化學(xué)反應(yīng)工程習(xí)題庫(kù)(計(jì)算題舉例及詳細(xì)解答))

1、化學(xué)反應(yīng)工程習(xí)題1.1.若某鐵催化劑上氨合成反應(yīng)速率由氨脫附所控制，并若某鐵催化劑上氨合成反應(yīng)速率由氨脫附所控制，并設(shè)表面吸附態(tài)有氨及氮，試推演均勻表面吸附動(dòng)力學(xué)方設(shè)表面吸附態(tài)有氨及氮，試推演均勻表面吸附動(dòng)力學(xué)方程程。l解：過(guò)程由氨脫附所控制， 則 l將上列各式代入， 可得niiNHaNHdNHpkkr113335 . 15 . 0322HNpNHPPKp由題設(shè)可知33221111NHNHNNniipbpb33223331NHNHNNNHNHNHpbpbpbkkkbkaaNHd并令由于,35 . 15 . 05 . 15 . 02232232231HNpNHNNNHHNpNHPPkbPbPPP

2、Kkr2 2TemknhTemknh等提出鐵催化劑上氨合成反應(yīng)為下列步驟所組成等提出鐵催化劑上氨合成反應(yīng)為下列步驟所組成 式中式中X X代表活性位。若過(guò)程代表活性位。若過(guò)程的反應(yīng)速率由的反應(yīng)速率由 解離吸附控制，試求不均勻表面動(dòng)力學(xué)方程。解離吸附控制，試求不均勻表面動(dòng)力學(xué)方程。 l解：此時(shí)表面化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡，即催化劑上吸附態(tài)的吸附平衡分壓 l根據(jù)中等覆蓋度情況下不均勻表面吸附理論，當(dāng)過(guò)程為氮的單組分吸附且為控制步驟時(shí)，由式可得，2NNXXN222XNHHNX3223達(dá)到平衡，或應(yīng)與氣相中的32.2NHHNppP3225 .023223HPNHNNNHpPKPpppK及aNNNNNdaNNNN

3、aNPbPbkPbPkr222222222, 0, 0,2, 0,aHpNHNNdaHPNHNNNaPKPbkPKPbPk1322, 0,322, 0,232223222可得并由實(shí)驗(yàn)確定及令, 5 .0,)(12,22,0,1222aKkkKbkkaPNdapNNa5 . 125 . 1123322232HNHNHHNNNHPPkPPpkrr3 3若一氧化碳變換反應(yīng)由下列步驟組成若一氧化碳變換反應(yīng)由下列步驟組成而表面化學(xué)反應(yīng)是控制步驟，試推演不均勻表面吸附動(dòng)力學(xué)方程。而表面化學(xué)反應(yīng)是控制步驟，試推演不均勻表面吸附動(dòng)力學(xué)方程。解：可知表面化學(xué)反應(yīng)吸附時(shí)由于水解反應(yīng)達(dá)到平衡 22) 1 (HOXX

4、OH水解及氧吸附2)2(COXCOOX表面化學(xué)反應(yīng)aoococoopbpkppkr2222,0215.0建立化學(xué)平衡，即及應(yīng)與氣相中OHHoPPp222OHOHppppK2225.0最后可得由實(shí)驗(yàn)測(cè)得令, 5 . 0;,22, 022, 011aKbkkKbKkkapOapOp5 . 025 . 012222OHHCOHOHCOpppkpppkr4 4乙烷熱裂解，實(shí)驗(yàn)證明，該反應(yīng)的總速率對(duì)乙烷是一級(jí)的。假定該反應(yīng)乙烷熱裂解，實(shí)驗(yàn)證明，該反應(yīng)的總速率對(duì)乙烷是一級(jí)的。假定該反應(yīng)的歷程為：的歷程為：根據(jù)實(shí)驗(yàn)，這個(gè)歷程中的單分子反應(yīng)速率式可表示為其余的反應(yīng)均可以從根據(jù)實(shí)驗(yàn)，這個(gè)歷程中的單分子反應(yīng)速率式

