反应工程习题答案Word文件下载.docx
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Cck3gCCk4C°
k1CACbkzCcksCpCCkqC。
ksCcSkeCE
k3SCCkqC。
k5CcCDkeCE
2kQACB2k2Cck3CACck4C°
22
Z^CaCb2k2Cc
k1CACBk2Cck3CACck4CD
k3CACckqCD
气相基元反应A+2Bt2P在30C和常压下的反应速率常数
气相分压来表示速率方程，10即（-「A）=kppApB2,11
27330303K
2.65104m6kmol
P
RT
kCCAcBkC—
kpPApB
«
2.65
Pb
104m6kmol2s1
（RT）38.314kJkmol1K1
1.655106kmolm3s-1kPa-3
303K
12
有一反应在间歇反应器中进行,过18min后，16
转化掉90%,
13
17
kt
1
Ca0
（kCA0）8min
go）18min
假设正确,
dCA,
Xa
10.8
810.8
10.9
1810.9
动力学方程
为
kc=2.65x104m6kmol-2s-1。
现以
求kp=?
（假定气体为理想气体）
经过8min后，14
求表达此反应的动力学方程式。
反应物转化掉80%,15经
18反应A（g）+B（l）tC（l）气相反应物
动力学方程为：
-rA=kcACB。
由于反应物B在水中的浓度远大于A,20在反应过程中可
A被B的水溶液吸收，19吸收后A与B生成C。
反应
视为不21变，而22反应物A溶解于水的速率极快，23以至于A在水中的浓度恒为其饱和溶解度。
试求此反应器中液相体积为5m3时C的生成量。
已知
k=1m3kmol-1hr-1,24CB0=3kmolm-3,25Ca饱和=0.02kmolm-3,26水溶液流量
为10m3hr-1。
「akCACB由已知条件，Ca与Cb均为常数
5m3
3.0.5hr
10m3hr1
5m30.15kmol
「a10.0230.06kmolm3hr1
反应时间即液相在反应器中的停留时间
C的生成量NC0.06kmolm3hr10.5hr
27反应2出2NON22出0,28在恒容下用等摩尔出，29NO进行实验，30测
得以下数据
求此反应的级数。
解
总压/MPa
0.0272
0.0326
0.0381
0.0435
0.0543
半衰期/s
265
186
135
104
67
dpAdt
kppA
pndpAkpdt
PA
n
t12
PdpA
dt
Pa0
n1
Pa
kpt
1n1n
pA0pA
Pa0
tt12
0.5PA0
11dPa
0n0.51n
PA0kpt12
10.51
1n
10.51n
.pA0
切2ln
1nln
Pa0lnti2
PA0-p总
kpn
kpn1
PA0
0.1360
0.1630
0.1905
0.2175
0.2715
t1'
lnPa0
1.995
1.814
1.658
1.526
1.304
lntn
5.580
5.226
4.905
4.644
4.205
时间/s
116.8
319.8
490.2
913.8
1188
oo
3
CA/kmolm
99.0
90.6
83.0
70.6
65.3
42.4
CB/kmolm
56.6
48.2
40.6
28.2
22.9
试确定该反应反应级
35
A和B在水溶液中进行反应，34在25C下测得下列数据,数和反应速度常数。
由Ca-cb=42.4可知反应应按下列方式A+Bt产物进行设为二级反应
Parameter
Value
Error
A
1.60217
0.01399
B
-1.9946
0.00834
斜率
1.9946
1nn3
31
考虑反应
A3P,32其动力学方程为
以总压表示的动力学方程。
p总
t0
nA0
Pao
tt
nA
3nAonA
3PaoPa
3pao2pa
3paop总V
3pao
p总nA
2RT
dnA
dp总
Vdp总3Pao
p总V
Inti2对InPao作图，得直线
Y=A+B*X
三级
V
Vdp总dt
k——
V试推导在恒容下
3Paop总
33
dCAkt—1—IncAcB0
kCACgcccc
dt积分得：
CA0CB0CAOCb
-^lnCA
以CaoCboCb对t作图若为直线，则假设正确。
由Cao-cbo=42.4整理得数据如下：
116.8319.8490.2913.81188
In
Ca
0.01320.01490.01690.02160.0247
CA0CB0CB
线性回归:
0.026
t
0.01166
1.84643E-4
1.08978E-5
2.55927E-7
y
1.0898
5
10t0.0116
k
10mkmols
等1.0898105caCb
36丁烷在700C,37总压为0.3MPa的条件下热分解反应：
C4H10T2C2H4+H2
（A）（R）（S）
dPA0.24MPas1起始时丁烷为116kg，当转化率为50%时dt，求此时
dpRdnsdyA
dt'
dt'
dt。
葩2血20.240.48MPas1
dtdt
dps
dpA
pSV
dns
-nS——
116
2kmolxA
0.5时
58
1kmol,
nR2kmol,nS
1kmol
ntRT
4RT
%、
300
RTdps
nt4kmol
dnsVdps
4dps
