反应工程习题

1、YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学反应工程化学反应工程主讲：周邦智主讲：周邦智化学化工学院化学化工学院zxzlx_zxzlx_反应工程习题反应工程习题YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题1 1习题课习题课: :1 1、某化学反应，某反应物反应掉、某化学反应，某反应物反应掉7/87/8所需的时间是它反应掉所需的时间是它反应掉3/43/4所所需的时间的需的时间的1.51.5倍，则该反应为倍，则该反应为 反应。反应。A A、0 0级级 B B、一级、一级 C C、 二级二级 D D、1.51.5级级 2、某化学反应：

2、（、某化学反应：（1 1）当实验测得某反应物）当实验测得某反应物A A的浓度的浓度C CA A与时间与时间成成线性关系，则该反应为线性关系，则该反应为 反应。（反应。（2 2）当测量反应时间）当测量反应时间与反应物初始浓度无关，则该反应为与反应物初始浓度无关，则该反应为 反应。反应。A A、0 0级级 B B、一级、一级 C C、二级、二级 D D、不能确定、不能确定YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题1 1 4-;aA bBrRsSabrs.某均相反应为基元反应。一般情况下，其反应级数等于_。当反应物B大大过量时，则反应级数就为

3、_。(1)b; (2)a+b; （3）（）某化学反应的化学计量式为 其反应速率式为：（）。假如化学计量方程写成+=+。则其反应速率式为_。（）（） .；（）（）；（）（）；（）（）YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题6 6、间歇釜式反应器中的反应过程，是一个反应均匀的间歇、间歇釜式反应器中的反应过程，是一个反应均匀的间歇不稳定过程，因此在该反应器中各处的温度不稳定过程，因此在该反应器中各处的温度t tC C、浓度、浓度C CA A、转化率转化率x xA A、反应速率、反应速率r rA A是（是（ ）。但随反应时间）。但随反应时间的

4、增的增加，浓度加，浓度C CA A是是( ( ) )，转化率，转化率x xA A（ ），反应速率），反应速率r rA A是是（ ）。）。ACBCACBC A A、变化不定的、变化不定的 B B、增加的、增加的 C C、降低的、降低的 D D、不变的、不变的7 7、在间歇釜式反应器中，进行某一均相等温液相聚合反应。、在间歇釜式反应器中，进行某一均相等温液相聚合反应。测得单体的初始浓度分别为测得单体的初始浓度分别为0.040.04、0.8mol/L0.8mol/L时，在时，在3434分钟分钟内单体均消失内单体均消失20%20%。测该聚合反应（。测该聚合反应（ ）反应。）反应。 A A、0 0级级

5、B B、一级、一级 C C、 二级二级 D D、0.50.5级级YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题8 8、在间歇釜式反应器中，等温恒容条件下进行反应，物料的初始、在间歇釜式反应器中，等温恒容条件下进行反应，物料的初始浓度浓度C CA0A0相同，则每批反应物料达到一定转化率所需的反应时间，相同，则每批反应物料达到一定转化率所需的反应时间，只取决于（只取决于（ ）而与（）而与（ ）无关，反应器的大小只取）无关，反应器的大小只取决于反应物料的（决于反应物料的（ ）。）。BAEBAEA A、反应器的大小、反应器的大小 B B、反应速率、

6、反应速率 C C、反应物料的浓度、反应物料的浓度 D D、反应、反应物料的流速物料的流速 E E、反应物料的流量、反应物料的流量9 9、在间歇釜式反应器或理想排挤反应器中，等温定容条件下进行、在间歇釜式反应器或理想排挤反应器中，等温定容条件下进行不可逆一级反应，达到一定转化率，所需的反应时间，只是不可逆一级反应，达到一定转化率，所需的反应时间，只是（ ）的函数。而与反应物料的（）的函数。而与反应物料的（ ）无关。）无关。A A、反应速度、反应速度 B B、初始浓度、初始浓度 C C、转化率、转化率 D D、反应器的体积、反应器的体积YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院

7、化学化工学院 反应工程习题反应工程习题1010、相同的反应物料，在等温定容条件下，分别在间歇釜式反应器、相同的反应物料，在等温定容条件下，分别在间歇釜式反应器与理想排挤反应器中，进行反应，达到相等的转化率时，其所需与理想排挤反应器中，进行反应，达到相等的转化率时，其所需的反应时间的反应时间（ ）而间歇釜式反应器所需的体积）而间歇釜式反应器所需的体积V V1 1却要却要（ ）理想排挤反应器所需的体积）理想排挤反应器所需的体积V V2 2。A A、不等的、不等的 B B、相等的、相等的 C C、大于、大于 D D、小于、小于1111、间歇釜式反应器与理想排挤反应器之间，对应的、间歇釜式反应器与理想