5、可表示為其余的反應(yīng)均可以從基元過(guò)程直接寫(xiě)出相應(yīng)的反應(yīng)速率式?；^(guò)程直接寫(xiě)出相應(yīng)的反應(yīng)速率式。解：根據(jù)穩(wěn)定態(tài)假定的要求，對(duì)于每一個(gè)鏈載體凈變化應(yīng)該為零。即三試相加得: 產(chǎn)物乙烯只是在鏈增長(zhǎng)反應(yīng)中生成，故它生成的速率就是反應(yīng)的速率。式中的由上面提出的反應(yīng)歷程，可以說(shuō)明乙烷裂解反應(yīng)為一級(jí)的。36221CHHCK鏈引發(fā)5246232HCCHHCCHK鏈轉(zhuǎn)移HHCHCK42523鏈傳遞522624HCHHCHK）（鏈終止624210452525HCHCHCHCHCK0236262213CHHCHCCHCCKCKdtdC06262524213HCHHCHCtHCCKCCKddC0264213252626

6、25262352HCHCHHCHCHCCHtHCCKCCKCCKCKddC022515262HCHCCKCK2151)2(6252HCHCCKKC2521352525242HCHCHCHCCKCCKdtdC6262624212151322HCHCHCHCKCCKCKKKdtdC5 5以醋酸（以醋酸（A A）和正丁醇（）和正丁醇（B B）為原料在間歇反應(yīng)器中生產(chǎn)醋酸丁酯，操）為原料在間歇反應(yīng)器中生產(chǎn)醋酸丁酯，操作溫度為作溫度為 , ,每批進(jìn)料每批進(jìn)料1Kmol1Kmol的的A A和和4.96Kmol4.96Kmol的的B B，已知反應(yīng)速，已知反應(yīng)速率率 ，試求醋酸轉(zhuǎn)化率，試求醋酸轉(zhuǎn)化率 分別為分

7、別為0.50.5，0.90.9，0.990.99所所需的反應(yīng)時(shí)間。已知醋酸與正丁醇的密度分別為需的反應(yīng)時(shí)間。已知醋酸與正丁醇的密度分別為 解: （A） （B） （C） （D）對(duì)每KmolA而言，投料情況如下表： 該反應(yīng)為液相反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中體積比不變，且每次投料體積為: C100)(045. 132hmKmolcrAAAx33/740960kg/mmkg和OHHCOOCCHOHHCCOOHCH2943943醋酸（A）1Kmol60kg正丁醇（B）4.96Kmol368kg30.62m960603496.0740368m30.559m0.4960.0625V計(jì)算結(jié)果表明，轉(zhuǎn)化率從計(jì)算結(jié)果表明，轉(zhuǎn)

8、化率從0.90.9提高到提高到0.990.99，反應(yīng)時(shí)間從，反應(yīng)時(shí)間從4.81h4.81h延長(zhǎng)到延長(zhǎng)到52.9h52.9h，說(shuō)明大量反應(yīng)時(shí)間花在高轉(zhuǎn)化率。，說(shuō)明大量反應(yīng)時(shí)間花在高轉(zhuǎn)化率。 l l 分別代入計(jì)算可得:l計(jì)算結(jié)果表明，轉(zhuǎn)化率從0.9提高到0.99，反應(yīng)時(shí)間從4.81h延長(zhǎng)到52.9h，說(shuō)明大量反應(yīng)時(shí)間花在高轉(zhuǎn)化率。ht9 .5299. 0199. 0045. 179. 1199. 0ht81. 49 . 019 . 0045. 179. 119 . 0ht535. 05 . 015 . 0045. 179. 115 . 099.09 .05 .0、將xAfAfAfAxAAAxxkc

9、kcdxctAf110020300/79. 1559. 01mKmolVNcAA6.6.生化工程中酶反應(yīng)生化工程中酶反應(yīng) 為自催化反應(yīng)，反應(yīng)速率式為自催化反應(yīng)，反應(yīng)速率式 ，某溫度下某溫度下 要求要求 A A的最終濃度降到的最終濃度降到 ，當(dāng)原料的進(jìn)料量為當(dāng)原料的進(jìn)料量為 時(shí)，求：（時(shí)，求：（1 1）反應(yīng)速率達(dá)到最大時(shí)，）反應(yīng)速率達(dá)到最大時(shí)，A A的濃度為多少？的濃度為多少？l解（1）l要使反應(yīng)速率最大 l l即 l化簡(jiǎn)得 RA RAAckcr min)/(512. 13kmolmk3/01. 0mkmolhm/103)(00AARARAAccckcckcr0AAdcdr0200AmARkck

