化学反应工程二三章答案

第二章习题动力学方程的实验测定期，有采用循环反映器的，为什么?答：循环反映器行为与全混流反映器相同，可以得到反映速率的点数据，并且反映器进出口浓度差比较大，对分析精度规定不很高。为什么可逆吸热反映宜选平推流反映器且在高温下操作，而可逆放热反映却不是?根据可逆放热反映的特点，试问选用何种类型反映器适宜?为什么?答：可逆吸热反映的反映速率与化学平衡都随温度的升高而升高，高温下操作对两者都有利。可逆放热反映的化学平衡随温度的升高向反映物方向移动，对达成高转化率不利。对此类反映，可选用多段绝热反映器或换热条件较好的管式反映器。一级反映A→P，在一体积为VP的平推流反映器中进行，已知进料温度为150℃，活化能为84kJ·mol-1，如改用全混流反映器，其所需体积设为Vm，则Vm/Vp应有何关系?当转化率为0.6时，假如使Vm=Vp，反映温度应如何变化?如反映级数分别为n=2，1/2，−解：在体积VR=0.12m3的全混流反映器中，进行反映，式中k1=7m3kmol-1min-1，k2=3m3kmol-1min-1，两种物料以等体积加入反映器中，一种含2.8kmolA·m-3，另一种含1.6kmolA·m解可逆一级液相反映，已知；当此反映在间歇反映器中进行，通过8min后，A的转化率为33.3%，而平衡转化率是66.7%，求此反映的动力学方程式。解平行液相反映A→PrP=1A→RrR=2cAA→SrS=cA2已知cA0=2kmol·m-3，cAf=0.2kmol·m-3，求下列反映器中，cP最大为多少?平推流反映器；(2)全混流反映器；(3)两相同体积的全混流反映器串联，cA1=1kmol·m-3。解自催化反映A+P→2P的速率方程为：−rA=kcAcP，k=lm3kmol-1min-1，原料组成为含A13%，含P1%（摩尔百分数），且cA0+cP0=lkmol·m-3，出口流中cP=0.9kmol·m-3，计算采用下列各种反映器时的空间时间(τ=VR/V0)。(1)平推流反映器；(2)全混流反映器；(3)平推流与全混流反映器的最佳组合；(4)全混流反映器与一分离器的最佳组合。解在两个串联的全混流反映器中进行一级反映，进出口条件一定期，试证明当反映器大小相同时，两个反映器的总容积最小。证半衰期为20小时的放射性流体以0.1m3hr-1的流量通过两个串联的40m解A进行平行分解反映，其速率式为↗RrR=1kmol·m-3min-1A→SrS=2cAkmol·m-3min-1↘TrT=cAkmol·m-3min-1其中R是所规定的目的产物，cA0=1kmol·m-3。试问在下述反映器进行等温操作时，预计最大的cR为多少?(1)全混流反映器；(2)平推流反映器。解低浓度操作对生成目的产物R有利，对全混流反映器，可在极低的浓度下操作对平推流反映器，则尽量使其转化率提高。在0℃时纯气相组分A在一恒容间歇反映器依以下计量方程反映：A→时间/s02468101214∞pA/MPa0.10.080.06250.0510.0420.0360.0320.0280.020求此反映的动力学方程式。解当t→∞时，pAe=0.2故为可逆反映，设此反映为一级可逆反映，则以(-ln(pA-pAe))对t作图t02468101214pA0.10.080.06250.0510.0420.0360.0320.028PA-pAe0.080.060.04250.0310.0220.0160.0120.008-ln(pA-pAe)2.5262.8133.1583.4743.8174.1354.4234.828气相反映A+B=R的动力学方程为(−rA)=k(pApB−pR/KP)，式中请拟定最佳反映温度与转化率之间的关系。解某液相一级不可逆反映在体积为VR的全混釜中进行，假如将出口物料的一半进行循环，新鲜物料相应也减少一半，产品物料的转化率和产物生成速率有什么变化？解全混流循环时出口物料一半与等量的xA=0的物料混合，xA0=0.5xAf。与简朴地把解决量减半等效。有一自催化反映A→R，动力学方程为−rA=0.001cAcRkmol·m-3s-1。规定反映在4个0.1m3的全混流反映器中进行，反映物初始浓度cA0=10kmol·m-3，cR0=0，解决量为5.4m3hr解一级不可逆连串反映，k1=0.25hr-1，k2=0.05hr-1，进料流率V0为1m3hr-1，cA0=1kmol·m-3，cB0=cC0=0。试求：采用两个VR=1m解某气相基元反映：A+2B→P已知初始浓度之比cA0:cB0=1:3，求的关系式。解已知常压气相反映动力学方程为，试用下列三种方式表达动力学方程：(1)组分分压；(2)组分摩尔分率；(3)组分初始浓度和A的转化率。解高温下二氧化氮的分解为二级不可逆反映。在平推流反映器中101.3kPa下627.2K时等温分解。已知k=1.7m3kmol-1s-1，解决气量为120m3hr-1（标准状态），使NO解恒容过程变容过程均相气相反映A→3P，服从二级反映动力学。