dtRTdt300dt
42.40.032kmols1
dyA
1dpA
p总dt
0.3
0.240.8s1
38某二级液相不39可逆反应在初始浓度为5kmolm-3时，40反应到某一浓度需要285s,
41初始浓度为1kmolm-3时，42反应到同43一浓度需要283s，44那么，45
从初始浓度为5kmolm-3反应到1kmolm-3需要多长时间？
t=285-283=2s
反应前后体积不变的不可逆反应，已经反应掉的部分不会对反应产生任何影响。
反应过程中
的任意时刻都可以作为初始时刻和终了时刻。
46在间歇搅拌槽式反应器中，47用醋酸与丁醇生产醋酸丁酯，48反应式为：
Hso
CH3COOHC4H9OH24CH3COOC4H9H2O
ABRS
反应物配比为：
A（mol）:
B（mol）=1:
4.97，反应在100C下进行。
A转化率达50%需要时间为24.6min，辅助生产时间为30min，每天生产2400kg醋酸丁酯（忽略分离损失），计算反应器体积。
混合物密度为750kgm-3，反应器装填系数为0.75。
ABRS
Mj6074116
1100
R产量2400/24100kghr10.862kmolhr
转化率50%,则A的投料量08621.724kmolhr1
0.5
折算成质量流量1.72460103.4kghr1
A:
B1:
4.97则B投料量1.7244.9774634.1kghr
总投料量103.4634.1737.5kghr1
换算成体积流量73750.9834m3hr1
750
546
总生产时间24.63054.6min折合注0.91hr
60
反应器有效体积0.98340.910.8949m3
反应器总体积089491.2m3
0.75
49反应（CH3CO）2O+H2Ot2CH3COOH在间歇反应器中15C下进行。
已知一次加入反应物料50kg,50其中（CH3CO）2O的浓度为216molm-3,51物料密度为1050kg-m-3o反应为拟一级反应，52速率常数为k=5.708x107exp（-E/RT）min-1,53E=49.82kJmol-1。
求xa=0.8时，54在等温操作下的反应时间。
7498201
k5.708107exp（）0.05252min1
8.314288
1111
t-lnIn30.6min
k1xa0.0525210.8
55在100C下，56纯A在恒容间歇反应器中发生下列气相反应
2AtR+S
A组分分压与时间关系见下表：
t/sec
20
40
80
100
120
140
160
pA/MPa
0.1
0.096
0.080
0.056
0.032
0.018
0.008
0.004
0.002
试求在100C,0.1MPa下，进口物流中包含20%惰性物，A组份流量为100mol-hr-1，达到95%转化率所需的平推流反应器的体积。
平推流反应器的停留时间与间歇反应器的反应时间相同。
由数据表可知，pA00.08MPa,转化率95%pA0.004MPa所需要的反应时间为
t14040100s
8.314373.15
Vvt360061000.1077m3
0.11010.2
57间歇操作的液相反应AtR,58反应速率测定结果列于下表。
欲使反应物浓度由
CA0=1.3kmolm-3降到0.3kmolm-3需多少时间
0.20.30.40.50.6
0.7
0.8
1.0
1.3
2.0
（-rA）/kmolm-3min-1
0.30.50.60.50.25
0.10
0.06
0.05
0.045
0.042
CA0
1.3kmolm
cAf0.3kmolm
tr
xadxA
cadcA
0（「a）
Ca0（：
）
图解积分
-30.1
cAkmolm
0.2
0.4
0.50.60.7
110
「a
3.33
1.67
4.0
10
16.7
20.0
22.2
23.8
tr*2.016.72（1.672410）罟（16.720）罟（2022.2）2.7023.676.3312.7min
59一气相分解反应在常压间歇反应器中进行，60在400K和500K温度下，61其反应
速率均可表达为-rA=23pA2molm-3s-1，62式中pa的单位为kPa。
求该反应的活化能。
将分压换算成浓度：
PaCaRT
400K下：
rA23pAkmolm3s1
rA23cA400R
同理：
500K下：
23cA500R
rA400
rA500
16exp
25
E11
8.314400500
E7421Jmol
63有如下化学反应
CH4+C2H2+H2=C2H4+CH4
（I）（A）（B）（P）（I）
在反应前各组分的摩尔数分别为（用两种方法）。
方法一
nI0=1mol；
nA0=2mol；
nB0=3mol；
nP0=0，求化学膨胀率
AyA0A
111,
yA0
1233
方法
Vx1Vx010322123
Vxo
64在555K及0.3MPa下，65在平推流管式反应器中进行气相反应A宀P,66已知进
料中含A30%（摩尔分数），67其余为惰性物料，68加料流量为6.3mols-1,69动力学方程式为-rA=0.27cAmolm-3s-1为了达到95%转化率，70试求：
（1）所需空速为多少？
（2）反应器容积大小？
SV
Vr
标准空速为:
dxA
095dxA
1ln
0.271
rA
00.271
0.95
11.10
0.09s1
0.0969
11.101.