10、ckc300/5 . 0)(5 . 0mKmolcccRAAml（2）在全混流反應(yīng)器中 l（3）在平推流反應(yīng)器中（2 2）采用全混流反應(yīng)器時(shí)，反應(yīng)器體積是多少？）采用全混流反應(yīng)器時(shí)，反應(yīng)器體積是多少？（3 3）采用平推流反應(yīng)器時(shí)，反應(yīng)器體積是多大？）采用平推流反應(yīng)器時(shí)，反應(yīng)器體積是多大？RAfRAAfRfAAfAVccckcVrccV)()()(000030091.1060)01. 01)(01. 0)(512. 1 ()01. 099. 0 (10)1 ()(mckcccVVAfAfAfAR30000013. 111ln2)1 (20mcccckVccdckkVVAmAmAAccAAARAm

11、A（4 4）為使反應(yīng)器體積為最小，將全混流和平推流反應(yīng)）為使反應(yīng)器體積為最小，將全混流和平推流反應(yīng)器組合使用，組合方式如何？其最小體積為多少？器組合使用，組合方式如何？其最小體積為多少？l（4）反應(yīng)器的組合形式及最小體積 要使反應(yīng)器體積最小，從CA0到Cam應(yīng)該用全混流反應(yīng)器，而后從Cam到CAf串聯(lián)一個(gè)平推流反應(yīng)器。l 全混流反應(yīng)器體積為l平推流反應(yīng)器體積為3001216. 0)1 ()(mckcccVVAmAmAmAR30507. 0)1 (mccdckVVAmAfccAAAR321723. 0mVVVRRR所以最小總體積，7 7兩個(gè)等體積的平推流或全混流反應(yīng)器形成七種組合，在等溫下兩個(gè)等

12、體積的平推流或全混流反應(yīng)器形成七種組合，在等溫下進(jìn)行一級(jí)不可逆反應(yīng)，反應(yīng)速率進(jìn)行一級(jí)不可逆反應(yīng)，反應(yīng)速率 平推流反應(yīng)器與全混流反應(yīng)器的停留時(shí)間平推流反應(yīng)器與全混流反應(yīng)器的停留時(shí)間 均為均為1min1min，計(jì)算其，計(jì)算其最終轉(zhuǎn)化率。最終轉(zhuǎn)化率。l解:（a）兩個(gè)全混流反應(yīng)器并聯(lián)，l（b）兩個(gè)全混流反應(yīng)器串聯(lián)，l（c）與（d）全混流反應(yīng)器與平推流反應(yīng)器串聯(lián),l（e）與（f）兩個(gè)平推流反應(yīng)器并聯(lián)或串聯(lián),l（g）平推流反應(yīng)器與全混流反應(yīng)器并聯(lián),/1,min1,301mkmolckkcrAAA75. 0,/41)1 (,320,bAAbAfxmkmolkcc816. 0,2121,10,dAcAkAdA

13、fcAfxxeekeccc865. 0,/135. 0,3220,fAeAkAfAfcAfxxmkmoleecxx776.0,234.03121)21(21,2020,gAAkAgAfxekcecc67. 0,/3121,30,aAAaAfxmkmolkcc8.8.平行反應(yīng)平行反應(yīng) 生成生成P P的反應(yīng)為主反應(yīng)，的反應(yīng)為主反應(yīng)，P P為主產(chǎn)物，求：（為主產(chǎn)物，求：（1 1）在全混流反應(yīng)器中）在全混流反應(yīng)器中所能得到的最大；所能得到的最大；l解： （1）全混流反應(yīng)器min)/(2.LmolcrPApmin)/(1.LmolrRRmin)/(.2LmolcrSASLmolcA/20ptcAfAPf

14、AfAfAfPffcccccrrsS021222012)2()1 (2AfAfAfAfAfAfAPfcccccccc即0AfPfPfdcdcc最大，則要使LmolcSLmolcPfAf/667.094,/5 .0，出口此時(shí)得求：（求：（2 2）在平推流反應(yīng)器中所能得到的最大；）在平推流反應(yīng)器中所能得到的最大；l（2）平推流反應(yīng)器ptcAfAfAcAAAccAPfdcccsdcc22120molccdcccccAAcAAAPfAfPf864. 011)1ln()1 (2, 020202此時(shí)最大，上式中要使9.9.純苯氯化為串聯(lián)反應(yīng)，生成物為一氯苯，副產(chǎn)物為二氯苯反應(yīng)方程式為純苯氯化為串聯(lián)反應(yīng)，生

