化学反应工程许志美课后习.ppt

1、A,1,1-5,循环操作,，原料分离回收循环操作，,甲醛初始浓度10%（质量比），出反应器1.6%，丁炔二醇 初浓度0，出口浓度7.65%，求,第1章 绪论,A,2,2-4,间歇反应器：CA0和xA相同（T1=20时，反应时间t1=8d；T2=120 时，反应时间t2=10min），试估算 Ea,第2章 化学反应动力学,A,3,2-5,C2H4二聚反应：(1) T=200，Ea=156.9 kJ/mol； C2H6二聚反应：(2) T=200，Ea=104.6 kJ/mol。为使反应速率加倍，要提高多少温度？,（1）,（2）,若使反应速率提高一倍，活化能愈大，所需提高的温度愈小,A,4,2-6

2、,反应温度上升10，反应速率加倍，Ea与T之间的关系？ 当T1(K)=300、400、600、800和1000K时，求Ea,A,5,3-1,间歇反应器，n=2，t1=5min时，转化率xA=50%; 若要xA=75%，需增加多长时间？,第3章 理想间歇反应器,A,6,3-2,n=1，等温，证明xA=99.9%时所需反应时间是xA=50%时所需反应时间的10倍,等温时，k 一定,A,7,3-3,n=1/2，10 min后xA=0.75, 30 min后转化率xA=?,xA2无解,假设xA=1时，时间为t3,30 min后反应物A完全转化，xA=100%,A,8,3-4,间歇反应器，cA0=1mo

3、l/L，t=8min后，xA=0.8；t=18min后，xA=0.9，求该反应的动力学关系？,n=2,A,9,在间歇反应器中进行二级反应 ，反应速率为 当 分别为1，5，10 mol/L时，求反应到 =0.01 mol/L时，所需反应时间。并对计算结果进行讨论。,3-8,对于二级反应，若1/CA1/CA0 ， 反应时间t与反应物初始浓度无关。,A,10,生物化工中胰蛋白原转化成胰蛋白酶时， 在间歇反应实验中测得不同温度下反应速率于某时刻 达到最大值,3-10,A,11,在间歇釜式反应器中进行液相反应 ，测得二级反应速率常数： ，计算当 1和5时，转化率分别为0.5，0.9，0.99时所需的反应

4、时间，并对计算结果进行讨论。,3-12,当C B0 /C A0 = 越大，达到相同转化率所需的时间越短； 当C B0 /C A0 不变时，随x A 的增大，所需t 增大，且 x A 越高，t 增加越快,A,12,在3-12题中，若 时，用拟一级反应方程式处理，其计算结果与按二级反应处理相比较。 当cB0/cA0=5时，二级反应可做拟一级反应处理 。,3-13,A,13,可逆一级液相反应 ，已知 。当此反应在间歇反应器中进行时，经过8 min A的转化率是33%，而此时平衡转化率为66.7 %。此反应的动力学方程 。,3-20,*例3-8（p27）化学反应工程原理例题与习题,A,14,可逆反应

5、，已知 。已知210oC时， 求在该温度下所能达到的最大转化率为多少？若要使 ，则需采取何种措施？,3-21,若要使xA=0.9，可以降温或者移除产物。,A,15,有一简单反应，原料A，产物P，实验测得下列数据，已知 试求平衡转化率和反应速率常数,3-22,代入数据，求平均值,A,16,在等温间歇釜式反应器中进行下列液相反应： A和B的初浓度均为2kmol/m3,P为目的产物，试计算反应为2h的A的转化率和产物P的收率。,3-23*,A,17,有一平行反应串联液相反应： 在间歇反应器中，开始时溶液中含有A的浓度 及过量的B，得到如下数据： 试问: 的比值为多少？间歇反应器中P的最大浓度为多少？

6、并求此时A的转化率,3-26*,A,18,A,19,丙烷热裂化为乙烯的反应 ，反应在772oC等温条件下进行，其反应动力学方程式为 式中k=0.4h-1，若采用理想管式反应器，p=0.1MPa,进料流量 ，当转化率 =0.5时，求所需反应器的体积,4-4,第4章 理想管式反应器,A,20,四氟乙烯是制造聚四氟乙烯所用的担体，可将一氯二氟甲烷进行热分解得到 若在0.10133 MPa，700 oC等温条件下，用直径为100 mm的管式反应器进行分解纯的一氯二氟甲烷，其流量为0.4 kmol/min ，试计算分解率为0.8时所需的管长。已知反应为一级，700 oC时的反应速率常数k=0.97s-1

7、,4-5,A,21,在一活塞流反应器中进行下列反应： 反应均为一级，已知 。A的最大进料量为3 ,且不含P与S。试计算P的最大收率和总选择性以及达到最大收率时所需反应器的体积,4-15,A,22,4-23*,常压法生产稀硝酸时，离开快速冷却器的气体组成是：NO为9%， NO2为1%， O2为8%，其余均为N2等惰性气体（摩尔分率）。此气体浸入氧化塔。在0.10133MPa，20的等温条件下进行氧化反应： 反应终点要求NO2 : NO=5，已知入塔气体流量为10000m3/h，氧化塔中反应体积可用下式计算： 式中：VR反应器体积，m3； G气体质量流量，kg/s； y单位质量气体的NO2摩尔量

8、； k反应速率常数1.4104 m3/(kmol s)(20)。 试求反应器体积是多少？,A,23,考虑1kmol气体进入反应器，并设在反应器某一位置生成的NO2为x kmol，得：,该位置处体积流量,A,24,在出口处要求NO2 : NO=5，则：,A,25,5-2,液相反应，反应速率： ， CSTR中，,xA=0.5，若CSTR体积扩大6倍，其他条件不变，此时xA=?,第5章 连续流动釜式反应器,A,26,5-3,一级反应，150等温PFR中xA=0.6；若用同样大小CSTR，处理量不变，要使xA=0.7，问此时CSTR该在什么温度下操作？（Ea=83.7 kJ/mol),反应器体积不变，

