朱柄辰第四化学反应工程思考题详解

1、4、某可逆反应：的均匀表面吸附机理动力学方程式为： 试写出反应机理及控制步骤，并证明之。解 5、丁烯在某催化剂上制取丁二烯的总反应方程式为，假设丁烯脱氢化学反应按如下步骤进行：(a) (b) (c) 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若，问此时反应对丁烯是几级反应。解 当反应物与产物吸附都很若时，即当时，动力学方程可写为：所以此时对丁烯是一级反应。6、用直径为6毫米的球形催化剂进行一级不可逆反应AR+P,气相中的摩尔分数yA0.50，操作压力0.10133MPa，反应温度500，已知单位体积床层的反应速度常数为0.333s-1，床层空隙率为0.5,组分A在颗粒内

2、的有效扩散系数为0.00296cm2/s,外扩散传质系数为40mh，计算： (1) 催化剂内扩散效率因子，其影响是否严重。 (2) 催化剂外表面浓度CAS，并说明外扩散影响是否严重(3) 计算传质速度。解 (1) 8、某气固相一级不可逆催化反应，已知反应温度为350，在该温度下反应速度为1.15×10-5molcm3.s，颗粒外表面A组分的浓度为1.1×10-5molcm3，的分子量为128，催化剂颗粒为球形，直径为0.18cm，颗粒密度为p=1.0cm3，孔隙率0.48，比表面S468m2/，曲节因子2.9,若分子扩散可不考虑，试求催化剂的内扩散效率因子。解9、石油炼制过

3、程中，常需要用空气进行催化剂的烧焦反应，使催化剂再生,反应可视为一级不可逆反应,已知烧焦反应于780,1.0133×105Pa下进行，球形颗粒直径为毫米，催化剂时本征反应速度A0.42molm3.s，反应热为198000 Jmol,有效扩散系数为4.75×10-7m2s，有效导热系数为0.366Wm.k，试求颗粒内最大温差及内扩散效率因子。解， 10、用空气在常压下烧去催化剂上的积碳，催化剂颗粒直径为5mm，颗粒有效导热系数为0.35Jm.s.k，每燃烧1mol放出热量J，燃烧温度为760，氧在催化剂颗粒内的有效扩散系数为cm2/s。试估计定态下催化剂颗粒表面与中心的最大温

4、差。解11、乙烯直接水合制乙醇可视为对乙烯的一级不可逆反应，在300，7.09MPa下，采用直径与高均为5的圆柱形催化剂，求内扩散有效因子。解 12、异丙苯在某催化剂上裂解生成苯，如催化剂为微球状，已知P1.06 gcm3,颗粒孔隙率0.52,Sg350m2g，求在500，atm，异丙苯在催化剂微孔中的有效扩散系数。异丙苯的分子量为120，微孔的曲节因子，异丙苯苯的分子扩散系数为0.155cm2s。球型催化剂颗粒直径为0.5 cm，550时该反应的速率常数k=0.25 s-1，试求此催化剂的内扩散效率因子。解第三章 釜式及均相管式反应器1、以醋酸(A)和正丁醇(B)为原料在间歇反应器中生产醋酸

5、丁酯，操作温度为100，每批进料1的A和4.96的B，已知反应速率，试求醋酸转化率分别为0.5、0.9、0.99时所需的反应时间。已知醋酸与正丁醇的密度分别为960和740。解：加入物料的体积 2、生化工程中酶反应A+PP+P为自催化反应，反应速率式为，某温度下k=1.512，原料中含有A0.99kmol/m3，含P为0.01kmol/m3，要求A的出口浓度达到CAf=0.01kmol/m3，该反应器的处理能力为V010m3/h时，试求：(1) 反应速率达到最大时A的浓度；(2) 采用CSTR反应器时的体积；(3) 采用PFR反应器时的体积。解：(1) 为使反应速度最大，应有： 即： (2)

6、全混流反应器的体积 (3) 平推流反应器体积： 3、由醋酸与丁醇生产醋酸丁酯，化学反应为：CH3COOH(A)+C4H9OHCH3COOC4H9+H2O，每小时处理原料量为735kg，反应混合物密度为0.75kg/l，原料配比为醋酸:丁醇1:4.97(mol)，动力学方程为，求反应器的有效容积：(1) 用一个全混流反应器；(2) 用两个全混流反应器串联，已知：，(3) 用一个平推流反应器。解：进料中醋酸含量： 进料中丁醇含量：进料的平均分子量： (1) 全混流反应器： (2) 全混流反应器串联： (3) 平推流反应器： 4、在间歇反应器中进行液相反应，测得此二级反应的反应速度常数为k61.5&