15、成物為一氯苯，副產(chǎn)物為二氯苯反應(yīng)方程式為的動(dòng)力學(xué)方程的動(dòng)力學(xué)方程l解： 由動(dòng)力學(xué)方程可知，動(dòng)力學(xué)方程各項(xiàng)中均有氯氣濃度 ，計(jì)算過(guò)程中可消除，可用上述推導(dǎo)的一級(jí)串聯(lián)反應(yīng) 形式的計(jì)算公式可進(jìn)行。l 對(duì)于理想混合間歇反應(yīng)器，HCLCLHCCLCLHCHCLCLHCCLHCKk2462565626621,12. 04012kkC時(shí)MLAKK21012. 0112. 00120max749. 012. 0122AAkkkALcckkcc0/ln00090. 0121211AkkkkkAtkAAcececc0max0161. 0AALAAccccc161. 0749. 0090. 0：產(chǎn)物中MLABc在理

16、想混合間歇反應(yīng)器和理想混合連續(xù)反應(yīng)器中進(jìn)行上述串聯(lián)反應(yīng)，在理想混合間歇反應(yīng)器和理想混合連續(xù)反應(yīng)器中進(jìn)行上述串聯(lián)反應(yīng)，求主產(chǎn)物一氯苯的最高含量及此時(shí)產(chǎn)物濃度分布情況求主產(chǎn)物一氯苯的最高含量及此時(shí)產(chǎn)物濃度分布情況l 對(duì)于理想混合連續(xù)反應(yīng)器， BAAAcckdtdcr1BPBAPPcckcckdtdcr21BPSScckdtdcr202120max551.01AALckkcc0211010257. 0111AAmAAckkkckcc0max0912. 0AALAMccccc10.10.達(dá)到定態(tài)操作的反應(yīng)器進(jìn)口物料中，用脈沖法注入示蹤有色物料，于出達(dá)到定態(tài)操作的反應(yīng)器進(jìn)口物料中，用脈沖法注入示蹤有色物

17、料，于出口用比色法測(cè)定有色示蹤物濃度歲時(shí)間變化，見(jiàn)下表。設(shè)過(guò)程中物料密度口用比色法測(cè)定有色示蹤物濃度歲時(shí)間變化，見(jiàn)下表。設(shè)過(guò)程中物料密度不變，試確定物料的平均停留時(shí)間分布函數(shù)，并計(jì)算方差。不變，試確定物料的平均停留時(shí)間分布函數(shù)，并計(jì)算方差。l解：由下式計(jì)算停留時(shí)間分布函數(shù)l由下式計(jì)算平均停留時(shí)間l由下式計(jì)算方差l具體計(jì)算過(guò)程見(jiàn)下表 pptcctF00 00ptptmcct 20022mptptttcct時(shí)間時(shí)間t/st/s 0 120 240 360 480 600 720 840 960 1080 0 120 240 360 480 600 720 840 960 1080示蹤物濃度示蹤物濃

18、度/ /（ ）0 6.5 12.5 12.50 6.5 12.5 12.5 10.0 5.0 2.5 1.0 0 0 10.0 5.0 2.5 1.0 0 03/mg時(shí)間t/s 0120240360480600720860940108006.512.512.510.55.02.51.00006.519.031.541.546.549.050.050.050.000.130.380.630.830.930.981.001.001.000780300045004800300018008400000.9367.20016.20023.04018.00012.9607.05600 3/mgcp )/(

19、30mgcpt pptcctF00 3/msgctp 2252/10msgctpl計(jì)算結(jié)果：22230609374045085392004 .3745018720sttm11.11.在在攪拌良好的間歇反應(yīng)器中，用乙酸和丁醇生產(chǎn)乙酸丁酯，反應(yīng)式為：在在攪拌良好的間歇反應(yīng)器中，用乙酸和丁醇生產(chǎn)乙酸丁酯，反應(yīng)式為： （A A） （B B） （C C） （D D）反應(yīng)在反應(yīng)在 等溫條件下進(jìn)行，進(jìn)料配比為乙酸等溫條件下進(jìn)行，進(jìn)料配比為乙酸1kgmol1kgmol配丁醇配丁醇4.97kgmol4.97kgmol，并以少量硫酸，并以少量硫酸為催化劑。為催化劑。 l解：計(jì)算反應(yīng)時(shí)間二級(jí)反應(yīng) l乙酸分子量為60

