反应工程习题课内容.doc

第一次习题课（1-3）一、填空：（1）以浓度ci、mol分率yi和分压pi表示的反应速率式中，反应速率常数为kc、ky及kp，kc与ky的关系为 , ; kc与kp的关系为 （2）1/T直线，有时在高温区发生转折或弯曲，其原因可有是：采用的速率方程不合适，或反应机理发生了变化。（3）三种方式的的反应速率表达式： （aw比外表面积，pb堆密度）。二、在间歇式反应器中进行等温二级、一级、0级均相反应，分别求出转化率由00.9所需时间与转化率由0.90.99所需时间之比。解：设转化率由00.9所需时间为tA，转化率由0.90.99所需时间tB，则转化率由0.90.99所需的反应时间为（tB-tA）对二级反应：对一级反应：对零级反应：三、在间歇反应器中进行等温二级反应AB，反应速率rA=0.01cA2mol/l.s;当CAo分别为1、5、10mol/l时,求反应CA =0.01 mol/l时所需的反应时间分别为9900、9980、9990解：CAo=1 mol/l时CAo=5 mol/l时sCAo=10 mol/l时四、某反应化学计量式为 1/2A+B=R+1/2S其速率方程式-rA=2cA0.5cB如计量式写成，A+2B=2R+S 速率式是什么?答：不变，化学计量关系式不影响速率式。五、在一均相等温液相聚合反应中，单体的初始浓度为0.04 mol/l和0.08 mol/l时，在34分钟单体均消失20%，问单体的消失速率是多少？解：因消失速率与浓度无关，所以此反应为一级反应即：P58(e.3.1 e.3.4 e.3.6)e.g.用间歇式反应器进行乙酸和乙醇的酯化反应，每天生产乙酸乙酯12000kg，其化学反应式为原料中反应组分的质量比为A：B：S=1：2：1.35，反应液的密度等于1020kg/m3，并假定在反应过程中不变，每批装料、卸料及清洗等辅助操作为1h，反应在100下等温操作，其反应速率方程如下：100时，,平衡常数K=2.92。（1）计算乙酸转化35%时所需反应体积。（2）根据物料性质、反应器填充系数取0.75，则反应器实际体积是多少？（3）采用连续釜式反应器生产，计算所需体积。（4）采用三个等体积的釜式反应器串联，总体积是多少？解：（1）首先计算原料处理量Qo根据题给条件，可算出每小时乙酸需用量式是88为乙酸乙酯的分子量，由于原料中乙酸：乙醇：水=1：2：1.35，所以1+2+1.35=4.35kg原料器中合1kg乙酸，由此可求单位时间的原料器量。式中60为乙酸的分子量，原料器的起始组线如下：乙醇散水的分子量为46和18，通过乙醇的起始浓度和原料中各组分的质量比，可求出乙醇和它的起始浓度为：cA=cAo(1-XA)cB=cBo-cAoXAcR=cAoXA cs=cso+cAoXA代入速率方程中得式中反应体积：（2）反应器实际体积12.38/0.75=16.51m3=VR2（3）由于反应器内物料组成与流出组成相同，因此求按出口转化率来计算反应速率，把转化率值代入上式得（4） 因Vr1= Vr2= Vr3XA3=0.35代入上式得 联立上式得 解得XA1=0.1598 XA2=0.2714代入第1釜物料衡算式得又因Vr1= Vr2= Vr3=3.299又因Vr1= Vr2= Vr3=3.299VR(4)：3Vr1=9.897m3从以上计算可知VR2VR3VR1VR4结果分析：V连V间V串间歇反应是变速操作、开始rA大，终止时最小，而连续釜是等速操作，且恰好相应于间歇反应器的最小反应速率下操作，反应体积自然大而串联釜操作比单釜操作体积小。P91 2.6解：图2.1图2.2（1）可逆反应可逆反应（2）放热反应吸热反应（3）M点速率最大，A点速率最小；M点速率最大，A点最小（4）O点速率最大，B点速率最小；H点速率最大，B点速率最小（5）R点速率大于C点速率；根据等速线的走向来判断H、M点的速率的大小。第二次习题课（4-6）1在PFR与CSTR中进行可逆反应2A=B+C；于等温中进行（PFR），Qo=10m3/h，cAo=5kmol/m3，B、C初始浓度均为零，已知动力学方程：若B的最终浓度是其平衡浓度的98%，求VR？若在CSTR中进行同样反应，则VR为多小？解：2A=B+C组分ABCt=0cAooo反应某瞬时t cAo(1-XA) cAoXA/2 cAoXA/2当rB=0（平衡时）在PFR中在CSTR中2一级反应AP进料温度150，活化能83684J/mol，在PFR中进行反应，反应器体积为VP。如改为CSTR其体积为Vm，为达到同样转化率XA=0.6，则Vm/VP之值如何为使Vm/VP=1，反应系统温度应作如何变化？解：在PFR中，对于n=1在CSTR中，对于n=1为使Vm/VP=1，则由于Tp=150+273k3在液相反应 A+B R 主 rR=k1CA0.6CB1.2 S 付 rs=k2CA2.0CB0.2（1）从有利于产品分布的观点，下列那种方式好，并说明理由BA1AB2A3B（2）若k1=k2、CAo = CBo ，写出计算瞬时选择性S的公式：4反应（目的产物）已知：n1=2、n2=1、n3=1、E1=15、E2=45、E3=35如何选用反应器及控制浓度，温度条件，使S变多解：（1）采用CSTR希望CR高一些；先低温后升温5P214 4-18第三次习题课（7-8）1.某一级不可逆g-s相cat反应，其反应速率为rA=kpcA=10-6mol/scm3当cA=10-2mol/l P=0.1013mpa。400时，如要求cat内扩散对总速率基本上不发生影响向cat粒径如何确定。已知De=10-3cm2/s（有效扩散系数）解：要求cat中内扩散对总速率基本上不发生影响即（6.59式）则即cat粒径不得大于2.4mm。2乙苯加氢反应制四氯苯，根据中试数据氢气流量为21.2kg/h，乙苯流量为81.6kg/h，乙苯密度为950kg/m3，空床气速为0.81m/s。空（间）速度为0.8 m3（乙苯）/ m3（cat）h。某分子量为128、ca