2022年化学反应工程练习题解答.docx
精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载第一章习题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,经过解18min 后,转化掉90,求表达此反应的动力学方程式；kt11x AAc A0x kc A08min110. 881212 为8.0 kc A0 18min11.099180 .假设正确,动力学方程d cA2 kc Ad t2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：CH3 COOHC4 H9OHH2 SO 4CH3 COOC4 H9H2OABRS反应物配比为：Amol:Bmol=1:4.97,反应在100下进行； A 转化率达50需要时间为24.6min ,帮助生产时间为30min,每天生产2400kg 醋酸丁酯（忽视分别缺失） ,运算反应器体积；混合物密度为750kg· m-3,反应器装填系数为0.75；解名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - ABR优秀学习资料欢迎下载S3Mi6074116R产量2400/24100kghr11000.862kmolhr1116转 化率50%,就A的投料量0.8621.724kmolhr10.5折算成 质量流量1.72460103.4kghr1A:B1:4.97 就B投料量.1 7244.9774634.1kghr1总投料量103.4634.1737.5kghr1换算成体 积流量737.50.9834m3hr1750总生 产时间24.63054.6min折合54.60.91hr60反应器有效体 积0.98340.910.8949m3反应器总体积0.89491.2m30.75反应 CH 3CO 2O+H 2O2CH3COOH 在间歇反应器中15下进行；已知一次加入反应物料 50kg,其中 CH 3CO 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× 10 7 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4k.5 708107exp49820 8 . 314 288.0 05252min1A P,已知t1ln111ln11830 6.minkx A0 . 05252.0在 555K 及 0.3MPa 下,在平推流管式反应器中进行气相反应名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载进料中含 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- r A=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V 0c6 .3.1038.314555.150. 0969m3s119511.10 s030095dx A0. 950 .d xAxA01ln1S VA000r A271. 270 .111. 1010.09 s1V RV00.096911. 101 .075m3标准空速为：5S VNOV 0T 0p0. 0969273.15.0.30 .131 s13min-1,Tp0555 . 151 . 07501013VR反应 A+B R+S,已知 VR=0.001m3,物料进料速率V0=0.5× 10-3mcA0=cB0=5mol ·m 3,动力学方程式为- r A=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如全混流反应器体积 VR=0.001m 3,可达到的转化率为多少 . 已知 k=1m 3kmol-1hr-1,c B0=3kmol ·m-3,cA 饱和=0.02kmol · m-3,水溶液流量为10m 3hr-1；解名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载（1）平推流V R1x Afd x A2 10 1110 . 5V 0kc A00 1x Akc Ax Afx Af11115V Rkc A01.0 001.0 11V 00 . 0005（2）全混流名师归纳总结 V Rc A0cAcA0cA0.0050. 00254第 4 页,共 32 页V 0rAkc Ac B1000. 00252V RV 00.510342103m3（3）VR=0.001m3 时可达到的转化率V Rc A0c Ac A0c Ac A0x AV 0r Akc Ac B2 kc A01x A2V R0 . 001 m30 . 5103x A21000 . 0051x A11x A2x A0 . 3820x A- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载其次章习题1.平行液相反应-3,求以下反应器中,cP 最大为多少 . A P rP=1 A R r R=2cAA S r S=cA2已知 cA0=2kmol ·m-3,cAf=0.2kmol ·m解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,1cA1=1 kmol ·m-3；S PrPr Pr S112 c Ar R2 c A1c A2For PFR12d c A20 . 5 kmol-m312 2S pc A01c Afc A0S Pd c Ac Afc PS pc A0c Afc A01cAfc A1111 1c Af 1c A01.0 212For CSTRc Af1120 . 2 1c PS pc A0c Afc A0c Af.01 . 25 kmolm-3名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - For twoCSTRin 优秀学习资料欢迎下载Series2.c PcA0cA1S P1c A1cAfS P22111210.2 112.21 00.250. 560.81 kmolm-3自催化反应A+P 2P 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,运算采纳以下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正确组合；4全混流反应器与一分别器的正确组合；解c A01kmolm3x Ain10 .07140xAf09.1dx14r Akc Ac Pkc A01x AcA0xA2 kc A01xAx A1For PFRd xA1c A0xAfdx A1x AfxAfxAinrAkc A0xAin1xAx Akc AxAin1x Ax Ax Af0.94. 76min1ln1x Af111ln1.09kc A0x Ain0. 