8、排挤反应器之间，对应的x xA A、C CA A、-r-rA A的变化情况相同，对应的方程式也相同（即的变化情况相同，对应的方程式也相同（即x x关系是一致的）关系是一致的）因此完全可以说这两种反应器物料衡算方程式是一样的，本质是因此完全可以说这两种反应器物料衡算方程式是一样的，本质是相同的。相同的。1212、间歇釜式反应器与理想排挤反应器有效容积时，均可直接用微、间歇釜式反应器与理想排挤反应器有效容积时，均可直接用微观动力学方程式来计评，因此间歇过程的观动力学方程式来计评，因此间歇过程的x x数据可以直接用于数据可以直接用于自身与理想排挤反应器的放大设计。自身与理想排挤反应器的放大设计。YA

9、NGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题1313、若物料处理量，初始浓度，温度以及最终转化率都相同时，多、若物料处理量，初始浓度，温度以及最终转化率都相同时，多级串联理想排挤反应器的总反应体积或多级并联理想排挤反应器的级串联理想排挤反应器的总反应体积或多级并联理想排挤反应器的总反应体积，均和单级理想排挤反应器的反应体积一样。总反应体积，均和单级理想排挤反应器的反应体积一样。1414、在等温理想混合反应器中，进行一级反应，当反应体积，流量、在等温理想混合反应器中，进行一级反应，当反应体积，流量等条件不变时，仅仅使进口浓度增加一倍，则出口转化

10、率将（等条件不变时，仅仅使进口浓度增加一倍，则出口转化率将（ ） A A、增大一倍、增大一倍 B B、增大二倍、增大二倍 C C、增大、增大0.50.5倍倍 D D、不变、不变1515、在下列各基本反应器中，进行同一简单反应，反应条件均相、在下列各基本反应器中，进行同一简单反应，反应条件均相同，出口最终转化率同，出口最终转化率x x也相同。若所需间歇釜式反应器的有效体积也相同。若所需间歇釜式反应器的有效体积为为V1V1，所需理想排挤反应器的有效容积为，所需理想排挤反应器的有效容积为V2V2，所需理想混合反应器，所需理想混合反应器的有效体积为的有效体积为V3V3，所需多级理想混合反应器的有效反应

11、体积为，所需多级理想混合反应器的有效反应体积为V4V4，则它们的体积的相对大小关系是（则它们的体积的相对大小关系是（ ）。）。A A、V1= V2 V4 V3 BV1= V2 V4 V3 B、V4 V2 V1 V3 V4 V2 V1 V3 C C、V2 V1 V2 V1 V4 V3 DV4 V3 D、V1 V2 V3 V4V1 V2 V3 x3 x4 Bx1 = x2 x3 x4 B、x4 x2 x1 x3 x4 x2 x1 x3 C C、x2 = x1 x4 x3 Dx2 = x1 x4 x3 D、x1 x2 x3 x4x1 x2 x3 x41717、一个有效容积为、一个有效容积为1m1m3

12、 3的理想混合反应器和一个容积为的理想混合反应器和一个容积为0.5 m0.5 m3 3的理的理想排挤反应器，串联在一起，如图想排挤反应器，串联在一起，如图2 2所示，组成成套设备。现将某所示，组成成套设备。现将某物料通入整套设备中，此物料的体积流量为物料通入整套设备中，此物料的体积流量为V V0 0 = 1m = 1m3 3/h/h，则此物料，则此物料在理想混合反应器中的平均停留时间是（在理想混合反应器中的平均停留时间是（ ）小时，在理想）小时，在理想排挤反应器中的平均停留时间是（排挤反应器中的平均停留时间是（ ）小时，在整套设备中）小时，在整套设备中的平均停留时间（的平均停留时间（ ）小时。

13、）小时。BCABCAA A、1.5 B1.5 B、1 C1 C、0.5 D0.5 D、0 E0 E、15 F15 F、3 G3 G、不能确定、不能确定YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题物料在这套设备中的停留时间至少需多少小物料在这套设备中的停留时间至少需多少小时？时？1m30.5m3 =V=VR R/v/v0 0=1.5/1=1.5h; =1.5/1=1.5h; =VR/v0=0.5/1=0.5hYANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题333200cmcmmincmmi