在0.5MPa、350℃和V0=4m3hr-1下，采用—个25mm内径，长2m的实验反映器，能获得60％转化率。设计一个工业平推流反映器，当解决量为320m3hr-1，进料中含50%A，50%惰性物料时，在2.5MPa和350℃下反映，为获得80%的转化率．求需用解求速率常数k(2)求反映器体积和管数管子的串并联要从流体阻力和流型考虑，在保持平推流的前提下尽量并联。有一气相分解反映，其化学反映式为A→R+S，反映速率方程为−rA=kcA2，反映温度为500℃。这时测得的反映速率常数为k=0.25m3kmol-1s-1。反映在内径为25mm、长为1m的管式反映器中进行，器内压强维持在101.3kPa（绝），进料中仅含组分A，当其转化率为20%，空间速度为45hr解

第三章习题有一有效容积VR=1m3，送入液体的流量为1.8m3hrt/min01020304050607080c/kg·m-3036543210求其停留时间分布规律，即F(t)，E(t)，，解示踪法求停留时间分布规律t/minc/kg·m-3∑cF(t)E(t)t·ct2000000010330.1250.01253030020690.37500.02501202400305140.58330.02081504500404180.750.01671606400503210.8750.01251507500602230.95830.00831207200701241.00.0042704900800241.0000∑248033200对某一反映器用阶跃法测得出口处不同时间的示踪剂质量浓度变化关系为：t/min0246810121416c/kg·m-300.050.110.20.310.430.480.500.50求其停留时间分布规律，即F(t)，E(t)，，解:阶跃法求停留时间分布规律c0=0.5kgm-3t/minc/kg·m-3∑cF(t)E(t)000000020.050.050.10.050.20.440.110.160.220.060.481.9260.20.360.40.091.086.4880.310.670.620.111.7614.08100.431.10.860.122.424120.481.580.960.051.214.4140.52.081.00.020.567.84160.52.581.0000∑7.6869.12请将习题一中停留时间分布规律用对比时间θ作变量，求F(θ)，E(θ)，，。解t/min01020304050607080cA/kg·m-303654321000.41660.8330.6940.55560.41660.27660.139000.06250.250.47920.66670.81250.91670.97921.0应用习题一的反映器，进行A+B→D反映，已知cA0=cB0=20mol·m-3，动力学方程为−rA=0.005cAcBmol·m-3min-1，请用凝集流模型计算反映器出口物料中A组分的转化率，并求cA，cB，cD值。本题若用PFR及CSTR模型计算时，物料出口中A组分的转化率是多少?解凝集流模型：时间t/minc/kg·m-3F(t)0000001030.1250.50.1250.06252060.3750.6670.250.166753050.58330.750.20830.1562254040.750.80.16670.133365030.8750.8330.1250.1041256020.95830.8570.08330.07138817011.00.8750.04170.03648758001.00.88900∑240.7308356PFR模型计算时：③CSTR模型计算在习题一的反映器中进行A→D反映，已知cA0=25mol·m-3，动力学方程为−rA=0.05cAmol·m-3min-1，请分别用：(1)凝集流模型；(2)多级混合槽模型；(3)平推流模型；(4)全混流模型。计算出口物料中A组分的转化率。解（1）凝集流模型t/minc/kg·m-3∑cF(t)0000010330.1250.11890.0758220690.3750.22620.09197305140.58330.17930.04649404180.750.13650.02256503210.8750.09740.01026602230.95830.06170.00415701241.00.02940.00126800241.00∑240.2525(2)多级混合槽模型：(3)PFR模型：(4)CSTR模型：用习题5的条件，采用轴向扩散模型，计算其Pe值与出口物料中A组分的转化率。解设E(θ)、F(θ)分别为某流动反映器的停留时间分布密度函数和停留时间分布函数，θ为对比时间。若反映器为PFR，试求：(a)F(1)，(b)E(1)，(c)F(0.8)，(d)E(0.8)，(e)E(1.2)若反映器为CSTR，试求：(a)F(1)，(b)E(1)，(c)F(0.8)，(d)E(0.8