20、，丁醇分子量為74，所以乙酸的濃度為OHHCOOCCHOHHCCOOHCH2943943C100AfAAfxkcxt10LKgmolcA/018. 07497. 460175. 010Hrt53. 0(min)325 . 010018. 04 .175 . 0當(dāng)使用過(guò)量丁醇時(shí)，其動(dòng)力學(xué)方程式為當(dāng)使用過(guò)量丁醇時(shí)，其動(dòng)力學(xué)方程式為 式中反應(yīng)速率常數(shù)式中反應(yīng)速率常數(shù) ，反應(yīng)在液相進(jìn)行，反應(yīng)物密度為反應(yīng)在液相進(jìn)行，反應(yīng)物密度為 。若每天生產(chǎn)。若每天生產(chǎn)2400kg2400kg乙酸丁酯，如要求乙乙酸丁酯，如要求乙酸轉(zhuǎn)化率為酸轉(zhuǎn)化率為50%50%，每批輔助時(shí)間為，每批輔助時(shí)間為0.5Hr0.5Hr，試計(jì)算

21、反應(yīng)器的有效體積？，試計(jì)算反應(yīng)器的有效體積？l（2）計(jì)算有效體積l每天需生產(chǎn)2400kg（P）則每小時(shí)乙酸用量為 l每小時(shí)所需原料總量為l每小時(shí)需處理的原料體積為l所以反應(yīng)器有效體積為2AAkCrmin4 .17KgmolLKlKg75. 0)/(103%506011624002400HrkgHrkg /7347497. 460103103)/(97975.07340HrlV)(10085 . 053. 09790LttVVR12.12.在管式流動(dòng)反應(yīng)器中生產(chǎn)醋酸釘酯，若操作條件和產(chǎn)量上題相在管式流動(dòng)反應(yīng)器中生產(chǎn)醋酸釘酯，若操作條件和產(chǎn)量上題相同，試計(jì)算所需反應(yīng)器體積。同，試計(jì)算所需反應(yīng)器體積

22、。l解：有上題可知l每小時(shí)處理原料量為l反應(yīng)物乙酸的轉(zhuǎn)化率為 l按理想管式反應(yīng)器計(jì)算LKgmolcA/018. 07497. 460175. 010)/(97975. 07340HrlV50. 0Afx LxkcxVVAfAAfR5215 . 010018. 0604 .175 . 0979)1 (0013.13.在一管式流動(dòng)反應(yīng)器中進(jìn)行乙烷熱裂解制乙烯的反應(yīng)，反應(yīng)式為，反應(yīng)溫度為，在一管式流動(dòng)反應(yīng)器中進(jìn)行乙烷熱裂解制乙烯的反應(yīng)，反應(yīng)式為，反應(yīng)溫度為，反應(yīng)壓力反應(yīng)壓力1.41.4大氣壓，以水蒸氣為稀釋劑進(jìn)行裂解反應(yīng)。水蒸氣與乙烷之比為大氣壓，以水蒸氣為稀釋劑進(jìn)行裂解反應(yīng)。水蒸氣與乙烷之比為0.

23、5 0.5 ：1 1（摩爾比），乙烷加料速率為（摩爾比），乙烷加料速率為2020噸噸/ /時(shí)，乙烷轉(zhuǎn)化率要求達(dá)時(shí)，乙烷轉(zhuǎn)化率要求達(dá)60%60%，若反應(yīng)在等溫等，若反應(yīng)在等溫等壓下進(jìn)行，并可忽略其它副反應(yīng)，試計(jì)算下述兩種情況時(shí)的反應(yīng)器體積。壓下進(jìn)行，并可忽略其它副反應(yīng)，試計(jì)算下述兩種情況時(shí)的反應(yīng)器體積。l解：（1）反應(yīng)為一級(jí)不可逆反應(yīng)時(shí)：l乙烷的分子量為30，進(jìn)料量為20噸/時(shí)，l若反應(yīng)為一級(jí)不可逆，則 AfxAAARrdxFV00sec/185.0360030102030KmolFAKcAAAAAAXYXkCr001)()(sec8 .121173987.170200exp10535.1117

