化学反应工程计算题.doc

1. 某催化反应：，动力学方程为。试写出其反应机理、控制步骤并进行验证。解：反应机理为 其中第(3)步为控制步骤，根据理想吸附模型的假定，除控制步骤以外的其余步骤均达到平衡，所以将 ， 代入到第(3)步的计算式中，因为，所以 最后求得反应速率方程为=其中2. 在等温间歇反应器中进行液相反应A+BR+C，该反应对反应物A和B均为一级反应，反应速率常数，进料中A和B的摩尔浓度均为，要求A的转化率。若每天生产产物C为240 mol，且每批生产的辅助时间为0.5h，试求反应器的有效体积。解： 因为，所以反应速率方程反应时间，其中，解得进料中A的摩尔流量为体积流量反应器的有效体积，其中辅助时间3. 两个串联的全混流反应器进行某液相复合反应 ，已知，第一釜出口处A的浓度，产物P的浓度为，求第二个釜出口处各为多少。解：，对第一个釜进行A和P的物料衡算其中解得对第二个釜进行A和P的物料衡算解得4. 活塞流反应器于973 K等温下进行丁烯脱氢反应生产丁二烯 反应速率方程，原料气为丁烯与水蒸气的混合气，丁烯的摩尔比为10%。操作压力为105 Pa，973 K时，。要求丁烯的转化率达35%，空时应为多少？解： 该气相反应为恒压操作，所以属于变容反应过程，由理想气体状态方程，膨胀因子由活塞流反应器的设计方程 解得5在实验室中用一全混流反应器等温进行液相反应，当空时为4 min时，A的转化率为80%，将反应器放大进行中试并用阶跃法测定该反应器的停留时间分布，得到离开反应器的示踪剂浓度与时间的关系如下；试求：该反应器的停留时间分布函数及分布密度函数。数学期望及方差。若用多釜串联模型来模拟该反应器，则模型参数是多少？ 出口转化率为多少？（附：积分公式） 解：，代入，解得 停留时间分布函数 分停留时间分布密度函数 分 数学期望 分 方差 分 无因次方差 分 多釜串联反应釜个数 分对于全混流反应器，对一级不可逆反应所以最终转化率，其中6假定气固相催化反应由以下基元步骤组成： 若A的吸附为速率控制步骤，推导反应速率方程 若该反应在等温活塞流反应器中进行，操作压力为0.1 MPa，反应物A、B的加料比符合化学计量关系，催化剂床层压降可以忽略，求当A的转化率为0.8时，各组分的分压。解：已知A的吸附为速率控制步骤，由此写出反应速率第二步反应达到化学平衡，则有此外，联立两式求解可得： 和 将上两式带入由速率控制步骤写出的反应速率表达式，便得式中， ，由题知7、实验测得体积为1.0 m3反应器的停留时间分布的统计特征值，其中方差，平均停留时间。 若采用多釜串联模型描述该反应器，试求模型参数 若采用轴向扩散模型描述该反应器，试求模型参数 在这个反应器中，进行A的液相分解反应反应条件下，纯A进料，进料的体积流量为1.0 m3/s，试求A的转化率和B的收率。解： ，所以串联釜数 轴向扩散模型，试差得由化学反应式知A的消耗速率，用多釜串联模型计算时，可以列出对一级不可逆反应，有如下的多釜串联模型方程，解得因为，对A和B分别列在全混流反应器中的设计方程第一个CSTR 解得第二个CSTR，解得故当A的转化率为0.84时，B的收率为0.288、在连续管式反应器中等温进行连串反应，进料的体积流量为5.0 m3/h，A的浓度为1.0 mol/m3，反应体积为2.0m3，连串反应中的各步均为一级不可逆反应，反应速率常数分别为 反应器内反应物呈活塞流流动，反应温度300 K，试计算 反应器出口A的转化率 在其它条件不变的情况下，仅改变反应器的体积，问A的转化率为何值时，B的收率最大，最大值是多少？解：300 K时，反应速率常数由活塞流的设计方程积分得到，所以对A和B分别列出设计方程，两式相除后得到，上式为一阶线性非齐次的常微分方程，由通解，时，。由此得到，故又，上两式合并得，求导后，再求极值得9、在连续釜式反应器（全混流）中进行液相反应。该反应对A和B均为一级反应，反应速率常数为，原料液温度30 oC，流量4.0 m3/h，其中A和B的浓度分别为0.5和1.0 kmol/m3，30 oC下的反应热为，反应混合物的平均热容为2000.0，反应在绝热条件下进行，要求A的最终转化率为90%，计算 反应器出口温度 所需反应体积解：根据题意，A的消耗速率为绝热温升为由绝热操作线方程此时由反应器的设计方程10.在一活塞流反应器中，于500 oC下进行等温气相反应，该反应为基元反应，操作压力为0.