新乡学院《化学反应工程》试题及答案

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1、《化学反应工程》试题二、计算分析题1.在恒容条件下，反应A+2B==R，原料气组成为CA0=CB0=100kmol/m3，计算当CB=20kmol/m3时，计算反应转化率xA、xB及各组分的浓度。解：在恒容条件下：xB=(CB0-CB)/CB0=0.8由CA0-CA=(CB0-CB)/2得到：CA=20kmol/m3=60kmol/m3xA=(CA0-CA)/CA0=0.42.在恒压条件下，反应A+2B==R，原料气组成为CA0=CB0=100kmol/m3，计算当CB=20kmol/m3时，反应转化率xA、xB及各

2、组分的浓度。解：δB=(1-1-2)/2=-1;yB0=0.5n=n0(1+yB0δBxB)=n0(1-0.5xB)在恒压条件下：V=V0n/n0=V0(1-0.5xB)CB=nB/V=nB0(1-xB)/[V0(1-0.5xB)]=CB0(1-xB)/(1-0.5xB)xB=8/9nA0-nA=(nB0-nB)/2xA=(nA0-nA)/nA0=(nB0-nB)/(2nA0)=(nB0-nB)/(2nB0)=0.5xB=4/93.串联-平行反应A+B==R，A+R==S，原料中各组分的浓度为CA0=2.0mol/L

3、，CB0=4.0mol/L，CR0=CS0=0，在间歇反应器中恒容操作一定时间后，得到CA=0.3mol/L，CR=1.5mol/L，计算此时组分B和S的浓度。解：在恒容条件下：ΔCA1=CB0-CB；ΔCA2=CS；CR=(CB0-CB)-CS；CA0-CA=ΔCA1+ΔCA2得到：CS=(CA0-CA-CR)/2=(2.0-0.3-1.5)/2=0.1mol/LCB=CB0-CR-CS=4.0-1.5-0.1=2.4mol/L4.在间歇反应器中进行等温2级、1级、0级均相反应，分别求出转化率由0至0.9所需的时间

4、与转化率由0.9至0.99所需时间之比。解：在间歇反应器中：0级反应：，1级反应：，2级反应：，5.在等温恒容条件下进行下列气相反应：A→2R其反应速率方程为，试推导：（1）以A组分转化率xA表示的反应速率方程；（2）以总压P表示的速率方程。假定原料组分为50%A和50%惰性气体，气体为理想气体。解：（1）（2）δA=(2-1)/1=1yA0=0.5n=n0(1+yA0δAxA)=n0(1+0.5xA)xA=2n/n0-2=2P/P0-21.在间歇反应器中进行等温二级反应A==B，反应速率：当CA0分别为1、5、10

5、mol/L时，分别计算反应至CA=0.01mol/L所需的时间。解：在间歇反应器中可视为恒容反应可视为：当CA0=1mol/L时，t=9900s当CA0=5mol/L时，t=9950当CA0=10mol/L时，t=9990slnk1/T2.试画出反应速率常数k与温度T的关系示意图。解：lnk与1/T作图为一直线3.某气相恒容反应在400K时的速率式为：MPa/h，（1）试问反应速率常数的单位是什么？（2）若速率式写成kmol/(m3·h)，试问此反应的速率常数为多少？解：（1）反应速率常数的单位：(h·MPa)-1（

6、2）m3/(kmol·h)4.等温下在间歇反应器中进行一级不可逆液相分解反应A==B+C，在5min内有50%的A分解，要达到分解率为75%，问需多少反应时间？若反应为2级，则需多少反应时间？解：一级反应：二级反应：1.液相自催化反应A==B的速率方程为mol/(L·h)，在等温间歇釜中测定反应速率，CA0=0.95mol/L，CB0=0.05mol/L，经过1小时后测得反应速率最大值，求该温度下反应速率常数k。解：CB=CA0+CB0-CA=1-CA反应速率最大时：，得到CA=0.5mol/L对反应速率式积分得到，

7、代入数据得到k=2.944L/(mol·h)2.对于气相反应：A→3P其反应速率方程为-rA=kCA，试推导在恒容条件下以总压P表示的反应速率方程。假定原料为50%A和50%惰性组分，气体符合理想气体。解：在恒容条件下δA=(3-1)/1=2yA0=0.5n=n0(1+yA0δAxA)=n0(1+xA)xA=n/n0-1=P/P0-13.对于气相反应：A→3P其反应速率方程为-rA=kCA，在一平推流反应器中进行等温恒压反应。已知反应器体积为V，原料体积流量为v0，初始浓度为CA0。试推导：其反应器设计方程，并以A组

8、分转化率xA表示成易积分的形式。假定原料为纯A，气体符合理想气体。解：δA=(3-1)/1=2yA0=1等温恒压：v=v0(1+yA0δAxA)=v0(1+2xA)k1k2APS4.在一全混流反应器中进行下列一级不可逆串联反应：目的产物为P，反应器体积为V，体积流量为v0，进料为纯A组分，浓度为CA0。（1）各组分的浓度表达式；（2）导出产物P