24、3114KCT（1 1）設(shè)反應(yīng)為一級(jí)不可逆反應(yīng)）設(shè)反應(yīng)為一級(jí)不可逆反應(yīng)（2 2）若反應(yīng)為一級(jí)可逆反應(yīng)）若反應(yīng)為一級(jí)可逆反應(yīng)已知：反應(yīng)速率方程為已知：反應(yīng)速率方程為 以分壓表示的化學(xué)平衡常數(shù)以分壓表示的化學(xué)平衡常數(shù)l反應(yīng)起始時(shí)，乙烷與水蒸氣的摩爾比為1 ：0.5：l所以： RTKkcccKrcSRAA70200exp10535. 1)()(14式中常數(shù)以濃度表示的化學(xué)平衡CK)(2.3atmPPPKASRP5.1111111)/(1070.9)(5.14.15.0114.1033000AAAAAymKmolRTPcatmpsec)/(5 . 11186. 05 . 11111070. 98 .1

25、2)(33mKmolxxxxrAAAAA)36 . 00(68. 15 . 11186. 0185. 0mxxdxVAAAR13.13.l（2）若反應(yīng)為一級(jí)可逆反應(yīng)時(shí)AfxCSRAAARKCCcKdxFV00RTkkPC/AfxPSRAARKPPPARTkdxFV00)(AAAAAAAAxxxyxPP5 . 114 . 11100RSAAAAAAARPPxxxyxPP5 .14 .1100AAAAPAAAAAARdxxxxxKxxxxRTKdxFV6.00226.0020)5.1(438.05.111993.0/5.14.15.114.1因上式不易積分，不能直接求區(qū)解析值，故采用圖解積分法因上

26、式不易積分，不能直接求區(qū)解析值，故采用圖解積分法令令l將計(jì)算關(guān)系列于下表l將上列數(shù)據(jù)作圖l由圖求得 yxxxxAAA22)5 .1 (438.05 .1100.10.20.30.40.50.6 y 0.6670.56070.46450.37670.29630.22260.1547 1/y 1.51.78322.15272.65443.37404.49180.4632Ax)(8.181.1993.03mVR14.14.在全混反應(yīng)器中進(jìn)行下列液相反應(yīng)在全混反應(yīng)器中進(jìn)行下列液相反應(yīng)過(guò)程是連續(xù)且穩(wěn)定的。過(guò)程是連續(xù)且穩(wěn)定的。A A與與B B的體積流率均為的體積流率均為4L/min4L/min。且。且A

27、A與與B B的濃度分別為的濃度分別為 。現(xiàn)要求?，F(xiàn)要求B B 的轉(zhuǎn)化率為的轉(zhuǎn)化率為75%75%，問(wèn)反應(yīng)器體積為多大？，問(wèn)反應(yīng)器體積為多大？設(shè)反應(yīng)物料密度不變。設(shè)反應(yīng)物料密度不變。l解 ：由題知，反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)速率為；SRBAKK12min)/(731kmolmKmin)/(332kmolmK,/6 . 1/8 . 233mkmolmkmol與SRBABAcckcckrr21)()(fBBfBfAAfARrxcVrxcVV00003030/8.026.1/4.128.2mKmolcmKmolcBA33300/6 . 0/2 . 075. 08 . 08 . 0/8 . 075. 08 . 04

28、. 1mKmolccmKmolcmKmolxcccSRBBfBAAl代入速率式：min)/(04. 06 . 06 . 032 . 08 . 07)()(3mKmolrrBAmin/008. 0min/8443000mLVVVBA)(12. 0300mrxcVVfBBfBR15.15.在全混反應(yīng)器中進(jìn)行下列液相反應(yīng)在全混反應(yīng)器中進(jìn)行下列液相反應(yīng) 反應(yīng)物中反應(yīng)物中ABAB按等摩爾比配成，其反應(yīng)按等摩爾比配成，其反應(yīng)速率式為速率式為 其速率常數(shù)其速率常數(shù) ，液體加料流率，液體加料流率 反應(yīng)物濃度為反應(yīng)物濃度為 ，反應(yīng)在，反應(yīng)在 等溫條件下進(jìn)行。當(dāng)?shù)葴貤l件下進(jìn)行。當(dāng)A A的轉(zhuǎn)化率為的轉(zhuǎn)化率為87.5

