进行，反应物密度为。

若每天生产2400kg乙酸丁酯，如要求乙酸转化率为50%，每批辅助时间为0.5Hr，试计算反应器的有效体积？

（2）计算有效体积每天需生产2400kg（P）则每小时乙酸用量为每小时所需原料总量为每小时需处理的原料体积为所以反应器有效体积为,12.在管式流动反应器中生产醋酸钉酯，若操作条件和产量上题相同，试计算所需反应器体积。

有上题可知每小时处理原料量为反应物乙酸的转化率为按理想管式反应器计算,13.在一管式流动反应器中进行乙烷热裂解制乙烯的反应，反应式为，反应温度为，反应压力1.4大气压，以水蒸气为稀释剂进行裂解反应。

水蒸气与乙烷之比为0.5：

1（摩尔比），乙烷加料速率为20吨/时，乙烷转化率要求达60%，若反应在等温等压下进行，并可忽略其它副反应，试计算下述两种情况时的反应器体积。

（1）反应为一级不可逆反应时：

乙烷的分子量为30，进料量为20吨/时，若反应为一级不可逆，则,

（1）设反应为一级不可逆反应

（2）若反应为一级可逆反应已知：

反应速率方程为以分压表示的化学平衡常数,反应起始时，乙烷与水蒸气的摩尔比为1：

0.5：

所以：

13.,

（2）若反应为一级可逆反应时,因上式不易积分，不能直接求区解析值，故采用图解积分法令,将计算关系列于下表将上列数据作图由图求得,14.在全混反应器中进行下列液相反应过程是连续且稳定的。

A与B的体积流率均为4L/min。

且A与B的浓度分别为。

现要求B的转化率为75%，问反应器体积为多大？

设反应物料密度不变。

由题知，反应器内的反应速率为；

代入速率式：

15.在全混反应器中进行下列液相反应反应物中AB按等摩尔比配成，其反应速率式为其速率常数，液体加料流率反应物浓度为，反应在等温条件下进行。

当A的转化率为87.5%时试用解析法求

（1）单个反应器，

（2）两个等体积反应器串联操作及（3）三个等体积全混反应器串联操作下，这三种情况的帆婴器体积各为多少？

（1）单个反应器，

（2）两个等体积反应器串联,（3）三个等体积全混反应器串联,可求得；

综合练习题,一、单项选择题:

在CSTR中进行一级不可逆恒温恒容串联反应：

APS，若E1E2，k1k2，为提高主产物P的得率Xp，应该选择（）较高浓度较高温度较低温度较低浓度在PFR中进行等温恒容一级不可逆串联反应APS，当主产物P的浓度Cp最大时的最优空时为opt（）.k1/（k2k1）某一级不可逆反应，当操作条件和转化率相同时，用一容积为V的大型平推流反应器和改用4个容积为V1的小型平推流反应器串联操作,反应器容积的相互关系为（）V2V1V4V1V4V1V4V1某单一反应，其反应速率的倒数（1/-rA）与关键组分的转化率xA呈单调下降关系，则在同等条件下应优先选择（）平推流或间歇操作的全混流全混流多釜串联全混流全混流后串联平推流式,综合练习题,二级不可逆反应的容积效率为（）1某反应A+BR,其动力学方程式rkrKAPAKBPB（1+KAPA+KBPB+KRPR）2,所代表的反应机理式和控制步骤是（）A+AB+BA+BRRR+催化剂颗粒的体积为VP、外表面积aP、比表面积SV、球形颗粒的外表面积为as，表征其颗粒特征的体积相当直径dV=（）（6VP/）1/3（ap/）1/26/SVaP/VP常用的催化剂颗粒中气体的有效扩散系数De模型近似计算公式为De=（）9700a（T/M）1/2pDAB/RT,综合练习题,表征轴向分散模型的Peclet准数Pe的数值越大，轴向返混程度（）越大越小不变为零表征催化剂的内扩散影响的Thiele模数，其数值越大，表明内扩散阻力（）越大越小不变为零在全混流反应器中停留时间大于平均停留时间的流体粒子占全部粒子的百分数（）36.79%63.21%18.4%75%有一平行反应：

