反应工程整理版答案含简答答案

1、计算题部分2.3已知在Fe-Mg催化剂上水煤气变换反应的正反应动力学方程为：r = kwyC(85ycO：kmol/kg h式中yco和yco2为一氧化碳及二氧化碳的瞬间摩尔分率，0.1MPa压力及700K时反 应速率常数kw<于0.0535kmol/kg.h 。如催化剂的比表面积为30n2/g ,堆密度为 1.13g/cm3,试计算：(1) (1)以反应体积为基准的速率常数 kv。(2) (2)以反应相界面积为基准的速率常数kg。(3) (3)以分压表示反应物系组成时的速率常数kg。(4) (4)以摩尔浓度表示反应物系组成时的速率常数kco解：禾J用(2.10)式及(2.28)式可求得

2、问题的解。注意题中所给比表面的单位换算成n2/m30(1)kv = bkw =1.13 103 0.0535 = 60.46kmol/m3.h(2)kgSk kw avb 30 103kw=1.78 10 6kmol/m2.h 3 VV(3)kp=(1)nkw =( 黑严5 0.0535 = 0.1508 kmol 045P'0.1013'kg.h.(MPa)0.4533(4)kc =(%)%= (8.31 10700)0.45 m 0.0535 : 0.333(-m)0.45ekmoi)'0.1'kmol kg.h，3.2拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反

3、应：CH 2ClCH 20HNaHCO 3 > CH 2OHCH 20HNaCl CO2以生产乙二醇，产量为20kg/h,使用15%(重量)的NaHCOK溶730%(重量)的氯乙醇水溶液作原料，反应器装料中氯乙醇和碳酸氢钠的摩尔比为1:1,混合液的比重为1.02。该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为一级，在反应温度下反应速率常数等于5.2l/mol.h ,要求转化率达到95%(1) (1)若辅助时间为0.5h,试计算反应器的有效体积；(2) (2)若装填系数取0.75,试计算反应器的实际体积。解：氯乙醇，碳酸氢钠，和乙二醇的分子量分别为 80.5,84和62kg/kmol,每小时产乙二醇：20/

4、62=0.3226 kmol/h0.3266 80.5-=91.11kg/h每小时需氯乙醇：0.95 30%0.3266 84190.2kg/h每小时需碳酸氢钠：0.95 15%原料体积流量:91.11 190.21.02=275.81/h氯乙醇初始浓度:C A00.3266 10000.95 275.8= 1.231mo1/1反应时间:,c XAf dXA 1 XAf dXAt = Ca020kCACBkCA0 0(1Xa)215.2 1.2310.951 - 0.95=2.968h反应体积：Vr = Q0(t t'): 275.8 (2.968 0.5): 956.51(2)(2)

5、反应器的实际体积:Vr956.5f 0.75=1275l3.2kmol/m 34.19现有反应体积为im的活塞流反应器两个，拟用来分解浓度为的过氧化氢异丙苯溶液以生产苯酚和丙酮。该反应为一级不可逆反应，并在86c 等温下进行，此时反应速率常数等于 0.08s-1。过氧化氢异丙苯溶液处理量为 2.4m3/min。试计算下列各种情况下过氧化氢异丙苯溶液的转化率。(1) (1)两个反应器串联操作；(2) (2)两个反应器并联操作，且保持两个反应器的原料处理量相同，即均等于 1.2 m 3/min ；(3) (3)两个反应器并联操作，但两者原料处理量之比为1:2,即一个为0.8 m3/min ,另一个

6、则为 1.6 m3/min ；(4) (4)用一个反应体积为2 m3的活塞流反应器替代；(5) (5)若将过氧化氢异丙苯的浓度提高到 4 kmol/m3,其余条件保持不变，那么，上列各种情况的计算结果是否改变？相应的苯酚产量是否改变？(6) (6)比较上列各项的计算结果并讨论之，从中你得到哪些结论？解：(1)两个反应器串联操作如图示：总反应体积为:Vr =Vr1Vr2 =Fa0XA1 dXA( Ra)FaoXAf dXAXAi (Ra)=F A0XAf dXA0(Ra)将有关数据代入即得:_0.08 2XAf =1 e k =1 - e 2.4/ 60 = 98.17%（2）结果同（1）。3

7、,.(3)第一个反应器，Q01=0.8m /min,-0.08XA1 =1 e0860 =0.99753 .而第二个反应器，Q02 = 1.6m /min ,-0.08XA2 =1 e16r60 =0.9502两个反应器出口混合后：12XA 0.9975 0.9502 = 0.9660A 33（4）用一个反应体积为2m3代替，其结果同（1）。k（5）当CAo提高到4kmool/m3时，由XAf 一1 一 e 可知，转化率与CA。无关， 所以，上列各种情况计算结果不变，而对苯酚产量：（以摩尔流量表示）F = FaoXa 二 Q0CA0XA说明苯酚产量与CAo成正比，即产量增加。（6）从上列各种计

8、算结果比较看出：（a）几个PFR串联与用一个大的PFR只 要保持二者的总体积相同，其效果是一样的。（b）在并联时，只要保持Vr1/Q01 =V“/Q02,其结果也是相同的。但Vr1/Q01#Vr2/Q02时，其总转化 率是下降的。（c）对一级反应最终转化率与 CA0无关，但目的产物的产量与 CAo 成正比关系。6.1、 在半径为R的球形催化剂上，等温进行气相反应 Au Bo试以产物B的浓度Cb为纵座标，径向距离r为横座标，针对下列三种情况分别绘出产物 B的 浓度分布示意图。(1) (1)化学动力学控制(2) (2)外扩散控制(3) (3)内、外扩散的影响均不能忽略图中要示出Cbg, Cbs及C

9、Be的相对位置，它们分别为气相主体、催化剂外表面、 催化剂颗粒中心处B的浓度，CBe是B的平衡浓度。如以产物 A的浓度CA为 纵座标，情况又是如何？解(1)以产物B的浓度为纵座标(D化学动力学控制CBc»CBcCB5CBG(2)外犷散控制CBeCBcCBs»CBG心)内外犷散均不能忽略CBeCBc>CBs>CBG(2)以产物A的浓度为纵座标0(3)内外扩散均不能忽略Q)化学动力学控制(2)外扩散控制简答题种类管式反应器釜式反应器塔式（埴料塔板式塔）固定床流化床移动床1反应器按结构原理分为几类?特点应用范围长度远大于管径.内部没有任何构件 多用于均相反应过程 高度

10、与直径比约为2-3内设搅拌装置和档均相、多相反应过程均 板可高度远大于直径内部设有填料、塔板等用于多相反应过程 以提高相互接触面积底层内部装有不动的固体颗粒，固体颗粒用于多相反应系统可以是催化剂或是反应物反应过程中反应器内部有固体颗粒的悬浮星和样广士手丁门坤 多不日反应体系* 口J以玩和循环运动，提高反应器内液体的混合性高传热速率能同.固体颗粒自上而下作定向移动与反应流体用于多相体系，催化剂逆向接触可以连续再生滴漏是固定反应器的一种，但反应物还包括气墨器瑞郊港两种气,液反应过程2简述关于空时 停留时间 反应时间的关系空时是反应器的有效容积与进料流体的容积流速之比。反应时间是反应物料进入反应器后从实际发生反应的时刻起到反应达某一程度所需的反应时间。停