29、%87.5%時(shí)試用解析法求（時(shí)試用解析法求（1 1）單個(gè)反應(yīng)器，（）單個(gè)反應(yīng)器，（2 2）兩個(gè)等體積反應(yīng)器串聯(lián)操作及（）兩個(gè)等體積反應(yīng)器串聯(lián)操作及（3 3）三個(gè)等體積全混）三個(gè)等體積全混反應(yīng)器串聯(lián)操作下，這三種情況的帆嬰器體積各為多少？反應(yīng)器串聯(lián)操作下，這三種情況的帆嬰器體積各為多少？l解： （1）單個(gè)反應(yīng)器，l（2）兩個(gè)等體積反應(yīng)器串聯(lián)RBABAckcrA )/(92. 93skmolmksmV/278. 030300/08. 0mkmolccBAC2532006 .19 mKCCCVVAAfAR2120010011AAAAARXkCXXCVV2220120021AAAAARXkCXXCVV

30、0,021ARRXVV且2212211)1 ()1 (AAAAAXXXXX211122)1)(875. 0(875. 01875. 0AAAAXXXX）故（725. 0.1AX求得0219. 0)1 (101AAAXCC3220100136. 3)1 (mXKCXCVVAAAAR3172. 636. 322mVVR總（3 3）三個(gè)等體積全混反應(yīng)器串聯(lián)）三個(gè)等體積全混反應(yīng)器串聯(lián)l可求得；2120010011AAAAARXkCXXCVV2220120021AAAAARXkCXXCVV2320230031AAAAARXkCXXCVV8038. 0,6285. 021AAXX 322160. 1628

31、5. 0108. 092. 96285. 008. 0278. 0mVR318.43mVVR總綜合練習(xí)題綜合練習(xí)題l一、單項(xiàng)選擇題一、單項(xiàng)選擇題:l在CSTR中進(jìn)行一級(jí)不可逆恒溫恒容串聯(lián)反應(yīng)：A P S，若E1E2，k1k2，為提高主產(chǎn)物P的得率Xp，應(yīng)該選擇 ( )l較高濃度 較高溫度 較低溫度 較低濃度l在PFR中進(jìn)行等溫恒容一級(jí)不可逆串聯(lián)反應(yīng) A P S， 當(dāng)主產(chǎn)物P的濃度Cp最大時(shí)的最優(yōu)空時(shí)為opt( ).l k1/(k2k1)l某一級(jí)不可逆反應(yīng)，當(dāng)操作條件和轉(zhuǎn)化率相同時(shí)，用一容積為V的大型平推流反應(yīng)器和改用4個(gè)容積為V1的小型平推流反應(yīng)器串聯(lián)操作,反應(yīng)器容積的相互關(guān)系為 ( )l V

32、2V1 V4V1 V4V1 V4V1l某單一反應(yīng)，其反應(yīng)速率的倒數(shù)（1/-rA）與關(guān)鍵組分的轉(zhuǎn)化率xA呈單調(diào)下降關(guān)系，則在同等條件下應(yīng)優(yōu)先選擇 ( )l平推流或間歇操作的全混流 全混流 多釜串聯(lián)全混流 全混流后串聯(lián)平推流式1k2k1k2k21kkln/1k21/1kk綜合練習(xí)題綜合練習(xí)題l二級(jí)不可逆反應(yīng) 的容積效率為 ( )l 1 l某反應(yīng) A + BR, 其動(dòng)力學(xué)方程式l rkrKAPAKBPB(1+KAPA+KBPB+KRPR)2, 所代表的反應(yīng)機(jī)理式和控制步驟是（ ） l A+ A B + Bl A+B R R R+l催化劑顆粒的體積為VP、外表面積aP、比表面積SV、球形顆粒的外表面積

33、為as，表征其顆粒特征的體積相當(dāng)直徑dV=（ ）l (6VP/)1/3 (ap/)1/2 6/SV aP/VPl常用的催化劑顆粒中氣體的有效擴(kuò)散系數(shù)De模型近似計(jì)算公式為De=( )l 9700a(T/M)1/2 pDAB/RT220)1 (AAAxkCr)1 (Ax)5 . 01)(1 (AAxx5.0)1(Ax/DP)/1/1/(1KABDD綜合練習(xí)題綜合練習(xí)題l表征軸向分散模型的Peclet準(zhǔn)數(shù)Pe的數(shù)值越大，軸向返混程度 ( )l 越大 越小 不變 為零l表征催化劑的內(nèi)擴(kuò)散影響的Thiele模數(shù) ，其數(shù)值越大，表明內(nèi)擴(kuò)散阻力 ( )l 越大 越小 不變 為零l在全混流反應(yīng)器中停留時(shí)間大