14、n例题：在一有效容积为的管式反应器中，进行某一级不可逆反应，当体积流量为40/时，测得其出口转化率为60%，问当体积流量为20/时，出口转化率为多少？（过程为等温恒容过程）YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题21102020122211021101222112121ln;x60%k1xv11lnlnvvk1x1x40211v20lnlnk1x1xv11111ln2lnln()()1x1x1x1x1xx84%RRRAARAARAAAAAAAAVVVVV1解： 是一级反应 =；且1；1解得：YANGTZE NORMAL UNIVERS

15、ITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题xkktvARPRCRPRCRPRCPCRPP0例题：有一个一级反应AR，反应温度为423K，当转化率为时，在PFR反应器中反应，需要有效容积V ,若改用CSTR反应器，需有效容积V ，试推导V 与V 的关系。 若转化率为50%，欲使V =V ，则两种反应器中反应速率常数之比：=? 若反应活化能为15千卡/摩尔，则理想混合式反应器内的温度比理想排挤式（T=423K）内的反应温度高多少度？V解：=x11ln. 1. 2k1xvk 1xRCACAAV0（）；（ ）（）YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院

16、反应工程习题反应工程习题CCCPPPPC111ln1xlnvk1x1x1 / 2xxk 1xv11xln1xxx50%1111lnk lnlnkkvk1x1x11 0.51lnxx0.5kk1 0.5k1 0.5k 1x1xvAAARCARCAAAARCAARCAARCAAAAVVVVV RP0RP0RPRPRP00V（）V（） （ ）得：（）（）V当时，且VV则有：（）（）（）YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题PC/PP/CCk1lnln20.693k1 0.515/molkke11eln()kek11ln0.69342342

17、3ln0.693423431.9 ;8.9PCE RTE RTCPPCPCCCCPEJAEAR TTRTKTTETRTETKTTKCP3（E/RT -E/RT）若千卡/摩尔=15 4.187 10两边取自然对数又因为；将上面的数据代入可以求得：答：略。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 第三章第三章 均相反应过程均相反应过程例题：顺丁烯二酸酐的稀水溶液，在例题：顺丁烯二酸酐的稀水溶液，在298K298K下进行连续水下进行连续水解，由于酸酐浓度仅为解，由于酸酐浓度仅为0.15kmol/m0.15kmol/m3 3, ,可作一级反应处理，可作一级反应处理，k

18、=0.0024Sk=0.0024S-1-1，物料初始体积流量为，物料初始体积流量为1 11010-5-5m m3 3/S,/S,现有两个现有两个3 31010-3-3m m3 3，一个，一个6 61010-3-3m m3 3的全混流反应器和两个的全混流反应器和两个3 31010-3-3m m3 3和一个和一个6 61010-3-3m m3 3的活塞流反应器可供采用，试求：的活塞流反应器可供采用，试求：（1 1）若用一个）若用一个6 61010-3-3m m3 3的的CSTRCSTR或两个或两个3 31010-3-3m m3 3的的CSTRCSTR串联串联操作，哪一个转化率较大？操作，哪一个转化

19、率较大？（2 2）若用一个）若用一个6 61010-3-3m m3 3的的PFRPFR操作，转化率为多少？操作，转化率为多少？YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 第三章第三章 均相反应过程均相反应过程（3 3）若用两个）若用两个3 31010-3-3m m3 3的的CSTRCSTR并联操作，每一个反应器并联操作，每一个反应器取取1/21/2的流量，转化率为多少？的流量，转化率为多少？（4 4）若将一个）若将一个3 31010-3-3m m3 3的的PFRPFR放在一个放在一个3 31010-3-3m m3 3的的CSTRCSTR之前或之后，哪一个转化率较

20、高？之前或之后，哪一个转化率较高？（5 5）若用两个）若用两个3 31010-3-3m m3 3的的PFRPFR串联或并联操作，哪一个转串联或并联操作，哪一个转化率较高？化率较高？YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 第三章第三章 均相反应过程均相反应过程530.00S1 10/vmS -1解：已知：k=024； 0 0C CA0A0 f fC CAfAf3RC50V6 101CSTR:11 10.00159.2%AAAAAxxvkxxx（）一个024000=0(1)AAAARAAACxCxVCSTRrkCx由反应器基本方程式：等温、恒容的反应条件：等温、