075m3
Cao0
11.10s
6・310&
314555・150.0969m3s1
SVNO
V。
卫卫
TP0
210.2
10.2k
k2hr
273.150.3
555.150.10130131s1
1.075
71液相一级不72可逆分解反应AtB+C于常温下在一个2m3全混流反应器（CSTR,73
MFR,74连续搅拌槽式反应器）中等温进行。
进口反应物浓度为1kmolm-3,
75体积流量为1m3hr-1,76出口转化率为80%。
因后续工段设备77故障，78出口物流中断。
操作人员为此紧急停止反应器进料。
半小时后故障排除，79生产恢
复80。
试计算生产恢复81时反应器内物料的转化率为多少？
首先求反应速率常数
全混流反应器切断进出料即为间歇反应器
kte
CA20.5
—eca
CA0
Ca0Ca
10.0736
0.9264
0.0736kmolm
82第17题中的反应，83
（1）当CA0=1.2kmolm-3,84进料速率1kmolA・hr-1,85转化率为75%;
（2）CA0=1.3kmolm-3,86进料速率2kmolA-hr-1,87出口为0.3kmolm-3;
（3）
CA0=2.4kmolm-3,88出口仍然为0.3kmolm-3,89进料速率为1kmolA・hr-1。
计算三种情况下，90用全混流反应器的体积各为多少？
Vo「AfCao
1.21
0.3由数据表，对应r
a0.5kmolm3min
Vr1
1.2
0.025m
Vr2
0.051m
Vr3
2.4
0.029m3
91反应A+BtR+S,92已知VR=0.001m3,93物料进料速率Vo=o.5x10-3m3min-1,94
CAo=cBo=5molm3,95动力学方程式为-「A=kcACB,96其中k=100m3kmol-1min-1。
求：
（1）反应在平推流反应器中进行时出口转化率为多少？
（2）欲用全混流反应器得到相
同97的出口转化率，98反应器体积应多大？
（3）若全混流反应器体积VR=0.001m3，99可达到的转化率为多少？
已知k=1m3kmol-1hr-1,CB0=3kmolm-3,ca饱和=0.02kmolm-3，水溶液流量为10m3hr-1。
平推流
XAf
0（1Xa）2
11
—（一1）
VRkCA0
kCA01XAf
10.5
!
0.0010.15
0.0005
CA0CA
0.0050.0025
V0
kCACB
1000.00252
乂
1034
2103m3
CA0XA
kCACB
kC；
01Xa2
103xa
0.001m
全混流
1000.0051xA
xa0.3820
100在全混流反应器中进行如下等温液相反应:
2Atb+C
rc=k1CA
A+Bt2D
rD=2k2CACB
A的初始浓度为2.5kmolm-3,A和C的出口浓度分别为0.45和0.75kmolm-3。
假设进口物流中不含B、C、D,反应时间为1250sec,求：
1.出口物流中B和D的浓度;
2.ki和k2。
反应共消耗A2.50.45
2.05kmol
每消耗2个A生成1个C,生成C所消耗的A为20.75
1.5kmolm
生成D所消耗的A为2.051.5
0.55kmolm
每消耗1个A将生成2个D，因此D的出口浓度为0.5521.1kmolm
每生成1个C伴生1个B，但每生成1个D又消耗0.5个B，所以，
0.2kmol
0.750
12502
k10.45
k12.963
3311
B的浓度为0.750.51.1
Cd
「D
1250
1.10
2k20.450.2
k2
4.889103m3kmol1s1
第二章习题
1.动力学方程的实验测定时，2.有采用循环反应器的，3.为什么？
循环反应器行为与全混流反应器相同，可以得到反应速率的点数据，而且反应器进出口
浓度差比较大，对分析精度要求不很高。
4.为什么可逆吸热反应宜选平推流反应器且在高温下操作，而5.可逆放热反应却不6.
是?
根据可逆放热反应的特点，7.试问选用何种类型反应器适宜？
为什么？
可逆吸热反应的反应速率与化学平衡都随温度的升高而升高，高温下操作对二者都有利。
可逆放热反应的化学平衡随温度的升高向反应物方向移动，对达到高转化率不利。
对此类反
应，可选用多段绝热反应器或换热条件较好的管式反应器。
8.一级反应AtP,9.在一体积为Vp的平推流反应器中进行，10.已知进料温度为
150C,11.活化能为84kJmol-1,12.如改用全混流反应器，13.其所需体积设为
Vm,14.则Vm/Vp应有何关系？
当转化率为0.6时，15.如果使Vm=Vp,16.反应温度应如何变化？
如反应级数分别为n=2,17.1/2,18.-1时，19.全混流反应器的体积
将怎样改变？
解：
（G
kCAk°
exp（rt
）Ca
PFR
VpXadxA
Fa00（G
CA0k
XadxA
01Xa
CSTR
Vm
Fa0
CA0k（1
Xa）
XAk
CA0k
ln（1
Vpk（1Xa）In（1Xa）
exp（-E—）亠
RTmRT/（
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