反应工程710章习题答案

1、7-36醋酸甲酯的水解反应如下：产物 在反应中起催化作用。已知反应速度与醋酸甲酯和醋酸的浓度成正比。（1）间歇反应器中，醋酸甲酯和醋酸初始浓度分别为500mol/m3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%，求反应速率常数和最大反应速度。（2）CSTR，要使醋酸甲酯转化率达到80%，停留时间应为多少？（3）PFR，要使醋酸甲酯转化率达到80%，停留时间应为多少？（4）CSTR与PFR串联，要使醋酸甲酯转化率达到80%，总停留时间应为多少？各反应器中停留时间分别为多少？（5）循环流动反应器，进料为纯的醋酸甲酯，初始浓度仍为500mol/m3，出口醋酸甲酯转化

2、率为80%，要使停留时间最小，循环比应为多少？33233CH COOCHH OCH COOHCH OH3CH COOH（1）30003000006330,max,0,50050550/500 (10.7)150/()ln()1500 (550 150)ln1.106 10/ ()550*5400150 (550500)275/2()()0.08TAPAATATATATA optAA optTA optcccmol mcmol mcccc ktccckmmol sccmol mrkccc3364/ ()molms（2）3000500 (10.8)100/()()8037AfAAfAAfAAfTA

3、fcmol mccccrkcccs（3）00000()1ln6258()ATAfTAfTAcccsc kccc（4）1301,0111012012275/22690()12473()5163AfATAA optAAATAcAcATAcccmol mccskcccdcskcccs （5）100opt0:1(1)(1)(1)ln(1)(1)1(1)1ln(1)1(1)=0.80.741(1)1ln6446(1)AfAxAfARRxRAAAAAfRAfAfAfAfAfRAAfRxdxvRvRVkcxxkcRxdVdRRxRRxRRxxRRxVRsvkcRx根据循环反应器计算公式求=0得用试差法求得，

4、当时，代入循环反应器计算得7-37212120020022.00.4:2.011=0.7142.00.410.210.2 *10 * (10.8)0.714 * 0.80.5711.4282.00.4:110.2AfAfAoAoAAAAAAAAAAAfAAfAAfAfccAcAcAAAfAArrrccCSTRrcrcccxcccchrccPFRdcdcccccc 20.4760.476 * 0.80.3810.4242.00.4AfAofAcAcAAxdchcc 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。原料为纯的反应物A，初始浓度为10kmol/m3。出口A的转化率为

5、80%。比较CSTR和PFR中，R的选择率、收率及停留时间。反应过程中体积的变化可忽略不计。12312322.0(/()20.2(/()AkAkARrcmolmhASrcmolmh 8-112325332535551 21 31 21 3510107.854104436103610458.365/ ()7.85410458.3651 103600Re4.2443 103 100.751410Re1.94.2440.753.5563.5564101PgPDSGkgmhSd GScDShAScShDkd3233,4,140.142/10666000/1 100.11.174100.14260001

6、11111.17410PnA bgA bgmsammdkckDak ack aDa等温固定床反应器，气固催化反应 ，一级反应，已知反应器直径为10mm。进口气体流量36L/h，催化剂颗粒直径1mm，在反应温度下，反应速率常数k=0.1s-1（以催化剂体积为基准）。假定反应物系气体密度为1kg/m3，粘度为3*10-5Pa.s，扩散系数为4*10-5m2/s，估算 ？AP8-21流化床反应器，气固催化，反应速率方程 ，已知k=0.741s-1，气速为0.2m/s，气体扩散系数为8*10-5m2/s，气体密度为0.558kg/m3，粘度为3*10-5Pa.s，床层孔隙率 ，颗粒平均直径为4*10-

7、4m，流化床传质关联式为 ，估算 ？AArkc0.51 21 220.6ReShSc45551 21 31 21 354234,4100.20.558Re1.4883 103 100.6720.58881020.6 Re20.61.4880.6722.6412.6418100.528/4106(1)6(10.5)7500/410PgPPA bd uScDShScShDkmsdammdkcDa4,140.7411.871 100.5287500111111.871 10ngA bgkk ack aDa8-7一级流固催化反应，在 的球形催化剂颗粒上进行，床层孔隙率 ，流体线速度为u=0.1m/s，

8、以固定床反应速率常数k=0.5s-1算，计算下列两种情况外扩散的影响：（1）流体混合平均密度 ，黏度 ，扩散系数 。（2）流体混合平均密度 ，黏度 ，扩散系数 。5Pdmm0.431/gkg m53 10Pa s 524 10/Dms3310/fkg m310 Pa s1028 10/Dms 35551 21 31 21 353233,5 100.1 1Re16.673 103 100.751410Re1.916.670.757.0477.0474100.0564/5 106(1)6(10.4)720/5 100.PgPPnA bgA bgd uScDShAScShDkmsdammdkckDa