21、恒容的反应条件：YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 第三章第三章 均相反应过程均相反应过程xA1xA2xA1FA0FA1CA1v1CA0v1FA1CA1v1FA2VR1VR20物料衡算方程：单位时间单位时间单位时间 反应组分反应组分反应组分进入量引出量的反应量YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 第三章第三章 均相反应过程均相反应过程011101011111011122210100120200200100222021220(1)(1)0=(1)(1)0()AAARAAAARAAAAAAAARAAAAAAAAAAAAA

22、AAAAAARAAAARRFFr VCxCxVxrkCxxFFr VFFxFF xFFxFF xFF xFF xr VFxxr VV第一釜：物料衡算得：第二釜：物料衡算得：021221222()(1)AAAAAAACxxxxrkxYANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 第三章第三章 均相反应过程均相反应过程31115113 100.41861 101.001AAAAAxxxkxx串联：0243212125223 1066.2%1 101.001AAAAAAAxxxxxkxx024YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 第三

23、章第三章 均相反应过程均相反应过程3RPRP5001.44VkV111.006 102PFR:lnln1.44111 1014.220776.31%1AAAAvkxxvexx 024（ ）3RT50V3 10(3)CSTR111.0011 102259.02%AAAAAxxkxxvx 两个并联：024YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 第三章第三章 均相反应过程均相反应过程xA1xA2FA0CA0v1FA1CA1v1FA2VR1VR20物料衡算方程：单位时间单位时间单位时间 反应组分反应组分反应组分进入量引出量的反应量YANGTZE NORMAL UNI

24、VERSITY化学化工学院化学化工学院 第三章第三章 均相反应过程均相反应过程1111000001101111=(1)111ln1:0AAAxxxRAAAAAAAAAAPFRCSTRAVdxdxdxCCrk CxkxkxCSTRAA1A2A2R2A0A1A0A2A2R2第一反应器PFR: 任取一微元体对着眼组分 物料衡算得：(基本方程式)第二反应器 取反应釜为衡算范围对着眼组分 物料衡算得：F -F -r V =0F (1-x )-F (1-x )-r VF()R2R2A2A1A0A2A1A2R2A01A0A2R2A0A2A1A2A11A22A2VVx -x(x -x )=r VFCrVCx

25、-xx -xrk (1-x )YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 第三章第三章 均相反应过程均相反应过程3RP501114PFRCSTRV113 1011lnln11 100.0024151.3%AAAvkxxx（ ）3212523 1071.7%1 101AAAAxxxkxCSTRPFR：310RP150111V03 1011 100.0024 10.4186AAAAAAxxxvkxxxYANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 第三章第三章 均相反应过程均相反应过程3RP150220.72222:V113 1011 0

26、.4186lnln11 100.002411 0.4186300 0.0024=0.722.05411 0.418610.28371.7%2.054AAAAAAPFRxvkxxexxx对于一级反应，由于其转化率与起始浓度无关，只要反应时间相同，对于一级反应，由于其转化率与起始浓度无关，只要反应时间相同，k相同，达到的转化相同，达到的转化率也相同。率也相同。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 第三章第三章 均相反应过程均相反应过程xA1FA0CA0v1FA1CA1v1VR1VR2FA2CA2xA2v1PFR1A11AAA0AA0Ax1A001A10(d)r

27、d0(d)rddrd0ddF (1-x )=-F dxdxvrAAAARAAARARARAPFRCSTRAFFFVFFFVFVFVC 反应器PFR: 任取一微元体对着眼组分 物料衡算得：(基本方程式)YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 第三章第三章 均相反应过程均相反应过程11122112110000001110111xx2AA0002A220 xA221=(1)111ln1:dxdxvr(1)d(1-x )11ln(1)1AAAAAAAAAAxxxRAAAAAAAAAARAAAAxxAxAxVdxdxdxCCrk CxkxkxAVCCk Cxxkxk

28、串联第二反应器PFR第二反应器中任取一微元体对着眼组分 物料衡算得：211221221ln(1)ln(1)11ln1AxAAAAxxkxkxYANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 第三章第三章 均相反应过程均相反应过程(5)PFRPFR3RP15011V113 1011lnln0.51311 100.00241AAAxvkxx3RP125022V113 1011 0.513lnln76.3%11 100.00241AAAAxxvkxx3RP50V113 1011lnln76.3%1110.002411 1022AAAxkxxv 并联：YANGTZE NORM

29、AL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题0()ACSTRRFRARAR最佳例题：单个的最佳设计举例： 在CSTR中进行A反应，在一定供料速度摩尔流量下，进行最佳设计：注意要考虑的问题：（1）V 取大，则x 就高，单位时间获得的产品R就多，但是设备投资和操作费用大；（2）V 取小，则x 就低，单位时间获得的产品R就少，但是设备投资和操作费用小； 所以应取合适的反应体积V（有效体积），此时有最佳的经济效果。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题00+;:();AmAARAAFMxrFFxARmRR3A