7、#215;10-2lmol.h，CA00.307moll，计算当CB0CA01，转化率分别为0.5、0.9、0.99所需的反应时间，并对计算结果加以讨论。解： 5、在等温间歇反应器中进行皂化反应： CH3COOC2H5NaOHCH3COONaC2H5OH该反应对乙酸乙酯和氢氧化钠均为一级，反应开始时乙酸乙酯和氢氧化钠的浓度均为0.02mol/l，反应速度常数为k=5.6l/min.mol,要求最终转化率为0.95，试求所需的反应时间。解： 6、在平推流反应器中进行等温一级反应，出口转化率为0.90，现将该反应移到一个等体积的全混流反应器中进行，且操作条件不变，问出口转化率是多少？解：平推流反应

8、器： 全混流反应器：7、在150等温平推流反应器中进行一级不可逆反应，出口转化率为0.60，现改用等体积的全混流反应器操作，料液流率及初浓度不变，要求转化率达到0.70，问此时全混流反应器应在什么温度下操作，已知反应活化能为83.68kJmol。解平推流反应器：全混流反应器：， ，8、在全混流反应器中进行如下液相可逆反应： 在120时，反应速率，反应器的体积为100mL，两股进料流同时等流量进入反应器，一股含，另一股含，当的转化率为80时，每股料液流量为多少。解 9、液相自催化反应，反应速度，k=10-2m3kmol.s，进料体积流率V0=0.002m3s，进料浓度CA02kmolm3，CP0

9、0，问当XA0.98时，下列各种情况下的反应器体积。(1) 单个平推流反应器；(2) 单个全混流反应器；(3) 两个等体积全混流反应器串联。解 (1) (2) (3) 10、在全混流反应器中进行一级可逆反应，已知该反应温度下的平衡转化率，反应器出口实际转化率，问如何调节加料速率，可使反应转化率达。解平衡时第四章 反应器中的混合及对反应的影响二、计算题1、用脉冲法测得某反应器出口示踪物的浓度如下：(s)0 120 240 360 480 600 720 840 960 C(t) 0 6.5 12 12 10 5 2 1 0已知该反应器内进行一级不可逆反应，反应速度常数k3.24×10-

10、3s-1，试用多级串联全混流模型计算转化率。解： 或： 或： 2、有一理想的釜式搅拌器，已知反应器体积为100升，流量为10L/min，试估计离开反应器的物料中，停留时间分别为01min，210min和大于30min的物料所占的分数。 解：对示踪剂作物料衡算(dt时间)： 示踪剂进入量示踪剂流出量+示踪剂累积量 ， ，积分：当时，反应器出口处，则有。 则： 3、用脉冲法测得停留时间分布数据如下： t(s) 0 48 96 144 192 240 288 336 384 432 c(t) 0 0 0 0.1 5 10 8 4 0 0试计算平均停留时间，如在反应器中进行一级反应，k0.0075s-

11、1，求平均转化率。如分别采用CSTR和PFR，其平均停留时间相同，则反应结果分别为多少。解 平推流反应器：全混流反应器： 4、用脉冲示综法测得实验反应器的停留时间分布关系如下表所示， t(s) 1 2 3 4 5 6 8 10 15 20 30 41 52 67c(t) 9 57 81 90 90 86 77 67 47 32 15 7 3 1今有一液相反应ABP，已知CA0<<CB0，若此反应在具有相同停留时间的平推流反应器中进行，转化率可达99，试计算(1) 该反应器的平均停留时间及方差；(2) 若实验反应器以多釜串联模型描述，可达到的转化率为多少？ 由于CA0<<

12、CB0，此反应可以按一级反应处理。 5、一个特殊设计的容器作为一级液相反应的反应器，为判断反应器内的流动状况与理想流动状况的偏离情况，用脉冲法进行示综试验，在容器出口处测得不同时间的示踪剂浓度如下所列：t(s) 10 20 30 40 50 60 70 80 c(t) 0 3 5 5 4 2 1 0假定在平均停留时间相同的全混流反应器中的转化率为82.18，试估计该反应器的实际转化率。解： 第六章 气液反应工程二、计算题1、PH=9的溶液在20下吸收CO2。已知，CO2与OH的二级反应速率常数，液膜传质系数，问化学反应是否在液流主体中进行。解： 所以反应主要在液流主体中进行，属于缓慢化学反应。2、NaOH溶液吸收CO2，反应速率，NaOH浓度，液膜传质系数，反应速率常数，液膜内分子扩散系数，界面上CO2分压为