化学反应工程课后习题ppt课件

1 5 循环操作 原料分离回收循环操作 甲醛初始浓度10 质量比 出反应器1 6 丁炔二醇初浓度0 出口浓度7 65 求 第1章绪论 2 4 间歇反应器 CA0和xA相同 T1 20 时 反应时间t1 8d T2 120 时 反应时间t2 10min 试估算Ea 第2章化学反应动力学 2 5 C2H4二聚反应 1 T 200 Ea 156 9kJ mol C2H6二聚反应 2 T 200 Ea 104 6kJ mol 为使反应速率加倍 要提高多少温度 1 2 若使反应速率提高一倍 活化能愈大 所需提高的温度愈小 2 6 反应温度上升10 反应速率加倍 Ea与T之间的关系 当T1 K 300 400 600 800和1000K时 求Ea 3 1 间歇反应器 n 2 t1 5min时 转化率xA 50 若要xA 75 需增加多长时间 第3章理想间歇反应器 3 2 n 1 等温 证明xA 99 9 时所需反应时间是xA 50 时所需反应时间的10倍 等温时 k一定 3 3 n 1 2 10min后xA 0 75 30min后转化率xA xA2无解 假设xA 1时 时间为t3 30min后反应物A完全转化 xA 100 3 4 间歇反应器 cA0 1mol L t 8min后 xA 0 8 t 18min后 xA 0 9 求该反应的动力学关系 n 2 在间歇反应器中进行二级反应 反应速率为当分别为1 5 10mol L时 求反应到 0 01mol L时 所需反应时间 并对计算结果进行讨论 3 8 对于二级反应 若1 CA 1 CA0 反应时间t与反应物初始浓度无关 生物化工中胰蛋白原转化成胰蛋白酶时 在间歇反应实验中测得不同温度下反应速率于某时刻达到最大值 3 10 在间歇釜式反应器中进行液相反应 测得二级反应速率常数 计算当1和5时 转化率分别为0 5 0 9 0 99时所需的反应时间 并对计算结果进行讨论 3 12 当CB0 CA0 越大 达到相同转化率所需的时间越短 当CB0 CA0不变时 随xA的增大 所需t增大 且xA越高 t增加越快 在3 12题中 若时 用拟一级反应方程式处理 其计算结果与按二级反应处理相比较 当cB0 cA0 5时 二级反应可做拟一级反应处理 3 13 可逆一级液相反应 已知 当此反应在间歇反应器中进行时 经过8minA的转化率是33 而此时平衡转化率为66 7 此反应的动力学方程 3 20 例3 8 p27 化学反应工程原理 例题与习题 可逆反应 已知 已知210oC时 求在该温度下所能达到的最大转化率为多少 若要使 则需采取何种措施 3 21 若要使xA 0 9 可以降温或者移除产物 有一简单反应 原料A 产物P 实验测得下列数据 已知试求平衡转化率和反应速率常数 3 22 代入数据 求平均值 在等温间歇釜式反应器中进行下列液相反应 A和B的初浓度均为2kmol m 3 P为目的产物 试计算反应为2h的A的转化率和产物P的收率 3 23 有一平行反应 串联液相反应 在间歇反应器中 开始时溶液中含有A的浓度及过量的B 得到如下数据 试问 的比值为多少 间歇反应器中P的最大浓度为多少 并求此时A的转化率 3 26 丙烷热裂化为乙烯的反应 反应在772oC等温条件下进行 其反应动力学方程式为式中k 0 4h 1 若采用理想管式反应器 p 0 1MPa 进料流量 当转化率 0 5时 求所需反应器的体积 4 4 第4章理想管式反应器 四氟乙烯是制造聚四氟乙烯所用的担体 可将一氯二氟甲烷进行热分解得到若在0 10133MPa 700oC等温条件下 用直径为100mm的管式反应器进行分解纯的一氯二氟甲烷 其流量为0 4kmol min 试计算分解率为0 8时所需的管长 已知反应为一级 700oC时的反应速率常数k 0 97s 1 4 5 在一活塞流反应器中进行下列反应 反应均为一级 已知 A的最大进料量为3 且不含P与S 试计算P的最大收率和总选择性以及达到最大收率时所需反应器的体积 4 15 4 23 常压法生产稀硝酸时 离开快速冷却器的气体组成是 NO为9 NO2为1 O2为8 其余均为N2等惰性气体 摩尔分率 此气体浸入氧化塔 在0 10133MPa 20 的等温条件下进行氧化反应 反应终点要求NO2 NO 5 已知入塔气体流量为10000m3 h 氧化塔中反应体积可用下式计算 式中 VR 反应器体积 m3 G 气体质量流量 kg s y 单位质量气体的NO2摩尔量 k 反应速率常数1 4 104m3 kmol s 20 试求反应器体积是多少 考虑1kmol气体进入反应器 并设在反应器某一位置生成的NO2为xkmol 得 该位置处体积流量 在出口处要求NO2 NO 5 则 5 2 液相反应 反应速率 