30、RA0解：假如取目标函数：产品R的成本为F，元/mol。则目标函数：设备投资和操作费用 原料成本F（产品的成本）=产品的产量MVMF=FF设备投资、折旧、管理、操作费用，元/（m .h）M :原料A的单价，元/mol。V由于在CSTR中：有基本方程式：F若进行的是一级反应则有：YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题00000000000000=()()(1)1(1)(1)(1)(1)(1)(1)(1)(1)()(1)AARRAAAARRAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAFxFFrrkCxFFkCxkCxFFkCxkCxk

31、CxkCxxkCxkCxFrkCkCxRRRAARmmRRRAAmmRmVVVMMVMMF=VFFMMMMVM000(1)(1)(1)AAAAAAAAxxkCxxkCxAmAMMMYANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题2222002202200000-11=+0;(1)(1)(1)(1)(1)1AAAAAAAAAAAAAAAAAAkCxxkCxxxkCxkCkCxxxxkCxkCAA最佳AmAmAA最佳最佳最佳最佳mA最佳最佳AA最佳最佳最佳最佳mmAm最佳AmFF对x 求导，并令，有x，得：xMMMMFxMMMMMMMMMMYAN

32、GTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题10min0.2,0.1/ ,0.5/,0.01=AmARkhCmol LmolMFARR最佳例题：一级反应，原料价格M元元/（h.L）,若F100mol/L,求最合适的CSTR的V，最低生产成本。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题004300min0.2 0.1 0.5=0.50.2 0.1 0.511100=10 L=10m(1)0.2 0.1(1 0.5)1000.50.010.5=2/AAARAARAkCxkCFkCxFFFmo

33、lAm最佳AmR最佳A0A4mR最佳ARRMM0.01解：M0.01MV最小成本：(=F x )VMM10元FF100100答：略。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题A0B0A+BP,.9C=C=.1AAABrkC C-33-1-1-33-10AA例题：在平推流反应器中进行等温液相反应：反应系二级反应，速率方程式为。在反应进行的温度下反应速率常数k=1 7 10 mkmolmin 。4kmol m 。当反应物的体积流量v =0 71mh 时,试问：（1）要使反应物 的转化率x =80%时，平推流反应器的有效容积为多少？（2）当其

34、他条件不变时，x =90%时，它的有效容积为A0B0C=C=8-3A多少？（3）当反应物初始浓度kmol m。而转化率x =80%时，它的有效容积为多少？YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题AxAA0A0222AAA0AA0A3AA0AdxPFRCrx1xC1x0.171.10.00285min60 x0.00285 0.8(1)1.45C1x1.941 0.8AABrkC CkCkCkmk R0R03-13-100R-3V解：在等温恒容的条件下：基本方程式： =vV代入得： =vv =0 71mhmvV7 10YANGTZE N

35、ORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题3AA0A3AA0Ax0.00285 0.9(2)3.26C1x1.941 0.9x0.00285 0.8(3)0.723C1x1.981 0.8mkmk 0R-30R-3vV7 10vV7 10答：略。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题AAP=,50%PFR2A例题：在某全混流反应器中进行均相液相反应：，其动力学方程为rkC转化率为。(1)如果反应器体积为原来的6倍，其他保持不变，则转化率为多少？（2）如果体积相同，换成，其他不变，则转化率为多少

36、？YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题202202222022CSTR:16110.5(1)=6=6=120.51 0.511 0.5125254 12 1225725712-25+120,0.752 1224242PFRAAAAAAAAAAAAAAAAAAxkCxxxkCxxxxxkCxxxxxkC R0R0R0R0V解：在等温恒容条件下：=vVvVv；V（ ）： =v01AxYANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题02220110.510.511 0.51 0.512

37、3AAAAAAAAAAAxxkCxxxxxkCxx R0R0VvVv答：略。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题例题：环氧乙烷和水催化生成乙二醇，其反应如下：例题：环氧乙烷和水催化生成乙二醇，其反应如下： 该反应以硫酸作催化剂，其反应动力学方程为（该反应以硫酸作催化剂，其反应动力学方程为（-r-rA A）=kC=kCA A(A(A为关键为关键组分环氧乙烷组分环氧乙烷) )，k=0.311min-1,k=0.311min-1,环氧乙烷和硫酸分别以环氧乙烷和硫酸分别以0.04kmol/L0.04kmol/L和和0.90%0.90%（质

