化学反应工程练习题解答.docx

1、化学反应工程练习题解答第一章习题1有一反应在间歇反应器中进行，经过8min后，反应物转化掉80，经过18min后，转化掉90，求表达此反应的动力学方程式。解2在间歇搅拌槽式反应器中，用醋酸与丁醇生产醋酸丁酯，反应式为：反应物配比为：A(mol):B(mol)=1:4.97，反应在100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。解3反应(CH3CO)2O+H2O2CH3COOH在间歇反应器中15下进行。已知一次加入反应物料50kg，其中(CH3CO

2、)2O的浓度为216molm-3，物料密度为1050kgm-3。反应为拟一级反应，速率常数为k=5.708107 exp(E/RT) min-1，E=49.82kJmol-1。求xA=0.8时，在等温操作下的反应时间。解4在555K及0.3MPa下，在平推流管式反应器中进行气相反应AP，已知进料中含A 30%（摩尔分数），其余为惰性物料，加料流量为6.3mols-1，动力学方程式为rA=0.27cA molm-3s-1为了达到95转化率，试求：(1)所需空速为多少?(2)反应器容积大小?解5反应A+BR+S，已知VR=0.001m3，物料进料速率V0=0.510-3m3min-1，cA0=cB

3、0=5molm3，动力学方程式为rA=kcAcB，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的出口转化率，反应器体积应多大?(3)若全混流反应器体积VR=0.001m3，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。解（1）平推流（2）全混流（3）VR=0.001m3时可达到的转化率第二章习题1.平行液相反应AP rP=1AR rR=2cAAS rS=cA2已知cA0=2kmolm-3，cAf=0.2kmolm

4、-3，求下列反应器中，cP最大为多少?(1)平推流反应器；(2)全混流反应器；(3)两相同体积的全混流反应器串联，cA1=1 kmolm-3。解2.自催化反应A+P2P的速率方程为：rA=kcAcP，k=l m3kmol-1min-1，原料组成为含A 13%，含P 1%（摩尔百分数），且cA0+cP0= l kmolm-3，出口流中cP= 0.9 kmolm-3，计算采用下列各种反应器时的空间时间(=VR/V0)。(1)平推流反应器；(2)全混流反应器；(3)平推流与全混流反应器的最佳组合；(4)全混流反应器与一分离器的最佳组合。解第三章习题1有一有效容积VR=1m3，送入液体的流量为1.8m

5、3hr-1的反应器，现用脉冲示踪法测得其出口液体中示踪剂质量浓度变化关系为：t/min01020304050607080c/kgm-3036543210求其停留时间分布规律，即F(t)，E(t)，解示踪法求停留时间分布规律t/minc/kgm-3cF(t)E(t)tct2c000000010330.1250.01253030020690.37500.02501202400305140.58330.02081504500404180.750.01671606400503210.8750.01251507500602230.95830.00831207200701241.00.0042704900

6、800241.00002480332002请将习题一中停留时间分布规律用对比时间作变量，求F()，E()，。解3在习题一的反应器中进行AD反应，已知cA0=25molm-3，动力学方程为rA=0.05cA molm-3min-1，请分别用：(1)凝集流模型； (2)多级混合槽模型；(3)平推流模型；(4)全混流模型。计算出口物料中A组分的转化率。解（1）凝集流模型t/minc/kgm-3cF(t)0000010330.1250.1189 0.0758220690.3750.2262 0.09197305140.58330.1793 0.04649404180.750.1365 0.022565

7、03210.8750.0974 0.01026602230.95830.0617 0.00415701241.00.0294 0.00126800241.00240.2525(2)多级混合槽模型：(3)PFR模型：(4)CSTR模型：4用题一的条件，采用轴向扩散模型，计算其Pe值与出口物料中A组分的转化率。解5设E()、F()分别为某流动反应器的停留时间分布密度函数和停留时间分布函数，为对比时间。(1)若反应器为PFR，试求：(a) F(1)，(b) E(1)，(c) F(0.8)，(d) E(0.8)，(e) E(1.2)(2)若反应器为CSTR，试求：(a) F(1)，(b) E(1)，(

8、c) F(0.8)，(d) E(0.8)，(e) E(1.2)(3)若反应器为一非理想流动反应器，试求(a)F()，(b) F(0)，(c) E()，(d) ，(e) 解(1)对PFR， F(1)=1， E(1)=，F(0.8)=0， E(0.8)=0， E(1.2)=0(2)(3)第四章习题1、乙炔与氯化氢在HgCl2活性炭催化剂上合成氯乙烯：其动力学方程式可有如下几种形式：(1)(2)(3)(4)试说明各式所代表的反应机理和控制步骤。解：（1）（2）（3）（4）2、丁烯在某催化剂上制丁二烯的总反应为：若反应按下列步骤进行：（1）分别写出a，c为控制步骤的均匀吸附动力学方程；（2）写出b为控

