第1章 思考题、习题

1、第一章 反应器基本理论一、思 考 题1、为什么说间歇釜是药厂最常见的反应设备？2、间歇反应釜的操作特点是什么？3、管式反应器的操作特点是什么？4、连续反应釜的操作特点是什么？5、在停留时间分布中，年龄分布与寿命分布的区别？6、产生返混的原因是什么？ 7、返混对化学反应的影响？ 8、理想反应器有哪几种？ 9、均相反应速度及其表达式？10、间歇釜式反应器的基础设计式？11、为什么利用小试实验数据，可以进行反应釜的放大设计？12、反应器的有效容积VR 由哪二部分组成的？13、平推流反应器的基础设计式？14、利用间歇反应器中的数据，能否进行管式反应器的设计与放大？ 15、全混釜的基础设计式？16、多釜

2、串联反应器的浓度变化折线图？17、多釜串联反应器的基础设计式？18、在简单反应中，反应器型式选择的几条常用原则？19、在平行反应中，反应器的型式和操作方式的选择依据是什么？20、在连串反应中，反应器的型式和操作方式的选择依据是什么？21、停留时间分布密度函数与分布函数的区别与关系？22、平均停留时间和方差的计算？23、无因次时间表示的停留时间分布及其与停留时间分布的关系？24、脉冲法测定停留时间分布的基本原理？25、阶跃法测定停留时间分布的基本原理？26、在平推流模型中，E()和F()的特征如何？27、在全混流模型中，当阶跃法进料量，E()和F()的特征如何？28、如何采用多釜串联模型来判断实

3、际的流动状态？二、 习 题1试证明：在间歇釜中进行一级反应，转化率为99.9所需的反应时间是转化率为50时所需反应时间的10倍。 2在间歇釜中以硫酸作催化剂、使己二酸与己二醇以等摩尔比、在70下进行缩聚反应，动力学方程式为 (-rA ) = k · CA2 其中：k =1.97 L / (kmol · min)，CA0 = 0.004 kmol / L。求己二酸的转化率为0.5、0.6、0.8及0.9时所需的反应时间分别为多少？若每天处理己二酸2400 Kg，转化率为80，每批操作的辅助时间为l h，装料系数加0.75，求反应器的容积为多少？ 答：126.9、190.4、5

4、07.6、1142.1 min； 2157 L3用醋酸和丁醇生产醋酸丁酯，反应式为 已知其动力学方程式为 (-rA ) = k · CA2，式中CA为醋酸的浓度，kmol / L，k =17.4 L(kmol · min)；反应物料配比为HAc:C4H9OH1:4.97 (摩尔比)，反应前后物料的密度为0.75kg / L，醋酸、丁醇及醋酸丁酯的分子量分别为60、74和l16。要求每天生产2400 Kg醋酸丁酯，醋酸的转化率为50，每批操作的辅助时间为0.5 h，装料系数为0.7，求间歇操作反应器的装料容积和总容积。 答：1029、1470L 4在平推流反应器中进行等温液相

5、反应 A十B R，速度方程式为 (-rA ) = k · CA· CB，k=1.97×10-3 L / (kmol · min)，CA0 = CB0 = 4 mol / L，如果反应物的体积流量为171 Lh，求：(1)、要使转化率为80，反应器的容积为多少？(2)、若其它条件不变，要使转化率为90，容积又为多少？(3)、如CA0 = CB0 = 8 mol / L，转化率仍为80，容积为多少？ 答：1.45、3.36、0.723 m3 5用全混釜进行均相液相反应 2A十B R 动力学方程式为 (-rA ) = k · CA2· CB

6、，k=2.5×10-3 L 2/ (kmol2 · min)，CA0 = 2.0 mol / L， CB0 = 3.0 mol / L，原料的体积流量为28 L / h，求为使转化率达到60所需的反应器容积。 答：145.8 L 6在等温操作的间歇釜中进行一级液相反应，13 min后反应物转化掉70。今若将此反应移到平推流或全混流反应器中进行，为达到同样的转化率，所需的停留时间各是多少？答：13、25.2 min 7醋酐的水解，当水大量过量时为一级反应，40时，k = 0.38 min-1，如进料浓度为2 mol / L，进料量为50 Lmin，用3个等温等容串联釜，要求转