CSTR中 xA 0 5 若CSTR体积扩大6倍 其他条件不变 此时xA 第5章连续流动釜式反应器 5 3 一级反应 150 等温PFR中xA 0 6 若用同样大小CSTR 处理量不变 要使xA 0 7 问此时CSTR该在什么温度下操作 Ea 83 7kJ mol 反应器体积不变 处理量不变 则不变 5 5 一级反应 Ea 83 7kJ mol 反应温度150 PFR中进行时 其体积为Vp 改用CSTR 其体积为VM 说明Vp VM表达式 若xA为0 6和0 9 为使VM与Vp相同 则CSTR应在什么温度下进行 Vp VM T2 468K 5 8 某液相反应实验测得浓度 反应速率数据如下 CSTR cA0 2mol L 当出口浓度cAf为0 6mol L 0 8mol L 1mol L时 0 120L min 求所需VR 并讨论计算结果 类似于自催化反应 5 9 一级反应 VR 300L cA0 3 2kmol m3 k 0 08s 1 xA 98 9 求反应物A的处理量 1 间歇操作 辅助时间15min 2 反应器为CSTR 将结果与 1 比较 3 A的浓度增加一倍 其他条件不变 结果如何 由于返混的影响 若要获得相同的转化率 CSTR的平均停留时间较大 生产能力较小 由 1 2 可见 v0与反应物的初始浓度无关 所以A的浓度增加一倍 结果不变 1 2 3 5 12 体积为VR的反应器中进行液相等温反应 反应速率 1 CSTR xAf 0 5 改为同体积PFR 此时xAf 2 CSTR xAf 0 5 若反应器增大10倍 此时xAf 3 若反应为零级 求 1 2 的计算结果 4 若反应为一级 求 1 2 的计算结果 1 k 不变 2 3 4 n 0 由于 n 1 k 不变 k 不变 5 16 循环流动反应器 自催化反应 cA0 1mol L k 1L mol s 进料流率v 1L s 循环比分别为3 0 求xA 0 98的反应器体积 当R 3时 R 0 即平推流反应器情况 由于进料中没有产物 该反应无法启动 所以V 当R 时 即连续流动釜式反应器的情况 例5 4 p118 化学反应工程原理 5 20 证明 两釜串联中进行一级反应 一定转化率下 两釜体积相同 则其总体积为最小 转化率一定 则cA0 cA2为定值 设 将上式对cA1求导 可得 将代入上式 可得 当且仅当 反应器体积最小 此时 第6章反应过程中的混合现象及其对反应的影响 6 6 固相反应 测得停留时间分布如图6 4 已知 求xA 6 7 CSTR 液固相反应 产物为固相 反应为一级 已知 固体颗粒平均停留时间为100 min 求 1 平均转化率 2 若转化率低于30 为不合格 试估计不合格产品所占百分率 3 若改用2个等体积CSTR串联 总体积不变 估算不合格产品百分率 1 2 3 6 8 今有硫铁矿焙烧反应 已知该反应为动力学控制 t为反应时间 全部反应所需时间 设反应过程中气相组成不变 离子停留时间分布如图6 5 求平均转化率xA 第7章化学反应过程的优化 7 3 自催化反应 其反应速率方程为 进料A的初浓度 要求达到最终转化率为0 99 为使反应器体积最小 拟用一个CSTR和一个PFR组合 进料流量 速率常数 问应如何组合两个反应器 中间转化率 反应器总体积 自催化反应 CSTR PFR CSTR PFR 7 6 已知分解反应为 25 求 1 该温度下 为使产物P收率最大 应选用什么反应器 2 所选反应器中 cP max 平行反应 主反应级数低 CSTR 1 2 7 7 有一液相反应 其反应速率方程为现有CSTR和PFR各一个 体积均为0 7m3 试问以下三个方案中 哪个最好 为什么 1 CSTR后串联PFR 2 PFR后串联CSTR 3 CSTR和PFR并联 1 2 等摩尔反应 先CSTR 再PFR 先PFR 再CSTR 3 CSTR与PFR并联 第二个方案较好 7 9 一级不可逆反应 已知 反应系统进料体积流量为0 142m3 min 进料组成为 对于产物P的最大收率 下列反应器中哪个比较优 请说明原因 1 单个CSTR 体积为 2 两个CSTR串联 每个体积为0 142m3 3 两个CSTR并联 每个体积为0 142m3 4 单个PFR 体积为0 284m3 1 2 对第二个CSTR中物料P做物料衡算 两个CSTR并联 同 1 4 3 单个PFR 7 26 对平行反应其中P为目的产物 在等温操作中证明 1 采用CSTR 则 2 采用PFR 则 1 2 CSTR PFR 7 30 CSTR反应器中 复杂反应动力学已测定 已知 进料体积流量v和出口浓度如下 1 判断反应类型 2 求动力学方程式 1 2 随着cA浓度的减小 cP cS的浓度均增大 平行反应 产物P 同理 7 35 两个