38、量分数）的水溶液等体积加入全混流反应器中。若转（质量分数）的水溶液等体积加入全混流反应器中。若转化率达化率达80%80%，每天生产乙二醇，每天生产乙二醇8500kg8500kg，试计算：，试计算：（1 1）全混流反应器有效体积；（）全混流反应器有效体积；（2 2）若用二个有效容积均为）若用二个有效容积均为40L40L的的全混反应器串联，其最终转化率为多少？（全混反应器串联，其最终转化率为多少？（3 3）若用二个有效容积）若用二个有效容积均为均为40L40L的全混反应器并联，其最终转化率为多少？（的全混反应器并联，其最终转化率为多少？（4 4）若将反应）若将反应改在活塞流反应器中进行，其余条件不

39、变，则反应器的有效容积为改在活塞流反应器中进行，其余条件不变，则反应器的有效容积为多少？多少？YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题A0A0A00A00850011F7.14/24 620.80.04C=0.02/L()2F7.14357L/5.95 /minC0.025.95 0.876.5(1)0.311 1 0.8CSTRARAkmol hkmolvhLv xVLkx解：（）环氧乙烷 等体积体积流量：YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题12121211201111

40、102122(2)40,(1)(1)5.954067.6%(1)0.311(1)4089.5%(1)CSTRCSTRCSTRCSTRCSTRAAARRRAAAARAAAAARAAxxxVVVkxkxv xxVxkxxv xxVxkx串联：有：或：（）又YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题00AA3,22=40=80.7%(1)CSTRRAvvxVxkx1（ ）并联：两个反应器的体积流量各为0ARPA15.951(4)PFR=80%V =lnln30.810.3111 0.8vxLkx反应器：答：略。YANGTZE NORMAL U

41、NIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题例题：有如下复杂反应，在等温条件下，如何控制反应物例题：有如下复杂反应，在等温条件下，如何控制反应物浓度，才能使目的产物收率最大，应选择什么类型反应器浓度，才能使目的产物收率最大，应选择什么类型反应器？采用什么操作方式？采用什么操作方式？(1)A+BR(1)A+BR(目的目的) r) rR R=k=k1 1C CA AC CB B AS r AS rS S=K=K2 2C CA A(2) A+BR(2) A+BR(目的目的) r) rR R=k=k1 1C CA AC CB B 2AS r 2AS rS S=K=K2 2C C

42、2 2A A(3) A+BR(3) A+BR(目的目的) r) rR R=k=k1 1C CA AC CB B AU r AU rU U=K=K2 2C CA A B V r B V rV V=K=K3 3C CB BYANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题R11R1222(1)RRrr;PFRABBABAk C CkCkkk CkCCSS要使 的收率高，必须使 的选择性大即：温度一定时 、 的值一定，要使，rr只能，而与无关。应选用，操作方法：ABPFRYANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应

43、工程习题反应工程习题11A222A(2)R,PFRBAABBBAk C Ck CCCk Ck CRSRRSSr同样使 收率大，必须使rrr即要使，必须使，又要使（两个rr反应级数相同），应选用为宜， 物料一次性加入，而 物料分成若干股加入：ABPFR能否用能否用CSTR?YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题1112232333R;11PFRABABAUVAABUVABBAAABUVABrrrrk C Ckkkrrk Ck CkkCCrkCCrrCC（ ）要使 收率高，必须使温度一定，该反应的 、和 为常数，只能改变、值使。 由式子

44、可看出必须控制反应物浓度、，应选用，且、 物料同时加入，以保证 、 高浓度。ABPFRYANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题12k1.50.5k0.52.5SA0B0AA+B();1.05 A+B;1.05C=C=20mol/L,C =1mol/L,PFRCSTRRABABdCRC CdtdCSCCdt 例题：在等温条件下，有一复杂反应： 目的产物 且反应后问若采用反应器，最后产品中杂质百分含量为多少？若采用反应器PFRAB，最后产品中杂质百分含量为多少？若采用反应器， 一次性加入， 分成二十股分批加入最后产品中杂质百分含量为多少？

45、YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题AA1.50.51.50.50.52.512RRR=-=AC1.0511.051.051CARARRRPSABABABABdCdCrdtdCdrrdtC CC CCCC C 瞬解：对目的产物 在某一时刻的收率，叫瞬时收率，依收率的定义可得：目的产物 的收率：生成 的物质的量=反应了的 的物质的量由于在反应器中不断变化的，因而瞬时收率 也将随着变化。所以总收率 为生成的 对全部转化掉 的总分率，它是反应器内各点瞬间时收率的总平均。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化