9、处理量不变，则 不变,A,27,5-5,一级反应，Ea=83.7 kJ/mol，反应温度150，PFR中进行时，其体积为Vp，改用CSTR，其体积为VM，说明Vp/VM表达式。若xA为0.6和0.9，为使VM与Vp相同，则CSTR应在什么温度下进行？,Vp=VM,T2=468K,A,28,5-8,某液相反应实验测得浓度反应速率数据如下：,CSTR，cA0=2 mol/L，当出口浓度cAf为0.6 mol/L,0.8 mol/L, 1 mol/L时，0=120 L/min，求所需VR？并讨论计算结果,类似于自催化反应,A,29,5-9,一级反应，VR=300 L，cA0=3.2 kmol/m3，

10、k=0.08 s-1 ， xA=98.9%，求反应物A的处理量。 （1）间歇操作，辅助时间15min； （2) 反应器为CSTR，将结果与（1）比较； （3）A的浓度增加一倍，其他条件不变，结果如何？,由于返混的影响，若要获得相同的 转化率，CSTR的平均停留时间较大，生产能力较小。,由（1）、（2）可见，v0与反应物的初始浓度无关，所以A的浓度增加一倍，结果不变,（1）,（2）,（3）,A,30,5-12,体积为VR的反应器中进行液相等温反应，反应速率:,（1）CSTR，xAf=0.5，改为同体积PFR，此时xAf=? （2） CSTR，xAf=0.5，若反应器增大10倍，此时xAf=? （

11、3）若反应为零级，求（1)、（2）的计算结果。 （4）若反应为一级，求（1)、（2）的计算结果。,（1）,k、,不变,（2）,A,31,（3）,（4）,n=0,由于,n=1,k、,不变,k、,不变,A,32,5-16*,循环流动反应器，自催化反应， cA0=1 mol/L，k=1 L/(mols)，进料流率v=1 L/s，循环比分别为3，0， ，求xA=0.98的反应器体积。,当R=3时,A,33,R=0，即平推流反应器情况,由于进料中没有产物，该反应无法启动，所以V= 。,当R= 时，即连续流动釜式反应器的情况,*例5-4（p118） 化学反应工程原理,A,34,5-20,证明：两釜串联中进

12、行一级反应，一定转化率下，两釜体积相同，则其总体积为最小。,转化率一定，则cA0/cA2为定值,设,A,35,将上式对cA1求导，可得,将 代入上式，可得：,当且仅当 ，反应器体积最小,此时,A,36,第6章 反应过程中的混合现象及其对反应的影响,6-6,固相反应 ，测得停留时间分布 如图6-4：已知： ， 求xA?,A,37,6-7,CSTR，液固相反应，产物为固相，反应为一级，已知 ， 固体颗粒平均停留时间为100/min，求： （1）平均转化率； （2）若转化率低于30%为不合格，试估计不合格产品所占百分率； （3）若改用2个等体积CSTR串联（总体积不变），估算不合格产品百分率。,（1

13、）,（2）,（3）,A,38,6-8,今有硫铁矿焙烧反应，已知该反应为动力学 控制， t为反应时间， 全部反应所需时间 。 设反应过程中气相组成不变，离子停留时间 分布如图6-5，求平均转化率xA?,A,39,第7章 化学反应过程的优化,7-3,自催化反应 ，其反应速率方程为 ，进料A的初浓度 ，要求达到最终转化率为0.99。为使反应器体积最小，拟用一个CSTR和一个PFR组合。进料流量 ，速率常数 ，问应如何组合两个反应器？中间转化率？反应器总体积？,自催化反应：CSTR+PFR,CSTR:,PFR：,A,40,7-6,已知分解反应为： 25 ： 求：（1）该温度下，为使产物P收率最大，应选

14、用什么反应器？ （2）所选反应器中，cP,max？,平行反应，主反应级数低，CSTR,（1）,（2）,A,41,7-7,有一液相反应 ，其反应速率方程为 现有CSTR和PFR各一个，体积均为0.7 m3，试问以下三个方案中，哪个最好？为什么？ （1）CSTR后串联PFR； （2）PFR后串联CSTR； （3）CSTR和PFR并联。,（1）,（2）,等摩尔反应：,先CSTR：,再PFR：,先PFR：,再CSTR：,A,42,（3）,CSTR与PFR并联,第二个方案较好。,A,43,7-9,一级不可逆反应： 。已知： ，反应系统进料体积流量为0.142 m3/min，进料组成为， 对于产物P 的最

15、大收率，下列反应器中哪个比较优？请说明原因。 （1）单个CSTR，体积为 ； （2）两个CSTR串联，每个体积为0.142 m3； （3）两个CSTR并联，每个体积为0.142 m3； （4）单个PFR，体积为0.284 m3。,（1）,（2）,对第二个CSTR中物料P做物料衡算：,A,44,两个CSTR并联，同（1）,（4）,（3）,单个PFR,A,45,7-26,对平行反应 其中P为目的产物，在等温操作中证明： （1）采用CSTR，则 ； （2）采用PFR，则 。,（1）,（2）,CSTR：,PFR：,A,46,7-30,CSTR反应器中，复杂反应动力学已测定，已知 ，进料体积流量v和出口浓度如下： （1）判断反应类型； （2）求动力学方程式。,（1）,（2）,随着cA浓度的减小，c