9、制步骤的均匀吸附动力学方程，若反应物和产物的吸附都很弱，问此时对丁烯是几级反应。解：（1）： a控制步骤时 （1）对b：令则(2)对c： 令则(3)由(3)代入(2)得：由得（2） c控制步骤时由a，令，则由b由得（3）b为控制步骤：当吸附很弱时，则对丁二烯是一级反应。第五章习题1.异丙苯在催化剂上脱烷基生成苯，如催化剂为球形，密度为P=1.06kgm-3，空隙率P=0.52，比表面积为Sg=350m2g-1，求在500和101.33kPa，异丙苯在微孔中的有效扩散系数，设催化剂的曲折因子=3，异丙苯苯的分子扩散系数DAB=0.155cm2s-1。解2.在硅铝催化剂球上，粗柴油催化裂解反应可认

10、为是一级反应，在630时，该反应的速率常数为k=6.01s-1，有效扩散系数为De=7.8210-4cm2s-1。，试求颗粒直径为3mm和1mm时的催化剂的效率因子。解3.什么是宏观反应速率的定义式？什么是宏观反应速率的计算式？两者有何异同？答定义式 计算式 RA=(rAS) 两者都反映了宏观反应速率与本征反应速率之间的关系。颗粒内实际反应速率受颗粒内浓度、温度分布影响，用定义式是难于计算的。计算式将过程概括为颗粒表面反应速率与效率因子的关系，而效率因子通过颗粒内扩散及浓度、温度分布的规律是可以计算的，从而得到总体颗粒的宏观速率。第六章习题1.在一总长为4m的填充床中，气体以2500kgm-2

11、hr-1的质量流率通过床层。床层体安装直径为3mm的球形催化剂颗粒，空隙率为0.45，气体密度为2.9kgm-3，其粘度为1.810-5kgm-1s-1。求床层的压降。解Ergun方程2.在铝催化剂上进行乙腈的合成反应C2H2+NH3CH3CN+H2+92.14kJ(A) (B) (R) (S)设原料气的体积比为C2H2:NH3:H2=1:2.2:1。采用三段绝热式反应器，段间间接冷却，使各段出口温度均为550，每段入口温度也相同，其反应动力学方程可近似表示为：流体的平均热容CP=128Jmol-1K-1。若要求乙腈的转化率为92%，且日产乙腈20吨，求各段的催化剂量。解3.在Tx图上，为平衡

12、曲线，为最佳温度曲线，AMN为等转化率曲线，指出最大速率点和最小速率点。BCD为等温线，指出最大速率点和最小速率点。答在AMN线上，M为最大速率点，N为最小速率点在BCD线上，C为最大速率点，D为最小速率点第七章习题1.在流化床反应器中，催化剂的平均粒径为5110-6m，颗粒密度P=2500 kgm-3，静床空隙率为0.5，起始流化时床层空隙率为0.6，反应气体的密度为1 kgm-3，粘度为410-2mPas。试求：（1）初始流化速度（2）逸出速度（3）操作气速解（1）计算初始流化速度设Re小于2，（2）计算逸出速度uT=Fu，Re10，F1uT=0.08856ms-1（3）估算操作气速操作气

13、速=(0.5-0.6)uT，取0.5，操作气速=0.5uT=0.044ms-12.在一直径为2m，静床高为0.2m的流化床中，以操作气速u=0.3ms-1的空气进行流态化操作，已知数据如下：dp=8010-6 m，P=2200 kgm-3，=2 kgm-3，=1.9010-2mPas，mf=0.5求床层的浓相段高度及稀相段高度。解计算逸出速度设2Re500，uT=Fu，Re10，F1uT=0.4811ms-1计算床层空隙率当1Re200时，计算浓相段高度估算稀相段高度3.在2题中如果要求出口气体中关键组分转化率为xAf=0.98，催化剂用量应取多少？解4.在2题中如果将操作气速由u=0.12ms-1提高到0.2 ms-1，出口气体中关键组分转化率是多少？床层高度有何变化？解床层高度的变化出口气体转化率的变化由于u的变化引起参数变化为第八章习题1.用纯水吸收CO、O2等气体中少量的NH3，已知在操作温度(10)下NH3的亨利系数HA=1.01kPaLmol-1；CO2，O2亨利系数HA=1.01105 kPaLmol-1。试求假定NH3，CO，O2在