46、工学院 反应工程习题反应工程习题AA0A0RA0AA0B0A0B0121AAACC0CCCRC-C1PFRABC=C=10mol/L11C=C1C1CRRRABCRARAARdCdCC CdCddCdCdCdCCdC 终终终终瞬瞬瞬瞬终瞬生成全部 的物质的量=转化为目的产物与副产品的反应量（）采用反应器，最后产品中杂质百分含量为多少？、 同时加入，又是等体积加入=AAA0C1R1A0A0AAAC10AAA0AC111C-CC-C10 1 11 C1 C1111 10lnlnln0.1991 C91 C9121 0.1981%AAdCdCC 终终终瞬终终终0终=杂质量。YANGTZE NORMA

47、L UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题1AABA0CSTRCSTR110.5;1 0.50.550%11 1CSTRPFR3PFRAB121VV +V =1+=(L)C2020C 瞬总（2）在反应器中反应：根据的特点，反应物一加入到反应器中，其浓度立即等于反应器的出口浓度，瞬间收率就等于总收率，杂质量为何在中进行该反应产生的杂质比中的少？（ ）采用反应器， 一次性加入， 分成二十股分批加入最后产品中杂质百分含量为多少？=20=19/2120mol LYANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题AAA0A

48、0AA00B121211CC0CCCRA0A0AAC11/2120120C11111/111C111C-CC-C19 1 1RBBABABAACRARAARACmol LCC Cmol LC CCCdCdCdCdCCdCdC 终终终终瞬瞬瞬2瞬瞬终瞬终瞬终终=分为股分批加入，可以认为浓度始终保持为。=（1）同样= 1-1A19191911111-ln1 19ln 19 11 ln2 181181887.2%1 87.2%12.8%AAAAAAdCCCdCCCC 杂质含量YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题yy26242A，0A例题

49、：乙烷脱氢裂解反应方程式为： C HC H +H A R S 已知反应物A的初始浓度=1.0000，出口物料中A的浓度为=0.0900，求A的转化率。解：YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题An11y0.09000.8349n1xARRRRR26242总总 C HC H +H A R S 已知初始浓度： 1 0 0某一时刻： 1-R R S 且R=S,=1-R+R+S=1+RA物质的物质的量=解得：总的物质的量某反应物的消耗量又因为该反应物的起始量100%83.5%1答：略。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化

50、工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题32232223NH +5O =4NO+6H O+QNH +3O =2N +6H O+QNH 11.52 例 题 ： 氨 接 触 氧 化 的 主 、 副 反 应 为 4（ 主 反 应 ） 4（ 副 反 应 ）已 知 反 应 器 进 、 出 口 物 料 组 成 如 下 表 ：组 成 入 口 处 x/% 出 口 处 x/%222 0.22O 23.04 8.7N 62.67 H O 2.76NO 0NONO x=氨收 率选 择 性求 ： 氨 的 转 化 率 和 一 氧 化 氮 的 收 率 及 选 择 性 。氨 的 消 耗 量生 成 目 的 产 物 消 耗

51、 关 键 组 分 的 量解 ：；氨 的 起 始 量关 键 组 分 的 初 始 量生 成 目 的 产 物 消 耗 关 键 组 分 的 量已 转 化 的 关 键 组 分 量YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题223222VVVV100,100 11.52%11.525O4NO+6H ONH.5O=2N +6H Omolmol氨氨氨总氨总总总总氨nnn；n设n则n （主反应） 4 1 3 （副反应） 3222NH O NH ONO311.522.062.67+2.76+1.5 +32 3 5 23 4- 4YANGTZE NORMAL

52、UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题232NON311.522.062.67+2.76+1.5+3299.990.250.5NH0.002211.5220.00222.00111.00111.300(1)99.990.250.5O0解：设：反应达到平衡时含量为 （摩尔分数），的为 （摩尔分数）。5总计：234-4由题目可知的出口摩尔分数同理：的出口摩尔分数NO.087 3.020.087 1.54351.2717514.34087(2)99.990.250.5.0155711.25750.11520.0022100%98.1%0.11522575100%97.

