化学反应工程习题 第三章

第三章 理想反应器8.全混流反应器的定常态操作点的判据为_。9.全混流反应器稳定的定常态操作点的判据为_、_。10.全混流反应器的返混_。11.平推流反应器的返混为_。14.如果将平推流反应器出口的产物部分的返回到入口处与原始物料混合，这类反应器为_的平推流反应器。15.对于循环操作的平推流反应器，当循环比0时为_反应器，而当时则相当于_反应器。16. 对于循环操作的平推流反应器，当循环比0时反应器内返混为_，而当时则反应器内返混为_。18. 对于反应级数n0的反应，为降低反应器容积，应选用_反应器为宜。19. 对于反应级数n0的反应，为降低反应器容积，应选用_反应器为宜。23.分批式操作的完全混合反应器非生产性时间不包括下列哪一项_。A. 加料时间 B. 反应时间 C. 物料冷却时间 D. 清洗釜所用时间24.在间歇反应器中进行等温二级反应A B，当时，求反应至所需时间t=_秒。A. 8500 B. 8900 C. 9000 D. 990025.在间歇反应器中进行等温一级反应A B，当时，求反应至所需时间t=_秒。A. 400 B. 460 C. 500 D. 56030.全混流釜式反应器最多可能有_个定常态操作点。A. 1 B. 2 C. 3 D. 431.全混流反应器中有_个稳定的定常态操作点。A. 1 B. 2 C. 3 D. 433.一级不可逆液相反应， 出口转化率，每批操作时间，装置的生产能力为50000 kg产物R/天，=60，则反应器的体积V为_。（C）A. 19.6 B. 20.2 C. 22.2 D. 23.439.对于单一反应组分的平行反应，其瞬间收率随增大而单调增大，则最适合的反应器为_。A. 平推流反应器 B. 全混流反应器C. 多釜串联全混流反应器 D. 全混流串接平推流反应器40. 对于单一反应组分的平行反应，其瞬间收率随增大而单调下降，则最适合的反应器为_。A. 平推流反应器 B. 全混流反应器C. 多釜串联全混流反应器 D. 全混流串接平推流反应器43.简述等温恒容平推流反应器空时、反应时间、停留时间三者关系？ 答： 45.对于反应，；，当时如何选择操作温度可以提高产物的收率？ 答：46.在间歇釜中一级不可逆反应，液相反应A 2R，kmol/m3h，k=9.52109exp-7448.4/T h-1，2.3 kmol/m3，60，0，若转化率0.7，装置的生产能力为50000 kg产物R/天。求50等温操作所需反应器的有效容积？（用于非生产性操作时间t0=0.75 h）解：反应终了时R的浓度为 47. 该反应在全混流反应器中进行，以AlCl3为催化剂，反应温度20，液料的体积流速为0.5 m3/h，丁二烯和丙烯酸甲酯的初始浓度分别为96.5 mol/m3，184 mol/m3，催化剂的浓度为6.63 mol/m3。速率方程，式中k=1.1510-3 m3/molks，若要求丁二烯转化率为40%。求：反应器的体积V； 解： A + B C 对于全混流反应器 在分批式反应器内的反应时间为 48. 在全混流反应器中一级不可逆反应，液相反应A 2R，kmol/m3h，k=9.52109exp-7448.4/T h-1，2.3 kmol/m3，60，0，若转化率0.7，装置的生产能力为50000 kg产物R/天。求50等温操作所需反应器的有效容积和它的容积效率？（用于非生产性操作时间t0=0.75 h）解：（1）进料速度v0 （2）反应器有效容积V (3) 49. 现有一有效容积为0.75m3的搅拌釜反应器，其内设置有换热面积为5.0m2的冷却盘管。欲利用改反应器来进行AR的一级不可逆的液相反应，其速率常数，反应热，原料液中A的浓度，但不含反应产物R。此原料液的密度=1050g/l；定压比热（J/g）。要求原料液的进料流率为，反应器出口的反应液中。总传热系数U=209.2（KJ/m2h）。所用的冷却介质的温度为25。试求满足上述反应要求所需的反应温度以及料液的起始温度T0。解：1)计算反应温度T 根据 2） 50. 乙酸酐发生水解，反应温度25，k=0.1556 min-1，采用三个等体积的串联全混流釜进行反应，每个釜体积为1800 cm3，求使乙酸酐的总转化率为60%时，进料速度。解：初始浓度为，离开第一釜为，依次为、。 对第二釜 对于等体积釜串联 同理 =2.3（min） 51. 串联全混流反应器进行一级不可逆反应，假定各釜容积、温度相同，试计算N为1，2，3的反应有效容积，如不考虑非生产性操作时间的条件下分批式反应器的有效容积。解：利用 N(个) 1 2 3V（） 97.8 47.0 37.6 若采用分批式 52.应用两个按最优容积比串联的全混流釜进行不可逆的一级液相反应，假定各釜的容积和操作温度都相同，已知此时的速率常数k=0.92h-1，原料液的进料速度=10m3/h，要求最终转化率0.9，试求V1、V2和总容积V。解：对于一级不可逆反应应有 代入 得 整理得 ， 总容积 53. 用两串联全混流反应器进行一个二级不可逆等温反应，已知在操作温度下要求出口xA=0.9，计算该操作最优容积比和总容积V。