AP,（主产物），rPk1；

k2其中k1k2,要提高选择率SP，应选择（）S,（副产物），rSk2CA；

提高温度操作提高CA操作降低CA操作降低温度操作,综合练习题,三级全混流反应器（等VR）串联操作时,其停留时间分布的散度为（）10011平推流反应器中流体浓度分布的特点是:

（）轴向上处处相同,径向上不同;

轴向和径向上处处相同;

径向上处处相同,轴向上不同;

轴向和径向上处处不同.在流化床反应器中，从气泡经气泡晕到乳相的传递可认为是一个串联过程，其总括交换系数（Kbe）b与气泡-气泡晕的交换系数（Kbc）b、气泡晕-乳相间的交换系数（Kce）b三者之间的关系可表示为（）（Kbe）b（Kbc）b（Kce）b；

1/（Kbe）b1/（Kbc）b1/（Kce）b；

（Kbe）b（Kbc）b（Kce）b；

1/KLA=1/HAkGA1/kLA；

表征气-液相反应的参数八田（Hatta）数Ha或，对于拟一级不可逆快速反应（-R）=kCACB，CB大过量时可视作（-RA）=kCA，则Ha=（）或；

;

综合练习题,K-L（即国井-Levenspiel）鼓泡（流化）床数学模型假定床顶出气组成可用气泡中的组成代替。

在定常态下进行一级不可逆反应时，床顶出气转化率表达式为;

（）；

二.填空:

化学反应的速率常数的对数lnk与反应温度T的关系可表示为。

反应程度与反应组分i（计量系数为i）的转化率xi的关系为：

xi=。

对于温度和浓度均匀的连续流动系统，就选定的控制体积如以组分A的摩尔流率FA/mols-1进行物料衡算，则单位时间内输入量FA,in、输出量FA,out、反应消耗量FA,r和积累量FA,b之间的关系即物料衡算式为；

在连续稳态操作条件下为。

综合练习题,表征轴向分散模型的Peclet准数Pe的数值越大，轴向返混程度越；

而表征催化剂的内扩散影响的Thiele模数，其数值越大，则表明内扩散阻力越。

定常态下气体双组分扩散时综合扩散系数D。

等温催化剂的有效系数；

其粒内浓度分布的方程式为：

。

催化剂颗粒的体积为VP、外表面积aP、比表面积SV，表征其颗粒特征的体积相当直径dV=，面积相当直径da，比表面相当直径ds=。

对于反应-rA1和反应-rA2速率单位均采用Kmol/mh，则1的因次为：

_，2的因次为：

_。

综合练习题,反应物A的水溶液在等温CSTR中进行二级反应，出口转化率为0.4，现在改在等体积的PRF中进行，则出口转化率为；

如在PRF中进行等温一级不可逆反应，反应物A的初始浓度为CA0，转化率为xA，当反应器的体积增大到n倍时，反应物A的出口浓度为，转化率为；

在PRF中进行等温一级均相反应，反应器体积不变，进口物料A的浓度CA0从1mol/l增大到2mol/l,如果出口转化率xA不变,进料体积流量v0必须。

催化剂床层堆密b、颗粒密度p及颗粒真密度t之间的关系是。

综合练习题,三.简答题：

简要说明反应器特性和反应器设计的主要任务。

写出单层绝热床的催化剂用量方程、床层高度方程式。

气一固相催化反应过程一般包括哪些步骤?

简要说明固定床拟均相模型及其一维模型的基本假定要点，说出两类拟均相一维模型。

右图为CSTR的Qg-T和Qr-T关系示意图，请写出放热速率线Qg和撤热速率线Qr表达式，并在图中标注出稳定的定常态点和可选热稳定操作点。

综合练习题,一PFR、一CSTR和一层流模型反应器三者的平均停留时间相等且=2min，图a、图b分别为三者E（t）t曲线和F（t）t曲线的迭放示意图