2022年化学反应工程练习题解答.docx

《2022年化学反应工程练习题解答.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年化学反应工程练习题解答.docx（53页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、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

2、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 7244.977463

3、4.1kghr1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；

4、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

5、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-

6、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

7、 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

8、 - - - - - - - - - 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

9、 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

10、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

11、 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

12、 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

13、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

14、 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

15、,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.

16、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 - - - - - -

17、-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. 3976exp

18、6. 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 P

19、FR, 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 CC

20、p 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：

21、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：

22、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 SRK1K

23、2K1K2p 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=

24、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

25、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

26、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 1

27、9 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 1.810-5kgm-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 9.21031

28、03.03 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

29、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 A

30、f0 . 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