53、7%0.1152氨的转化率的收率5234-4联立（1）（2）式解得：=0；=x0.11YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题N O0 .11 2 5 7 51 0 0 %9 9 .6 %0 .11 5 20 .0 0 2 2选 择 性生 成 目 的 产 物 消 耗 关 键 组 分 的 量=已 转 化 的 关 键 组 分 的 量答 ： 略 。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题例题：合成聚乙烯所用的单体氯乙烯，多是由乙炔和氯化例题：合成聚乙烯所用的单体氯乙烯，多是由乙炔和

54、氯化氢以氯化汞为催化剂合成得到，反应式为：氢以氯化汞为催化剂合成得到，反应式为： C2H2+HClCH2=CHCl 由于乙炔价格高于氯化氢，通常使用的原料混合气中由于乙炔价格高于氯化氢，通常使用的原料混合气中氯化氢是过量的，设其过量氯化氢是过量的，设其过量10%，若反应器出口气体中氯，若反应器出口气体中氯乙烯含量为乙烯含量为90%（摩尔分数），试分别计算乙炔的转化率（摩尔分数），试分别计算乙炔的转化率和氯化氢的转化率。和氯化氢的转化率。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题22110%:1.11molx(mol) C H 解：氯化氢

55、与乙炔的化学计量系数比为，但由于氯化氢过量，因此原料中乙炔与氯化氢的物质的量比为1，当进入反应器乙炔为时，设反应了则：组成反应器进口反应器出口2 1 1-x HCl 1.1 1.1-x CH =CHCl 0 x 2.1 2.1-x 90%总计题目给出反应器出口气中氯乙烯含量，YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题x0.92.1-x99.47%90.43%.1乙炔氯化氢解得：x=0.9947mol由于以1mol乙炔为基准0.9947乙炔的转化率x=10.9947氯化氢反应量与乙炔相同：x=1答：略。YANGTZE NORMAL UNI

56、VERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题例题：在银催化剂上进行乙烯氧化反应以生产环氧乙烷，例题：在银催化剂上进行乙烯氧化反应以生产环氧乙烷，进入催化反应器的气体组成（摩尔分数，下同）为进入催化反应器的气体组成（摩尔分数，下同）为C2H415%,O27%,CO210%,Ar12%其余为其余为N2。反应器出口气体。反应器出口气体中含中含C2H413.1%,O24.8%。试计算乙烯的转化率，环氧乙。试计算乙烯的转化率，环氧乙烷的收率和反应的选择性。烷的收率和反应的选择性。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题100

57、molxy解：以进料为计算基准设： 和 分别表示环氧乙烷和二氧化碳的生成量；根据题目给出的进料组成和该反应系统的化学计量式：24C HC C2 2H H4 4O O2CO2CO2 2+2H+2H2 2O O+1/2O+1/2O2 2+3O+3O2 2目的产物目的产物x x10+y10+y15-x-1/2yyYANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题组成组成反应器进口反应器进口/%/%反应器出口反应器出口/%/%C2H4O2C2H4OCO2H2OArN2 15 15-x-1/2y 7 7-1/2x-3/2y 0 x 10 10+y 0 y

58、 12 12 56 56 总计总计100100-1/2xYANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题13.1%4.8% 由于反应器出口气体中乙烯和氧气的摩尔分数已知，可以列出下面的二个方程：y15-x-2 x100-2x3y7-22 x100-2解得：x=1.504mol;y=0.989molYANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题1.9991.999100%13.33%15100%10.03%100%75.24%.9molx乙烯环氧乙烷环氧乙烷y0.989乙烯的转化量为：x+1

59、.504+22乙烯的转化率1.504环氧乙烷的收率151.504环氧乙烷选择性=1 99答：略。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题例题：进入例题：进入SO2氧化器的气体组成（摩尔分数）为氧化器的气体组成（摩尔分数）为SO23.07%,SO34.8%,O28.44%,N283.89%,离开反应器的气体离开反应器的气体中中SO21.50% （摩尔分数）（摩尔分数）,试计算试计算SO2的转化率。的转化率。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题22232223SOSO +O2

60、SO100SORSO1O2SOmolmolmol 高温解：氧化反应式：2以进口气体为基准，同时设的转化率为 （mol）由反应式可知：2mol与反应生成，因此反应前后各个组分的量如下表所示：组分组分进口进口/%出口出口/%SO2SO3O2N2合计合计 3.07 3.07-R4.60 4.60+R 8.44 8.44-R/2 83.89 83.89100.0100-R/2YANGTZE NORMAL UNIVERSITY化学化工学院化学化工学院 反应工程习题反应工程习题222SO2SO3222SO.0R1.50%R1.582R1.582=100%51.5%SO3.07=0SO1SOSO3.074.