化学工程基础第八章 化学反应工程原理 习题答案.pdf

武汉大学 第八章 化学反应工程基本原理 第八章 化学反应工程基本原理 1 已知某气相反应在 450K 温度下进行时 其反应速率方程为 126A hp p1058 2 p d aA dt kP的单位 为 试求 反应速率常数 132 A R A hmkmol kc t d nd V 1 r 假如反应速率方程可表示 那么kc为多少 解 1 因 t P d d A 的单位为Pa h 1 kp 2 P58 10 6Pa 1 h 1 2 因 A 所以 58 10 6 Pa h 1 a 2 2 P RTc RTnA V A 所以 rA t P d d A 2 A A d d RTc t RTc p k 即 t cRTd d A kp RT 2 cA2 故 kc k 2 58 8 4 450 2 乙烷脱氢裂解反应方程式为 4 H2 物料中A的浓度为yA 0 0900 求A的转化率 pRT 10 6 31 9 65 10 3m3 mol 1 h 1 C2H6 C2H A R S 已知反应物A的初始浓度yA o 1 0000 出口 解 1 111 1 A y1 AA0 A A0 A A y yy x 835 0 0900 01 0000 1 0900 00000 1 83 5 3 氨接触氧化的主 副反应为 主反应 入口处 mol 出口处 mol 4NH3 5O2 4NO 6H2O Q 4NH3 5O2 2N2 6H2O Q 副反应 已知反应器进出口处物料组成为 组 成 NH311 52 0 22 O223 04 8 7 N262 67 H 2O 2 76 NO O 求氨的转化率和一氧化氮的收率和选择性 表示NO和N2的生成量 mol 根据进料组成和化学计量 式 解 以 100mol进料为计算基准 并设x和y分别 可列下表 1 武汉大学 组分 反应器入口 反应器出口 23 y H 2 NH311 52 11 52 x 2y O223 04 05 1 25x 2 5 N262 67 62 67 y 2O 2 76 76 1 5x 3y NO 100 0 y5 0 x25 0100 x 根据反应器出口处NH3O2的摩尔组成得 和 0022 0 y2x52 11 y5 0 x25 0100 1 087 0 y5 0 x25 0100 y5 2x25 104 23 2 联立求解得 x 11 0mol NH3的转化量94mol y 0 147mol 为x 2y 11 2 NH3的转化率为x 0 98 100 294 11 52 11 NO 的收率 5 95 1 52 11 11 974 0 98 0 955 0 x NO 的选择性 97 4 或 97 4 294 11 0 11 4 物料以定常态连续流过某反应器 其体积流量为qv o 2m3 min 1 用脉冲输入法输入示踪剂 1g后 立即 1 M o 1g 在出口测得示踪剂浓度随时间的变化曲线 如图所示 试说明利用本题附图绘制停留时间分布密度函 数随时间变化图形的方法 解 已知qv 0 2m3 min t o 0 v c q 则 因为E t M E t 1 min t 2 t 1 2 cc 故将题中的纵坐标c t 扩大 2 倍 即可得 t E t 曲线 习题 4 附图 5 物料以 0 01m3 s 1的恒定流量流经有效体积为 2 5m3的全混流反应器 试计算物料在反应器内停留 时间为 0 t 100s tt的物料分率 s250 01 0 m5 2 3 t 解 F t t o e1dt Et 1 F1 t 1 1 e1e 250 250 0 6 t 32 2 t 250 350s 2 武汉大学 e1 e 250 250 250 350 F2 t 1 0246810121416 0 0 0 1 0 2 0 3 E t s 1 t s 3 0 632 0 121 6 物料以 0 25m3 s 1的体积流量流经有效体积均为 1m3的活塞流反应器和全混流反应器串联系统 试 求 度函数 秒时的 E t 值 0 75 1 物料经过该系统的平均停留时间 2 该系统出口处物料的停留时间分布密 表达式和图形 3 t 0 4 8 解 1 t s8 11 25 0 2 物料经4s 过全混流反应器的空间时间为 4t 25 04 4t e 25 0e 1 t 4s E t 4 t s 0 2 4 5 6 7 8 10 12 16 E0 0 0 0 0 200 0 t s 10 0 2519515211809 056 034 012 E t t 图形如习题 6 附图所示 3 25s 1 习题 6 附图 7 试根据脉冲法测得的数据 判断所测系统接近于何种理想流动模型 t min 6 12 60 120 300 600 1200 1800 t 0 时 E t 0 t 4s时 E t 0 t 8s时 E t 0 092s 1 c t 1 m31 110 3kg 96 93 64 1 34 0 74 0 27 0 034 0 004 解 t t t t t t t E t t tE c c t 2 2 2 2 t t t t t t t t t E t t Et c c t2 应用题中数据计算得 t C t t 131 94 所以 c t t 0 41946 t2c t t 79743 2 t s6 314 94 131 41946 0 t2 242 s10114 9 6 314 41946 0 2 79743 2 故该系统接近于全混流模型 0 1921 06 314 10114 9 24 3 武汉大学 8 试利用例 8 3 的t c t 数据 计算 t 1 平均停留时间 2 方差 2 解 1 因反应器出口浓度c t 维持在 7 7kg m 3不变 故可以认为示踪剂入口浓度co等于 7 7kg m 3 由 F t t s 0 15 25 35 45 55 65 75 95 105 c t co可计算F t 值如下 F t 0 0 0000 065 13 0 26 0 52 714 844 9091 0 1 0 2 t F t Ft t t F t 15 0 065 25 0 13 0 065 35 0 26 0 13 45 0 52 0 26 95 1 0 0 909 51 49 F t 0 065 0 0 13 0 065 1 0 1 0 1 0 s49 51 49 51 t 0 1 3 t2 2 2 t t F t Ft tF t 152 0 065 252 0 065 952 0 091 3064 2 t2 1 3064 51 492 412 78 S2 156 0 49 51 78 2 412 2 9 用脉冲法自一反应器出口测得如下数据 t min 0 2 4 6 8 10 12 14 16 c t kg m 36110 5 2 52 510 5 0 2 5 1 0 0 若物料 1 0 v sm8 0q 求反应器的有效体积 解 的初始体积流量 3 t t t t t t t t t E t t tE t c c c c t t t c c t c t 2 6 5 4 12 5 14 1 312 c t 50 min24 6 50 312 t VR qv o t 0 8 6 24 5 0m3 4 武汉大学 10 在测定动力学数据时常用内循环式无梯度反应器 该反应器实质上是一个全混流反应器 为了判 断是 s u min 0 4 9 14 24 34 44 否达到了全混流 以氮作主流体 氢为示踪剂 氢的初始浓度为c0 用阶梯输入法测得反应器出口处氢 的浓度c t c0如下 c t co0 0 0 0 0 0 0 333 579 757 908 963 986 表中 s 为记录纸的移动距离 记录纸的移动速度 u 是恒定不变的 试根据以上数据判断是否达到了全混 若达到了全混流 则 移项并两边取对数得 1n 1 F 流 解 F 1 e 式中 t u s F c c 因u t在给