《化学反应工程》习题及解答2.doc

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1、《化学反应工程》习题及解答2：1.在等温操作的间歇反应器中进行一级液相反应，13分钟反应物转化了80%，若把此反应移到活塞流反应器和全混流反应器中进行，达到同样转化所需的空时和空速？解：㏑k=min-1活塞流：τ=t=13min空速：s=1/τ=1/13=0.077min-1全混流：τ==32.3min2.自催化反应A+R→R+R，速度方程为-r=kCACR，体系总浓度为C0=CA+CR。若给你一个管式反应器和一个釜式反应器，为满足同一生产要求怎样联结设备费较少？解：A+R→R+R-rA=kCACRC0=CA+CR.串联连接，管式反应

2、器加釜式反应器速度较快，同样转化时所用的体积较小。只有当CAm=CRm=0.5(CA0+CR0)=0.5C0时速度最快。∵或∴当总空时τ=τ1+τ1最小时反应器体积最小。对τ=+对CA1求导时τ最小时VR最少。3、此时的xA为全混釜出口最佳转化率。某反应的活化能为7000J/mol，在其它条件不变时，问650℃的反应速度要比500℃时快多少？（5分）解：k=k0e-E/RT，E=7000J/mol，R=8.314Jmol-1K-1k1/k2=-E/k(1/T1–1/T2)=-7000/8.314(1/273+650–1/273+500

3、)=1.19∴-r650/-r500=k1/k2=1.193、可逆一级液相反应AR，已知A的初始浓度为0.5mol/l，初始产物浓度为零。此反应在间歇反应器中，经过8分钟后A转化了33.3％，而平衡转化率为66.7％，试求正逆反应的速度常数和该反应的平衡常数。（10分）解：ARCA0=0.5mol/l,t=8min,xA=33.3%.xAe=66.7%㏑KC=∴㏑=k1(1+1/2)*8解得k1=0.05776min-1∴k2=1/2k1=0.02888min-14、某气相一级分解反应A→3P，在等温活塞流管式反应器中进行，加入原料含

4、A50％，惰性物50％，停留时间为10分钟，系统出口的体积流量为原来的1.5倍，求此时A的转化率及该反应速度方程。（10分）解：A3P惰性物101εA=（3+1）-（1+1）/1+1=1031τ=10min∵V=V0(1+εAxAf)∴xAf=1/εA(V/V0-1)=1/1(1.5-1)=50%而kτ=(1+εAxAf)xAf/(1-xAf)=(1+0.5)*0.5/(1-0.5)=1.5*0.5/0.5=1.5∴k=0.15min-1∴-rA=0.15CA(mol/l*min)s6、在全混釜中进行液相均相反应：A+B→R(目的)r

5、R=1.6CAkmol/(m3h)2A→DrD=8.2CA2kmol/(m3h)CA0=2kmol/m3求：（1）A转化95%所需时间;(2)此时R的收率；（3）若处理量为200L/min时反应器体积；（4）当反应物浓度提高一倍时反应器体积。解：（1）空时τ=CA0XAf/（-rAf）=CA0XAf/（rR+rD）=CA0XAf/(1.6CA+2*8.2CA2)=2*0.95/[1.6*2*（1-0.95）+2*8.2*22（1-0.95）2]=5.86h(2)因为，R对A的选择性：SR/A=(rRf)/（-rAf）=1.6CA/(1

6、.6CA+2*8.2CA2)=1.6/[1.6+2*8.2CA0(1-XAf)]=0.493所以，R的收率为：YR=XAfSR/A=0.95*0.493=0.4684(3)处理量为200L/min时反应器体积：VR=v0*τ=200*10-3*60*5.86=70m3(4)反应物浓度提高一倍时（1）、（2）、（3）又怎样？空时τ=CA0XAf/（-rAf）=CA0XAf/（rR+rD）=CA0XAf/(1.6CA+2*8.2CA2)=2*0.95/[1.6*4*（1-0.95）+2*8.2*42（1-0.95）2]=3.893hR对A

7、的选择性：SR/A=(rRf)/（-rAf）=1.6CA/(1.6CA+2*8.2CA2)=1.6/[1.6+2*8.2*4(1-0.95)]=0.3274R的收率为：YR=XAfSR/A=0.95*0.3274=0.31反应器体积：VR=v0*τ=200*10-3*60*3.893=47m33、某一气固相催化反应在500℃催化剂的粒子中反应方程式为：-rA=7.5*10-3PAmol/(s*g)式中：PA-atm,A-限定组分。若粒子为圆柱形高和直径都为0.5cm,粒子密度ρP=0.8g/mL,粒子外表面上PA的分压为：PAs=0.

8、1atm,粒子内A组分的扩散系数De=0.25cm2/s,求催化剂的有效因数？粒子尺寸变为0.1cm和1.0cm时，有效因数如何？解：（1）将以催化剂重量定义的速率方程变为催化剂体积定义的速率方程：-r，A=7.5*10