化学反应工程习题课.ppt

化学反应工程习题课化学反应工程习题课化学反应工程习题课化学反应工程习题课杜平高杜平高第一页，编辑于星期六：十八点 分。第一章第一章 绪论绪论1第二章第二章 均相反应动力学均相反应动力学2第二页，编辑于星期六：十八点 分。习题习题习题习题v已知某均相反应，反应速率，已知某均相反应，反应速率，k=17.4 ml/(molmin)，物料密度恒定为，物料密度恒定为0.75 g/ml，加，加料流量为料流量为7.14 L/min，cA0=7.14 mol/L，在等温，在等温下，在一个下，在一个0.25 m3的的CSTR后接一个后接一个0.25 m3的的PFR进行反应，试计算其的转化率各为进行反应，试计算其的转化率各为多少。多少。第三页，编辑于星期六：十八点 分。v已知某均相反应，反应速率，已知某均相反应，反应速率，k=17.4 ml/(molmin)，物料密度恒定为，物料密度恒定为0.75 g/ml，加料流，加料流量为量为7.14 L/min，cA0=7.14 mol/L，反应器在等温，反应器在等温下进行，试计算下列方案的转化率各为多少。下进行，试计算下列方案的转化率各为多少。v（1）串联两个体积）串联两个体积0.25m3的的CSTR；v(2)一个一个0.25m3的的CSTR后接一个后接一个0.25m3的的PFR；(3)一个一个0.25m3的的PFR后接一个后接一个0.25m3的的CSTR；(4)一个一个0.5m3的的PFR。第四页，编辑于星期六：十八点 分。v17.等温一级反应，依次经过体积相等的平推流等温一级反应，依次经过体积相等的平推流反应器和全混流反应器，出口转化率为反应器和全混流反应器，出口转化率为0.99，若，若将两个反应器改换次序，问出口转化率为多少？将两个反应器改换次序，问出口转化率为多少？v18.等温二级反应，依次经过体积相等的平推流等温二级反应，依次经过体积相等的平推流反应器和全混流反应器，出口转化率为反应器和全混流反应器，出口转化率为0.99，若，若将两个反应器改换次序，问出口转化率为多少？将两个反应器改换次序，问出口转化率为多少？第五页，编辑于星期六：十八点 分。v16.液相二级不可逆反应液相二级不可逆反应A+B=C，CA0=CB0，在平推流反应器进行试验，当，在平推流反应器进行试验，当=10min时时xA=0.99，问在相同温度下为达到相同转化率，问在相同温度下为达到相同转化率，采用（采用（1）在全混流反应器中进行时，空时）在全混流反应器中进行时，空时为多为多少？（少？（2）若在两个等体积串联全混流反应器中）若在两个等体积串联全混流反应器中进行时，空时进行时，空时又为多少？又为多少？第六页，编辑于星期六：十八点 分。v在气固相催化剂表面进行下列气相可逆反应：在气固相催化剂表面进行下列气相可逆反应：A+B=Rv其反应机理为：其反应机理为：A+1A1 B+2B2vA1+B2R1+2 (速率控制步骤速率控制步骤)R1R+1v试用试用Langmuir均匀吸附模型导出该反应的本征均匀吸附模型导出该反应的本征动力学方程。动力学方程。第七页，编辑于星期六：十八点 分。v5.气固相催化反应：气固相催化反应：A+B=C，其反应机理如，其反应机理如下：下：vA+-A B+-B v A+B-C C-C+v假定符合假定符合Langmuir均匀吸附模型，试分别推导均匀吸附模型，试分别推导动力学方程：动力学方程：vA吸附控制；吸附控制；2、C脱附控制；脱附控制；3 表面反应控表面反应控制。制。第八页，编辑于星期六：十八点 分。v1-1在银催化剂上进行甲醇的氧化反应：进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比），反应后甲醇的转化率达72%，甲醛的收率为69.2%。试计算（1）反应的选择性；（2）反应器出口气体的组成。第九页，编辑于星期六：十八点 分。第一章第一章第一章第一章1-1.解：解：（1）反应的选择性为：（2）进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：1.3（摩尔比），当进入反应器的总原料量为100mol时，则反应器的进料组成为：第十页，编辑于星期六：十八点 分。