07141xAin10.0714For CSTR名师归纳总结 c A02 kc Ax Afx AinxAf11109.00 .07149 2.min第 6 页,共 32 页01xAf19.09.- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - For CSTRPFR优秀学习资料欢迎下载名师归纳总结 由于1与r A 的极值点相同,令dr A0,有12x A0,x A10. 5第 7 页,共 32 页r Ad x A1x Afx Ain1.0500. 07141. 71min1kc A0 1x A1 x A111 1. 50.5c A1c A0 1x A1.0 5kmolm30. 0714.1 71min0. 92ln100. 92. 20. 510. 5121. 712. 20.391minFor CSTR分别器ddr A0,xA 1.05x A1x Afx Ain10. 5kc A0 1x A1x A111 10. 50. 5- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载第三章习题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/min 0 10 20 30 40 50 60 70 80 c/kg ·m-30 3 6 5 4 3 2 1 0 求其停留时间分布规律,即Ft,Et, t ,2t解示踪法求停留时间分布规律t/min c/kg ·m-cFt Et t ·c t2c3名师归纳总结 t2tc0 0 0 0 0 0 0 第 8 页,共 32 页10 3 3 0.125 0.0125 30 300 20 6 9 0.3750 0.0250 120 2400 30 5 14 0.5833 0.0208 150 4500 40 4 18 0.75 0.0167 160 6400 50 3 21 0.875 0.0125 150 7500 60 2 23 0.9583 0.0083 120 7200 70 1 24 1.0 0.0042 70 4900 80 0 24 1.0 0 0 0 24 272 .2min280 33200 80033 . 33minc2433200 24233 . 33t2ct2tc- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载2 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,2 ；解tFFtEEt33 . 33 mint22V RV R1t2V 0V 01 . 53 在习题一的反应器中进行A D 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；运算出口物料中 A 组分的转化率；解（1）凝集流模型名师归纳总结 t/min -c/kg ·mcFt ccexpkt第 9 页,共 32 页0 30 0 0 0 10 3 3 0.125 0.1189 0.07582 20 6 9 0.375 0.2262 0.09197 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 30 5 优秀学习资料欢迎下载14 0.5833 0.1793 0.04649 x A140 4 kt18 0.75 0.1365 0.02256 50 3 21 0.875 0.0974 0.01026 60 2 23 0.9583 0.0617 0.00415 70 1 24 1.0 0.0294 0.00126 80 0 24 1.0 0 24 0. 74750.2525 cexpc2多级混合槽模型：2 1210. 245N11N0 .4.08. 334.080.75562Nx A111k00533N4. 083PFR 模型：x AV RV 033 . 33 minc A0xAd x A1x Ad x A0r A0 . 0501x A20xAd x A20ln1133 . 3301x Ax A0 . 81114CSTR 模型：名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - VR33. 33min优秀学习资料欢迎下载V 0c A0cAc A0xA20xA33. 33A 组分的rAf0.05c A01xA1x Ax A0.6250Pe 值与出口物料中4 用题一的条件,采纳轴向扩散模型,运算其转化率；解t1满意闭闭式边界条件2exp1. 39766 . 99311expPe2t2.0 2452t2PePe试差得Pe6. 9930. 0533 .331 . 397614 k14Pe6. 993x A112exp4expPe2Pe12expPe22111. 39762exp41. 3976exp6. 99321 . 3976.6 99311. 3976221.024220. 75785 设 E、F分别为某流淌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；名师归纳总结 1如反应器为PFR,试求：第 11 页,共 32 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载a F1 ,b E1, c F0.8,d E0.8,e E1.2 2如反应器为CSTR,试求：a F1 ,b E1, c F0.8,d E0.8,e E1.2 3如反应器为一非抱负流淌反应器,试求d,e 0EdaF,b F0, c E, d 0F解1对 PFR, F1=1 , E1=, F0.8=0, E0.8=0, E1.2=0 名师归纳总结 2对CSTR,F1eEEe01e0 8.0 . 55071 . 2e1 2.03012第 12 页,共 32 页F11e10. 6321F0 . 8eE1e10. 36798.0 . 80. 4494E3对任何反应器,F1F00E00Fd0Ed- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载第四章习题1、 乙炔与氯化氢在HgCl 2活性炭催化剂上合成氯乙烯：C2H2HClC2H3ClBAC其动力学方程式可有如下几种形式：1 r 1KAkp ApBp CCp C2p BKp AKBK2 r 1kKAKBp ApBKCp CKApA 1KBpB3 r1kKAp Ap BKAp AKBpB4 r1kKBpAp BKBp BKCp C试说明各式所代表的反应机理和掌握步骤；解：名师归纳总结 （ 1）ABCA掌握步骤第 13 页,共 32 页BBACC- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - A1A1优秀学习资料欢迎下载（ 2）B2B2骤（ 3）A1B2C2 1掌握步CC22AABB（ 4）ABC掌握 步骤BBABC掌握 步骤CC2、 丁烯在某催化剂上制丁二烯的总反应为：C4H8kC4H6H2RSA如反应按以下步骤进行：aAk1A1kbAk 32RS2k 4k 5cRR3k 6（1） 分别写出 a, c 