化学反应工程练习题解答

1、第一章习题1 有一反应在间歇反应器中进行，经过8min后，反应物转化掉80，经过18min后，转化掉90，求表达此反应的动力学方程式。解2 在间歇搅拌槽式反应器中，用醋酸与丁醇生产醋酸丁酯，反应式为：反应物配比为：A(mol):B(mol)=1:4.97，反应在100下进行。A转化率达50需要时间为24.6min，辅助生产时间为30min，每天生产2400kg醋酸丁酯（忽略分离损失），计算反应器体积。混合物密度为750kg·m-3，反应器装填系数为0.75。解3 反应(CH3CO)2O+H2O2CH3COOH在间歇反应器中15下进行。已知一次加入反应物料50kg，其中(CH3CO)2

2、O的浓度为216mol·m-3，物料密度为1050kg·m-3。反应为拟一级反应，速率常数为k=5.708×107 exp(E/RT) min-1，E=49.82kJ·mol-1。求xA=0.8时，在等温操作下的反应时间。解4 在555K及0.3MPa下，在平推流管式反应器中进行气相反应AP，已知进料中含A 30%（摩尔分数），其余为惰性物料，加料流量为6.3mol·s-1，动力学方程式为rA=0.27cA mol·m-3s-1为了达到95转化率，试求：(1) 所需空速为多少?(2) 反应器容积大小?解5 反应A+BR+S，已知VR=

3、0.001m3，物料进料速率V0=0.5×10-3m3min-1，cA0=cB0=5mol·m3，动力学方程式为rA=kcAcB，其中k=100m3kmol-1min-1。求：(1)反应在平推流反应器中进行时出口转化率为多少？(2)欲用全混流反应器得到相同的出口转化率，反应器体积应多大?(3)若全混流反应器体积VR=0.001m3，可达到的转化率为多少?已知k=1m3kmol-1hr-1，cB0=3kmol·m-3，cA饱和=0.02kmol·m-3，水溶液流量为10m3hr-1。解（1）平推流（2）全混流（3）VR=0.001m3时可达到的转化率第二章

4、习题1. 平行液相反应AP rP=1AR rR=2cAAS rS=cA2已知cA0=2kmol·m-3，cAf=0.2kmol·m-3，求下列反应器中，cP最大为多少?(1) 平推流反应器；(2)全混流反应器；(3)两相同体积的全混流反应器串联，cA1=1 kmol·m-3。解2. 自催化反应A+P2P的速率方程为：rA=kcAcP，k=l m3kmol-1min-1，原料组成为含A 13%，含P 1%（摩尔百分数），且cA0+cP0= l kmol·m-3，出口流中cP= 0.9 kmol·m-3，计算采用下列各种反应器时的空间时间(=VR/

5、V0)。(1)平推流反应器；(2)全混流反应器；(3)平推流与全混流反应器的最佳组合；(4)全混流反应器与一分离器的最佳组合。解第三章习题1 有一有效容积VR=1m3，送入液体的流量为1.8m3hr-1的反应器，现用脉冲示踪法测得其出口液体中示踪剂质量浓度变化关系为：t/min01020304050607080c/kg·m-3036543210求其停留时间分布规律，即F(t)，E(t)，解示踪法求停留时间分布规律t/minc/kg·m-3cF(t)E(t)t·ct2c000000010330.1250.01253030020690.37500.0250120240

6、0305140.58330.02081504500404180.750.01671606400503210.8750.01251507500602230.95830.00831207200701241.00.0042704900800241.0000248033200 2 请将习题一中停留时间分布规律用对比时间作变量，求F()，E()，。解3 在习题一的反应器中进行AD反应，已知cA0=25mol·m-3，动力学方程为rA=0.05cA mol·m-3min-1，请分别用：(1)凝集流模型； (2)多级混合槽模型；(3)平推流模型；(4)全混流模型。计算出口物料中A组分的转

7、化率。解（1）凝集流模型t/minc/kg·m-3cF(t)0000010330.1250.1189 0.0758220690.3750.2262 0.09197305140.58330.1793 0.04649404180.750.1365 0.02256503210.8750.0974 0.01026602230.95830.0617 0.00415701241.00.0294 0.00126800241.00240.2525 (2)多级混合槽模型： (3)PFR模型：(4)CSTR模型：4 用题一的条件，采用轴向扩散模型，计算其Pe值与出口物料中A组分的转化率。解5 设E()、

8、F()分别为某流动反应器的停留时间分布密度函数和停留时间分布函数，为对比时间。(1) 若反应器为PFR，试求：(a) F(1)，(b) E(1)，(c) F(0.8)，(d) E(0.8)，(e) E(1.2)(2) 若反应器为CSTR，试求：(a) F(1)，(b) E(1)，(c) F(0.8)，(d) E(0.8)，(e) E(1.2)(3) 若反应器为一非理想流动反应器，试求(a)F()，(b) F(0)，(c) E()，(d) ，(e) 解(1)对PFR， F(1)=1， E(1)=，F(0.8)=0， E(0.8)=0， E(1.2)=0(2) (3) 第四章习题1、 乙炔与氯化氢

9、在HgCl2活性炭催化剂上合成氯乙烯：其动力学方程式可有如下几种形式：(1) (2) (3) (4) 试说明各式所代表的反应机理和控制步骤。解：（1） （2）（3）（4）2、 丁烯在某催化剂上制丁二烯的总反应为：若反应按下列步骤进行：（1） 分别写出a，c为控制步骤的均匀吸附动力学方程；（2） 写出b为控制步骤的均匀吸附动力学方程，若反应物和产物的吸附都很弱，问此时对丁烯是几级反应。解：（1）： a控制步骤时 （1）对b： 令则 (2)对c： 令则 (3) 由(3)代入(2)得：由得（2） c控制步骤时由a ，令，则由b 由得（3） b为控制步骤：当吸附很弱时，则对丁二烯是一级反应。第五章习题