设甲醇的转化率为XA，甲醛的收率为YP，反应器出口CH3OH、CH3CHO和CO2的摩尔数nA、nP和nC分别为：结合上述反应的化学计量式，H2O（nW）、O2（nO）和N2（nN）的摩尔数分别为：第十一页，编辑于星期六：十八点 分。所以，反应器出口气体组成为：第十二页，编辑于星期六：十八点 分。v1-3.在银催化剂上进行乙烯氧化反应以生产环氧乙烷，进入催化反应器的气体组成（摩尔分数）为：反应器出口气体中含（摩尔分数）为：试计算乙烯的转化率、环氧乙烷收率的反应选择性。第十三页，编辑于星期六：十八点 分。1-3解：解：以100mol进料为基准，并设x和y分别表示环氧乙烷和二氧化碳的生成量，根据题目给的进料组成和化学计量关系列式：（1）（2）可列出下表：第十四页，编辑于星期六：十八点 分。由于反应器出口气体中乙烯和氧的摩尔分数已知，所以可列出下面两个方程：及解得：x=1.504moly=0.989mol乙烯的转化量为：1.504+0.989/2=1.999mol所以，乙烯的转化率为：1.999/15=13.33%环氧乙烷的收率为：1.504/15=10.03%反应的选择性为：S=0.1003/.1333=75.24%第十五页，编辑于星期六：十八点 分。v1-5：丁二烯是制造合成橡胶的重要原料。制取丁二烯的工业方法之一是将正丁烯和空气及水蒸气的混合气体在磷钼铋催化剂上进行氧化脱氢，其主要反应为：此外还有很多副反应，如生成酮，醛及有机酸的反应。反应温度350，在压强为0.2026MPa下进行。根据分析，得到反应前后的物料组成（摩尔分数）如下。第十六页，编辑于星期六：十八点 分。组成反应前/%反应后/%组成反应前/%反应后/%正丁烷0.630.61氮27.0020.10正丁烯7.051.70水蒸气57.4462.07丁二烯0.064.45一氧化碳1.20异丁烷0.500.48二氧化碳1.80异丁烯0.130.00有机酸0.20正戊烷0.020.02酮、醛0.10氧7.170.64根据表中的数据计算正丁烯的转化率、丁二烯的收率以及反映的选择性。第十七页，编辑于星期六：十八点 分。1-51-5解：解：由丁二烯氧化反应可知，反应过程中，反应混合物的总物质的量发生变化。如果进料为100mol，则由氮平衡可算出反应后混合气的量为：其中，正丁烯的量=103.40.017=1.758mol丁二烯的量=103.40.0445=4.60mol若以反应器进料为基准，则正丁烯的转化率丁二烯的收率第十八页，编辑于星期六：十八点 分。丁二烯的选择性1-6.甲醛和乙炔在催化剂的作用下生成丁炔二醇。在滴流床反应器中进行，原料分离回收循环操作。某工厂生产中测的数据如下：反应器的甲醇含量为10%（质量分数），出反应器的甲醇含量为1.6%，丁炔二醇的初浓度为0，出口含量为7.65%。假设分离回收中无损失，试计算此反应过程中的转化率、选择性、单程收率和总收率。第十九页，编辑于星期六：十八点 分。1-6解：解：设原料的进料量为100Kg/h，则有质量守恒，出反应器的量也为100Kg/h，则出反应器的HCHO为1.6Kg/h，C4H6O2为7.65Kg/h：转化率 第二十页，编辑于星期六：十八点 分。单程收率 总收率 选择性 第二十一页，编辑于星期六：十八点 分。第二章第二章2-3解：解：反应物A的消耗速率应为两反应速率之和，即由 得对上式积分：第二十二页，编辑于星期六：十八点 分。2-4解：解：（1）由题意可将反应速率表示为:对于恒容过程，则有当时第二十三页，编辑于星期六：十八点 分。（2）对于恒压过程，是个变容反应过程，由（2.49）式可求得总摩尔数的变化反应物A的原始分率：由（2.52）式可求得转化率为80%时的浓度：第二十四页，编辑于星期六：十八点 分。2-8解：解：在初始浓度相同的条件下，有：又第二十五页，编辑于星期六：十八点 分。则代入数据，得2-13解：解：对二级反应有对上式积分第二十六页，编辑于星期六：十八点 分。a）.时，当时，当当时，时，b）.时，当当当时，时，时，第二十七页，编辑于星期六：十八点 分。讨论：在初始物料相同的条件下，要求的转化率越高则所需要的反应时间越长，而且在高转化率时增大一定的转化率所需的时间较低转化率时要长得多；在转化率一定的条件下，过量比越大，所需要的反应时间越短。第二十八页，编辑于星期六：十八点 分。第二十九页，编辑于星期六：十八点 分。