为掌握步骤的匀称吸附动力学方程；名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载（2） 写出 b 为掌握步骤的匀称吸附动力学方程,如反应物和产物的吸附都很弱,问此时对丁烯是几级反应；名师归纳总结 解：（1）：a 掌握步骤时k 3就AR1 p SK 2RV（1）第 15 页,共 32 页rkrp AVk2A2 对 b：k3Ak 4RpS令K2k 4对 c：k5Rk 6VpR令K3k 6就K3pR3 k 5由 3代入 2得：AK3p SpRVK2由ARV1得K3p SpRVK3pRVV1K2VK3pSp R1K3p R1K2AK3K3p Sp Rp R1K2p Sp RK3K2rk 1p Ak2K3p Sp R1K2K3p Sp RK 3p RK2- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - （ 2）c 掌握步骤时优秀学习资料欢迎下载名师归纳总结 rk5Rk 6pRVRAK1pAV第 16 页,共 32 页由 a k 1pAVk2A,令k 1K1,就k2由 b RK2AK1K2p ASVp Sp由ARV1得K1pAVK1K2pAVV1p SVK1K2p A1K1p A1p SRK1K2K1K2p Ap A1p Sp AK1p Srk5K1K2pAk6p Rp S1K1p A1 K2p AKp S（3）b 为掌握步骤：rk3Ak4p SRk3K1p ApAk4K3p Sp1K1K3pR- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 当吸附很弱时,K1优秀学习资料欢迎下载,1K31就rk 3K1p Ak4K3pSp R对丁二烯是一级反应；名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载第五章习题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,间隙率 P=0.52,比表面积为 Sg=350m 2g-1,求在 500和 101.33kPa,异丙解苯在微孔中的有效扩散系数,设催化剂的曲折因子9m=3,异丙苯 - 苯的分子扩散系数 D AB=0.155cm2s-1；d04V g4P3504.0 52.560610S VS gP1031060D K4850d0T4850.5 606107500273 . 152.6902103cm2 s1M120D11116. 608103cms111D eDABDK0. 1556. 902103103cm2s1PD0. 526. 6081031. 14532. 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=7.82 10-4cm 2s-1；,试求颗粒直径为 3mm 和 1mm 时的催化剂的效率因子；解名师归纳总结 S3R 3k0. 156. 0144. 383第 18 页,共 32 页3De3.7821 0S 1R 1k0. 056. 014.14613D e3.7 8210- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 31.41.0优秀学习资料欢迎下载2282S33833.1111S1th3S 13S 113 e1 .461e31. 46111. 4613 e1 .461e31. 4613.1461180 . 08.0 0124911. 46180 . 08.0 01249.43830. 5373什么是宏观反应速率的定义式？什么是宏观反应速率的运算式？两者有何异同？答定义式R AVSVSr AdV S运算式- RA= - rAS 颗粒内实际反应0d V S0两者都反映了宏观反应速率与本征反应速率之间的关系；速率受颗粒内浓度、温度分布影响,用定义式是难于运算的；运算式将过程概 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运算的,从而得到总体颗粒的宏观速率；名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页,共 32 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载第六章习题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,间隙率为 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Re mdS umg1 .31031250021036000 . 45g1B8105Ergun 方程2.p150.1752 u mg13B2L2 . 910 . 4543296 Pad SRe mB2500p1501 . 7536002 9.2103103.03 45在铝催化剂上进行乙腈的合成反应C2H2+NH 3 CH3CN+H 2+92.14kJ A B R S 设原料气的体积比为C2H 2:NH 3: H 2=1:2.2:1 ；采纳三段绝热式反应器,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：名师归纳总结 rA3. 08104exp79601xAkmolhr11 g cat第 20 页,共 32 页T- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 流体的平均热容优秀学习资料欢迎下载92%,且日产CP=128J ·mol-1K-1；如要求乙腈的转化率为乙腈 20 吨,求各段的催化剂量；解名师归纳总结 n A01n t0nA0nS 0nB012 .214.2-1i1第 21 页,共 32 页n AnA01x AnBn B0n A0xAn RnA0xAn Sn S 0nA0x An tnt0n A010. 2381y A0nt42.0y B0n B02.20.5238nt04.2-141FR2000020.3252kmolhrMRMR24FF A0FRAf020. 325292. 78kmolhr0xx AyAy A0. 23810. 92T iT i0F A0CHRx Aix Ai1FPF A0F R20 . 325222 . 1 kmolhr-1x Af0 . 92FF 04 . 2F A04 2.22 1.92 . 78T i022 1.92 . 23 10x Aix Ai1171 . 5 x AT ii92 . 78128x A00- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - T 1T 2T 3550oC优秀学习资料欢迎下载名师归纳总结 T 10AT 11715.x A550171.5x A1x A30 . 92第 22 页,共 32 页T 20T 21715.x A2x A1550171.5 xA2xA1T 30T 31715.xA3xA2550171 .50. 92x A2T 10T 20T 30xA1xA2