9、k ack a150.01230.0564720110.988110.0123Da(1)33333101 21 31 21 31053233,5100.1 10Re5001010125010810Re1.95001250457.659457.6598107.32310/5106(1)6(10.4)720/510PgPPnA bgA bd uScDShAScShDkmsdammdkckDak ac510.59.4847.32310720110.095119.484gk aDa(2)8-14固体催化剂上进行A的一级分解反应，已知颗粒直径dp=2.4mm，固体颗粒与气体给热系数h=167.2kJ/(

10、m2h)，传质分系数kg=300m3/(m2(cat)h)，颗粒有效扩散系数De=5*10-5m3/(m(cat)h)，颗粒有效导热系数 ，反应参数：求：(1)气膜阻力是否有影响； (2)内扩散阻力是否有强的影响； (3)估计颗粒内部温度差以及颗粒表面与气流主体的温度差。1.672/( ()ekJm cath3,53()167.2/,20/(0.1,336),10()rA bHkJ molAcmol mMPaCRmol m cath233531,311662500/2.410106.6710300250020116.67101PgA bammdRDak acDa对一级反应，外扩散影响可忽略(1

11、)352225,2.41010214420510PA ber RcD 内扩散影响严重(2)53,max3,1()510167.210200.11.67210()()()(1)()40erA esergSbA bA esrgA esA bA brgA bDHcTCHkTTcchHkcchcHkcDahC颗粒内温差：颗粒表面与气流主体温差：(3)8-15在一转框反应器中测得气固催化反应实验数据如下表：若颗粒温度均匀，且等于气流主体温度，试分析内外传质阻力情况。实验序号实验序号（1）（2）（3）进料流量V896进口浓度cA0344出口浓度cAf222催化剂重量W493颗粒直径dp221转速N2005

12、00500实验序号实验序号（1）（2）（3）表观速率RA2240AAfAccRVW由（1）（2）组，dp相同，N不同，但RA不变，表明外扩散不存在影响；由（2）（3）组，dp不同，N相同，但RA不同，表明内扩散影响严重。8-18用直径6mm的球形催化剂颗粒进行一级不可逆反应，气相主体中反应物A的摩尔分率为0.5，操作压力为0.10133MPa，温度为500，已知单位体积床层的反应速率常数k=0.333s-1，床层孔隙率为0.5，组分A的粒内有效扩散系数De= 2.96*10-3cm2/s ，外扩散系数为40m/h，求：（1）催化剂的内表面利用率，并判断内扩散影响程度；（2）催化剂外表面浓度cA

13、，es，并判断外扩散影响程度；（3）计算表观反应速率。320.3330.34.5(1)2.9610(10.5)311()0.52tanhPekRD表明内扩散影响严重(1),2,233,2,3,3,=()6(1)6(10.5)500/6100.520.3330.03124050036000.101330.50.00788/0.0083157730.00764/gA bA esA esPA bA esA esgAA bA esR kacckcammdcckck aPyckmolmRTckmolm表明有外扩散影响，但不严重(2),3=()40500(0.007880.00764)3600=/ (s)

14、gA bA esR kacckmolm(3)*例8-12（p131）化学反应工程原理例题与习题8-21苯加氢制环己烷的催化反应，反应温度为150，测得反应速率常数k=5s-1，有效扩散系数De= 0.2cm2/s。求：（1）当颗粒直径为100m时，内扩散影响是否排除；（2）若保持催化剂内部效率因子 ，则催化剂颗粒直径应该是多少。20.86421001050.02520.210311()0.999961tanhPekRD内扩散影响可排除(1)450050025005003355000.21031131()()=0.8tanh5005004.12108.2410PPPPPPPeRRRRPPPPkR

15、RRDeeReeRMatlabRmdm编程求解(2)10-1已知反应 ，液体平均热熔为1.003 kJ/(kgK), 密度为0.5 kg/m3，反应热为(-H)=125.4 kJ/mol A，在总压为0.1 MPa，T=325以下，以8%的A和92% B（V/V）的原料气，40 kmol/h，流率通过反应器，求该过程的绝热温升？ABP630000.1 100.081.61/8.314(325273)()402.4AAAadpPcykmolmRTH cTKc10-2醋酸乙烯生产在列管式反应器中进行，已知反应活化能E=50.16kJ/mol，床层平均温度为130，床层热点温度为188，试从反应器热

16、稳定性要求计算冷却介质温度。2,max238.314(188273)(188273)50.1610426cRTTTEK10-7一级不可逆热反应 ，在容积Vr=1.5 m3的CSTR中绝热操作。原料中A的浓度为cA0=0.4 mol/L，进料流量为100 L/min，进料温度为288K，反应速率方程为：反应热(-H)=209.2 kJ/mol，反应物料密度和比热均为常数，其值分别为1.05和2.93 J/(g K)，试计算在绝热条件下是否存在多态，并计算A的转化率。 AP00000022()()()()()=1+()1+(1+)pARAAppAAAgAv cTTH kc VHHTTkcAkcAcccCSTRckkTTAckdQAcEkdTRTk 先考虑是否存在多态。对绝热过程坐热量衡算：（令）中，一级反应，有代入上式得： 求导可得: 75525.61.798 10 exp()/(min)AArcmolLT2022232230max222(2)() (1+)0-2=21.5 1015m