反应工程题(前三章)-(1).doc

化学反应工程前三章复习题1、 填空（20）1、 气相反应C6H6+3H2C6H12的膨胀因子C6H6等于 。2、 某复合反应目的产物的选择性为60%，反应物的转化率为90%，则目的产物的产物的收率为 。3、 对于自催化反应，最合适的反应器为 。4、 在连续流动反应器中，空时为 。5、 在等温间歇釜式反应器中进行的某平行反应AB，k1=1min-1；AD，k2=2min-1反应进行到某一时刻时，产物D的浓度为6mol/L，则B的浓度为 。 6、 根据反应体系相态数的不同，化学反应可分为 反应和 反应。7、 在等温间歇釜式反应器中进行某一级不可逆反应SP，反应器体积为10m3，反应时间为20min时，反应物转化率为70%，若反应器体积为30m3，反应物转化率达到70%所需反应时间为 。8、 多级全混釜串联模型当釜数N= 为全混流，当N= 为平推流。2、 判断对错（10）（ ）1、可逆吸热反应，rA随XA增加而增加。（ ）2、全混流反应器中的组分浓度等于出口流中的组分浓度。（ ）3、某反应AB，反应速率rA=kCAn(n0)，当出口转化率相同时，此反应在PFR中进行比在CSTR中进行所需的反应体积小。（ ）4、正常动力学，出口转化率相同，同一单一反应在不同反应器中进行时，所需反应体积大小顺序为单个全混流多釜串联单个活塞流。（ ）5、对于反应前后总摩尔数不变的气相反应可视为恒容反应。（ ）6、管式反应器长度远大于直径，内部没有搅拌装置，属连续操作。（ ）7、化学反应器的操作方式分为间歇操作、连续操作和半连续操作。（ ）8、单一反应的转化率和收率在数值上相等。（ ）9、全程转化率是以反应器入口物料为基准所计算的转化率。（ ）10、化学反应工程中的“三传一反”三传是指质量传递、热量传递和能量传递。3、 计算题（70）1、 某气相1级反应A2R+S在等温、等压的实验室反应器内进行，原料含A75%（摩尔分数），惰性气体25%，经8min后其体积增加了1倍，求此时的转化率及该反应在此温度下的速率常数。2、以少量硫酸为催化剂，在不同的反应器中进行乙酸和丁醇反应生产乙酸丁酯CH3COOH+C4H9OHCH3COOC4H9+H2O反应在100等温条件下进行，反应动力学方程为 rA=kcA2 ，k=17.4L/(kmolmin)下标A代表乙酸，其初始浓度cA0为0.00175 kmol/L，每天生产乙酸丁酯2400kg，若乙酸转化率为50%，试分别计算在下列反应器中进行反应时所需的反应器体积：（1）间歇反应器，设每批操作的辅助时间为0.5h。（2）平推流反应器。（3）全混流反应器。（4）两个串联的等体积全混流反应器。（5）三个串联的等体积全混流反应器。3、恒温下进行液相自催化反应：A+BR，反应速率方程为rA=0.15cA cR（mol/Lmin）。已知cA0=1.25mol/L，cR0=0.01mol/L，进料速率为200L/min，最终转化率0.9。试计算分别在下列反应器中完成该反应所需的反应器体积。（1）全混流反应器。（2）平推流反应器。（3）全混流串联平推流反应器。答案：1、解：该反应是变摩尔反应，其物质的量的变化为A=（1+2-1）/ 2=2设未反应时体积为V0，则反应后体积为V=V0(1+AyA0XA)当反应8min后V=2V0，故有V/V0=(1+AyA0XA)=2代入数据解得XA=66.6%对于1级反应，反应速率方程可表示为化简后得到，积分后得代入数据解得k=0.137min-12、解 该反应为液相反应，物料的密度变化很小，可近似认为是恒容过程。由每天生产乙酸丁酯（相对分子质量116）2400kg、转化率0.5，折算得到单位时间原料处理量=985（L/h）（1）间歇反应器反应时间=32.8（min）=0.547（h）间歇反应器体积Vr=Q0（t+t0）=985（0.547+0.5）=1031（L）（2）平推流反应器体积=539（L）（3）全混流反应器=1078（L）（4）两个串联的等体积全混流反应器。由多釜串联全混釜反应器中任一反应器的体积设计方程式可分别写出两个串联全混流反应器的体积计算式由V1=V2，XA2=0.5，解出cA2= cA0（1-XA）= 0.001750.5=0.000875（kmol/L）cA1= 0.001184（kmol/L）所以V1=V2=381（L）两个串联的全混流反应器总体积V=762（L）（5）三个串联的等体积全混流反应器。由设计方程得，以为参数，可解出三个等体积全混流反应器的相等，由此得由最终出口浓度cA3= cA0（1-XA）= 0.00175（1-0.5）=0.00875（kmol/L），以及cA0=0.00175 kmol/L，k=17.4L/(kmolmin)，解出=14min，得Vi=（985/60）14=230（L）三个串联的全混流反应器总体积V=3 Vi =690（L）3、解 恒温过程，速率常数不变，为0.15 L/（molmin）；液相反应，可认为过程恒容。（1）全混流反应器设计方程V=（FA0-FA）/rA其中FA0= Q0cA0=250（mol/min）FA= FA0（1-XA）= 25（mol/min）rA=kcA cR= kcA0（1-XA）（cR0+ cA0 XA）=2.1310-2mol/（Lmin）V=10563（L）（2）平推流反应器设计方程=7444（L）（3）全混流串联平推流反应器，最好用全混流反应器将反应进行到最大速率点XAM，这时反应器总体积最小。rA=0.15cA0（1-XA）（cR0+ cA0 XA）令drA /dXA =0得XAM=0.496全混流反应器体积V=（FA0-FA）/rAM其中FA0= Q0cA0=250（mol/min）FAM= FA0（1-XAM）=