化学反应工程练习题解答.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流化学反应工程练习题解答.精品文档.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750kg·m-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)2O的浓度为216mol·m-3，物料密度为1050kg·m-3。反应为拟一级反应，速率常数为k=5.708×107 exp(E/RT) min-1，E=49.82kJ·mol-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6.3mol·s-1，动力学方程式为rA=0.27cA mol·m-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=0.5×10-3m3min-1，cA0=cB0=5mol·m3，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=3kmol·m-3，cA饱和=0.02kmol·m-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=2kmol·m-3，cAf=0.2kmol·m-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 kmol·m-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 kmol·m-3，出口流中cP= 0.9 kmol·m-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1.8m3hr-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/kg·m-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/kg·m-3cF(t)E(t)t·ct2c000000010330.1250.01253030020690.37500.02501202400305140.58330.02081504500404180.750.01671606400503210.8750.01251507500602230.95830.00831207200701241.00.0042704900800241.00002480332002 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=25mol·m-3，动力学方程为rA=0.05cA mol·m-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/kg·m-3cF(t)0000010330.1250.1189 0.0758220690.3750.2262 0.09197305140.58330.1793 0.04649404180.750.1365 0.02256503210.8750.0974 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)，(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=1.06kg·m-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2500kg·m-2hr-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2.9kg·m-3，其粘度为1.810-5kg·m-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=128J·mol-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ADMNCBTx3. 在Tx图上，为平衡曲线，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 kg·m-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 kg·m-3，粘度为410-2mPa·s。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，Re<10，F1uT=0.08856ms-1（3）估算操作气速操作气速=(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=0.3m·s-1的空气进行流态化操作，已知数据如下：dp=8010-6 m，P=2200 kg·m-3，=2 kg·m-3，=1.9010-2mPa·s，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2<Re<500，uT=Fu，Re<10，F1uT=0.4811ms-1计算床层空隙率当1<Re<200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=0.12m·s-1提高到0.2 m·s-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=1.01kPa·L·mol-1；CO2，O2亨利系数HA=1.01105 kPa·L·mol-1。试求假定NH3，CO，O2在水中即液相中传质系数相等，且kAG=4.0510-3 mol·cm·kPa-1L-1s-1；kAL=0.01cm·s-1。（1） 气膜和液膜阻力各为多少？（2） 应采用哪种形式的速率式？（3） 采用化学吸收是否都可用？为什么？解对NH3气膜和液膜阻力总阻力：347.9气膜246.9，占71% 液膜101占29%对CO，O2气膜和液膜阻力 总阻力：10100247气膜247，占0.244% 液膜1.01×107占99.76%对易溶气体，气膜阻力为主，化学吸收增强不显著。对难溶气体，液膜阻力为主，化学吸收增强显著。2. 在半间歇鼓泡塔中进行苯氯化生产一氯化苯的反应：Cl2(G)+C6H6(L)C6H5Cl+HCl(A) (B) (R) 为了控制副反应，确定苯的最终转化率为0.45。某装置年生产能力为8万吨一氯化苯（每年以7000小时计）。反应生成一氯化苯的选择性SR=0.95。在操作条件下，已知DAL=7.5710-9m2s-1；cAI=1.03kmol·m-3；kAL=3.710-4 m·s-1；rA=rB=kcAcB； k=2.0810-4 m-3kmol-1s-1；B=810kg·m-3；比表面积=200m2m-3；装填系数=0.7；平均气含率G=0.2，每批料辅助生产时间t=15min，计算所需鼓泡塔反应器容积。解求苯的初始浓度计算八田数，式中，cBL取最大值cB0。慢反应，=1式中，代入xBf=0.45及其它数据：每批料生产时间：每年生产批每批产量氯苯投料苯折合计反应器容积：