7、化率为99，求反应器的容积为多大？ 答：1437 L 8已知用硫酸作催化剂时，过氧化氢异丙苯的分解反应符合一级反应的规律，且当硫酸浓度为0.03 mol / L、反应温度为86时，其反应速度常数k为8.0×10-2 s-1，若原料中过氧化氢异丙苯的浓度是3.2 kmolm3，要求每小时处理3 m3的过氧化氢异丙苯，分解率为 99.8%，求：(1)、采用间歇釜需要的反应容积；(2)、采用平推流反应器需要的容积；(3)、采用全混釜需要的容积；(4)、采用2个等容积全混釜串联需要的容积；(5)、采用4个等容积全混釜串联需要的容积。 答：0.0647、0.0647、5.2、0.445、0.1

8、56 m3 9醋酐稀水溶液在25时连续进行水解，其速度方程为 (-rA ) = 0.158CA mol(cm3 · min)，醋酐浓度为1.5×10-4 molcm3，进料流量为500 cm3min。现有2个2.5L和1个5L的搅拌反应釜可供利用，问：(1)、用1个5 L或2个2.5 L的搅拌釜串联操作，何者转化率高？(2)、若用2个2.5 L釜并联操作，能否提高转化率？(3)、若用1个5 L的管式反应器，转化率为多少？ 答：串联高、不能、0.79410液相反应 A R，测得反应速度与浓度的关系如下：CA mol / L0.10.20.40.60.81.01.21.41.6

9、(-rA ) mol(L · min)0.625122.51.51.250.80.70.6已知CA0 = 2 molL，反应在全混釜中进行，流量为l000 Lmin。当转化率分别为0.5、0.6、0.7时，求所需反应器的容积为多少？ 答：800、800、 560L；11在4个串联的全混釜中进行醋酐水解(一级)反应，各釜的温度如下表：釜 号1234T K283288298313k min-10.05670.08060.1580.380 各釜的容积均为800L，进料醋酐浓度CA0 = 4.5 mol / L，进料量为100 Lmin，求：(1)、各釜的出口浓度为多少？(2)、如各釜都保持

10、反应温度为288K，要求达到上述相同的最终转化率，需用800L反应器几个？ 答：3.096、1.882、0.83l、0.206 mol / L；6.2个12液相反应 120时，k = 8 L(mol · min)，k = 1.7 L(mol · min)。若反应在全混釜中进行，其中物料容量为100 L，二股物料流同时等流量导入反应器，其中一股为CA = 3 mol / L，另一股为CB = 2 mol/L，求当xB = 0.88时，每股物料流的流量应为多少? 答：2.5 Lmin13试证明两釜串联进行一级反应时，两釜容积相等，则所需总容积最小。（提示：使dVR / dCA=

11、0）。 14已知物料的停留时间分布函数 s-1，求：(1)、停留时间小于100 s的物料占进料的分率；(2)、停留时间大子100 s的物料占进料的分率；(3)、平均停留时间是多少秒？答：0.6325、0.368；100 s15用脉冲法测得出口流中示踪剂的浓度变化如下： min05101520253035C() g / L03554210求E()。16用阶跃法测得出口流中示踪剂的浓度变化如下： s01525354555657595105C() g / L00.51.02.04.05.56.57.07.77.7求F()。 17某反应器用脉冲法测定停留时间分布，从注入示踪剂的瞬间开始计时，不断分析出

12、口流中示踪剂浓度的变化，测得结果如下： s1020304050607080C() g / L03554210 求：、及 。答：40 s、190 s2、0.11875 18某反应器的流动状态符合全混流模型，反应器容积为100 L，流量为10 Lmin，试求离开反应器的物料中，停留时间分别为0 1 min、2 10 min、15min、大于30 min的物料所占的分率各是多少？答：9.5、45.1、0、5 19某一级反应在全混釜中进行，当平均停留时间为40 s时，出口转化率为0.82。若将该反应在题17的反应器中进行，转化率为多少？ 答：0.97420脉冲法测得某反应器的出口浓度如下表：123456810152030415267C()957819090867767473215731 今有反应A十B R，已知CA0CB0，在平推流反应器中进行时，转化率为99。若将此反应在上述反应器中进行，转化率可达多少？ 答：0.871 21某一级反应A R，动力学方程式为 (-rA ) = k CA，k = 0.2 min-1。现有一非理想反应器，VR = 10 L，v = 1 L/ min，用脉冲法测定停留时间分布后求得= 20 min2。若CA0=1 mol / L，用多釜串联模型计算A的出口浓度为多少？答： 0.186 molL 22某一级反应，