10、1. 异丙苯在催化剂上脱烷基生成苯，如催化剂为球形，密度为P=1.06kg·m-3，空隙率P=0.52，比表面积为Sg=350m2g-1，求在500和101.33kPa，异丙苯在微孔中的有效扩散系数，设催化剂的曲折因子=3，异丙苯苯的分子扩散系数DAB=0.155cm2s-1。解2. 在硅铝催化剂球上，粗柴油催化裂解反应可认为是一级反应，在630时，该反应的速率常数为k=6.01s-1，有效扩散系数为De=7.8210-4cm2s-1。，试求颗粒直径为3mm和1mm时的催化剂的效率因子。解3. 什么是宏观反应速率的定义式？什么是宏观反应速率的计算式？两者有何异同？答定义式 计算式 R

11、A= (rAS) 两者都反映了宏观反应速率与本征反应速率之间的关系。颗粒内实际反应速率受颗粒内浓度、温度分布影响，用定义式是难于计算的。计算式将过程概括为颗粒表面反应速率与效率因子的关系，而效率因子通过颗粒内扩散及浓度、温度分布的规律是可以计算的，从而得到总体颗粒的宏观速率。第六章习题1. 在一总长为4m的填充床中，气体以2500kg·m-2hr-1的质量流率通过床层。床层体安装直径为3mm的球形催化剂颗粒，空隙率为0.45，气体密度为2.9kg·m-3，其粘度为1.810-5kg·m-1s-1。求床层的压降。解Ergun方程2. 在铝催化剂上进行乙腈的合成反应C

12、2H2+NH3CH3CN+H2+92.14kJ(A) (B) (R) (S)设原料气的体积比为C2H2:NH3:H2=1:2.2:1。采用三段绝热式反应器，段间间接冷却，使各段出口温度均为550，每段入口温度也相同，其反应动力学方程可近似表示为：流体的平均热容CP=128J·mol-1K-1。若要求乙腈的转化率为92%，且日产乙腈20吨，求各段的催化剂量。解ADMNCBTx3. 在Tx图上，为平衡曲线，为最佳温度曲线，AMN为等转化率曲线，指出最大速率点和最小速率点。BCD为等温线，指出最大速率点和最小速率点。答在AMN线上，M为最大速率点，N为最小速率点在BCD线上，C为最大速率点

13、，D为最小速率点第七章习题1. 在流化床反应器中，催化剂的平均粒径为5110-6m，颗粒密度P=2500 kg·m-3，静床空隙率为0.5，起始流化时床层空隙率为0.6，反应气体的密度为1 kg·m-3，粘度为410-2mPa·s。试求：（1）初始流化速度（2）逸出速度（3）操作气速解（1）计算初始流化速度设Re小于2， （2）计算逸出速度uT=Fu，Re<10，F1uT=0.08856ms-1（3）估算操作气速操作气速=(0.5-0.6)uT，取0.5，操作气速=0.5uT=0.044ms-12. 在一直径为2m，静床高为0.2m的流化床中，以操作气速u=

14、0.3m·s-1的空气进行流态化操作，已知数据如下：dp=8010-6 m，P=2200 kg·m-3，=2 kg·m-3，=1.9010-2mPa·s，mf=0.5求床层的浓相段高度及稀相段高度。解计算逸出速度设2<Re<500， uT=Fu，Re<10，F1uT=0.4811ms-1计算床层空隙率当1<Re<200时，计算浓相段高度估算稀相段高度3. 在2题中如果要求出口气体中关键组分转化率为xAf=0.98，催化剂用量应取多少？解4. 在2题中如果将操作气速由u=0.12m·s-1提高到0.2 m·

15、s-1，出口气体中关键组分转化率是多少？床层高度有何变化？解床层高度的变化出口气体转化率的变化由于u的变化引起参数变化为第八章习题1. 用纯水吸收CO、O2等气体中少量的NH3，已知在操作温度(10)下NH3的亨利系数HA=1.01kPa·L·mol-1；CO2，O2亨利系数HA=1.01105 kPa·L·mol-1。试求假定NH3，CO，O2在水中即液相中传质系数相等，且kAG=4.0510-3 mol·cm·kPa-1L-1s-1；kAL=0.01cm·s-1。（1） 气膜和液膜阻力各为多少？（2） 应采用哪种形式的速

16、率式？（3） 采用化学吸收是否都可用？为什么？解对NH3气膜和液膜阻力总阻力：347.9气膜246.9，占71% 液膜101占29%对CO，O2气膜和液膜阻力 总阻力：10100247气膜247，占0.244% 液膜1.01×107占99.76%对易溶气体，气膜阻力为主，化学吸收增强不显著。对难溶气体，液膜阻力为主，化学吸收增强显著。2. 在半间歇鼓泡塔中进行苯氯化生产一氯化苯的反应：Cl2(G)+C6H6(L)C6H5Cl+HCl(A) (B) (R) 为了控制副反应，确定苯的最终转化率为0.45。某装置年生产能力为8万吨一氯化苯（每年以7000小时计）。反应生成一氯化苯的选择性SR=0.95。在操作条件下，已知DAL=7.5710-9m