解： 代入 总容积 54. 应用管径为D=12.6cm的管式反应器来进行一级不可逆的气体A的热分解反应，其计量方程为A=R+S；速率方程为；而k=7.8109exp-19220/T(s-1),原料为纯气体A,反应压力P=5atm下恒压反应,T=5000C。0.9,=1.55kmol/h,求所需反应器的管长L,停留时间t，空时（理想气体）。解：反应气体的进料体积流速为： 反应流体在管内的体积流速为： 此处：（纯气体）；， 而 55.液相原料中反应物A进入平推流反应器中进行的反应，已知。求：1）当出口浓度时的进料流。 2)当进料流量时出口浓度。 解：1） 2） 56. 自催化反应A + R 2R，其速率方程为：，在70下等温地进行此反应，在此温度下k=1.512 m3/kmolh；其它数据如下：0.99 kmol/m3；0.01 kmol/m3；10 m3/h；要求反应的转化率0.99。试求：1）在全混流反应器中反应所需的容积；2）在平推流反应器中反应所需的容积。解： 令 1）全混流反应器所需的容积 2）平推流反应器所需的容积 57. (A) (P) (S)反应速度；，在恒温恒容下求(a)平推流(b)全混流,求，其中,。解:(a) ()=(=0.477mol/ =0.155mol/l =3.08 (b)= = () = =0.5mol/l =0.333mol/l =0.167mol/l=2.0 58. (A) (P) (S)反应速度；，在恒温恒容下求等容积的两釜串联全混流反应器内进行这一反应时,求目的产物P的选择性，其中,。解：等容积釜串联应有 对第二个全混流反应器作物料衡算 = 对于P: + =0.444mol/l + =1-(0.444+0.391)=0.165mol/l =2.37 59.醋酸甲酯的水解反应如下：CH3COOCH3 + H2O CH3COOH +CH3OH，产物CH3COOH在反应中起催化剂的作用，已知反应速度与醋酸甲酯和醋酸的浓度积成正比。（1） 在间歇反应器中进行上述反应。醋酸甲酯和醋酸的初始浓度分别为500和50mol/m3。实验测得当反应时间为5400s时，醋酸甲酯的转化率为70%，求反应速率数和最大反应速度。（5分）（2） 如果反应改在连续搅拌釜中进行，=0.8时停留时间应为多少。（3） 如果采用管式流动反应器，=0.8时停留时间。解： A + B C + D （1）= 对求导 （2） （3）对于PFR 60.在一定的反应温度下A发生下述平行反应： 其中R是主产物，S是副产物。反应原料为纯的反应物A，其初始浓度为10kmol/m3。在反应器出口A的转化率为80%。反应在连续搅拌釜中进行时，A转化为R的选择性、R的收率以及反应物的停留时间。解：1）使用连续搅拌釜 当时，有 V恒定，停留时间与空时相等 61. 已知 的反应速率式分别为：；，且在反应的操作温度下=1.0，1.5；5mol/l，要求反应流体的进料速率为5 m3/h，出口转化率0.9。试求用单一的全混流反应器在等温下进行此反应时所能获得的产物P的浓度以及所需的反应容积V。解： 62.环氧乙烷在450的气相分解反应如下：C2H4O（g） CH4（g） + CO（g）已知在此反应温度下反应的速率常数为0.0212min-1，反应在恒温恒容反应器中完成，初始时原料为纯的环氧乙烷，初始压力为2.026105Pa，试求在反应时间为50min时反应器的总压力。解：由k=0.0212min-1可知该反应为一级反应 t时反应物分压为PA C2H4O（g） CH4（g） + CO（g） PA0 0 0 PA PA0-PA PA0-PA总压 即 当t=50min时 63.醋酸在高温下可分解为乙烯酮和水，而副反应生成甲烷和二氧化碳： 已知在916时，试计算：1） 99%的醋酸反应掉的时间；2） 在此反应条件下醋酸转化成乙烯酮的选择性。解：设在时间t时乙烯酮和甲烷的浓度分别为x和y，初始为，则 相加得 将其积分 1） 当转化率为99%时 2） 64.在1000K于恒温恒压反应器中进行下述分解反应：反应速率常数0.082 l/molmin，初始时含纯的RCH2OH，其初始压力为2.026105Pa，求1） 将20%的RCH2OH分解所需时间；2） RCH2OH的浓度降低20%所需的时间。解： A B C t=0 nA0 0 0 t=t nA0-x x x 由k可知该反应为二级反应 理想气体 将其积分 当，带入得t=138min 对于，应有 当，带入得t=66.1min 分65. 等温间歇反应器反应时间与反应物浓度的关系在间歇反应器中进行等温二级反应当为1时，求反应至所需时间。解: t=9900s 66. 对于aA + bB cC反应，以浓度则其二者关系如何？ 解： 理想气体 67.平行反应 ，其中，已知，求在平推流反应器中的？解： 对上式进行积分得 当时，产物P的浓度最大 68. 一级连串反应，进料流率为，反应在恒温恒容的条件下进行，求在全混流釜式反应器中目的产物P的最大浓度？ 解：全混釜 对物料P作物料衡算 则有 当时，产物P有极大值 69.液相反应AR在一全混釜中进行，反应速率常数求：1） 平均停留时间为1S时