34、于平均停留時(shí)間的流體粒子占全部粒子的百分?jǐn)?shù)( )l 36.79% 63.21% 18.4% 75%l有一平行反應(yīng)：A P , (主產(chǎn)物)，rPk1 ；l k2 其中k1k2,要提高選擇率SP，應(yīng)選擇 ( )l S , (副產(chǎn)物)，rSk2 CA；l提高溫度操作 提高CA 操作 降低CA操作 降低溫度操作s1k2AC綜合練習(xí)題綜合練習(xí)題l三級(jí)全混流反應(yīng)器(等VR)串聯(lián)操作時(shí),其停留時(shí)間分布的散度為 ( )l 1 0 0 1 1l平推流反應(yīng)器中流體濃度分布的特點(diǎn)是: ( )l 軸向上處處相同,徑向上不同; 軸向和徑向上處處相同;l 徑向上處處相同,軸向上不同; 軸向和徑向上處處不同.l在流化床反應(yīng)

35、器中，從氣泡經(jīng)氣泡暈到乳相的傳遞可認(rèn)為是一個(gè)串聯(lián)過(guò)程，其總括交換系數(shù)(Kbe)b與氣泡-氣泡暈的交換系數(shù)(Kbc)b、氣泡暈-乳相間的交換系數(shù)(Kce)b三者之間的關(guān)系可表示為l ( )l(Kbe)b(Kbc)b(Kce)b； 1/(Kbe)b1/(Kbc)b1/(Kce)b；l(Kbe)b(Kbc)b(Kce)b； 1/KLA=1/HAkGA1/kLA；l表征氣-液相反應(yīng)的參數(shù)八田(Hatta)數(shù)Ha或 ，對(duì)于擬一級(jí)不可逆快速反應(yīng)(-R)=kCACB，CB大過(guò)量時(shí)可視作(-RA)=kCA，則Ha=( )l 或 ； ； ； ;2222MLABLLDkcLL AkDesDkcRzEuLLALAk

36、k 綜合練習(xí)題綜合練習(xí)題lK-L(即國(guó)井-Levenspiel)鼓泡(流化)床數(shù)學(xué)模型假定床頂出氣組成可用氣泡中的組成代替。在定常態(tài)下進(jìn)行一級(jí)不可逆反應(yīng)時(shí)，床頂出氣轉(zhuǎn)化率表達(dá)式為; ( )l ； ； ； ；l二二.填空填空:l化學(xué)反應(yīng)的速率常數(shù)的對(duì)數(shù)lnk與反應(yīng)溫度T的關(guān)系可表示為 。l反應(yīng)程度與反應(yīng)組分i(計(jì)量系數(shù)為i)的轉(zhuǎn)化率xi的關(guān)系為：xi= 。l對(duì)于溫度和濃度均勻的連續(xù)流動(dòng)系統(tǒng)，就選定的控制體積如以組分A的摩爾流率FA/mols-1進(jìn)行物料衡算，則單位時(shí)間內(nèi)輸入量FA,in、輸出量FA,out、反應(yīng)消耗量FA,r和積累量FA,b之間的關(guān)系即物料衡算式為 ；在連續(xù)穩(wěn)態(tài)操作條件下為 。f

37、KAex1ktAex1)1 ()1 (20XXXiZekZeZeCCfKAex1綜合練習(xí)題綜合練習(xí)題l表征軸向分散模型的Peclet準(zhǔn)數(shù)Pe的數(shù)值越大，軸向返混程度越 ；而表征催化劑的內(nèi)擴(kuò)散影響的Thiele模數(shù)，其數(shù)值越大，則表明內(nèi)擴(kuò)散阻力越 。l定常態(tài)下氣體雙組分?jǐn)U散時(shí)綜合擴(kuò)散系數(shù)D 。l等溫催化劑的有效系數(shù) ；其粒內(nèi)濃度分布的方程式為： 。l催化劑顆粒的體積為VP、外表面積aP、比表面積SV，表征其顆粒特征的體積相當(dāng)直徑dV= ，面積相當(dāng)直徑da ，比表面相當(dāng)直徑ds= 。l對(duì)于反應(yīng)-rA1 和反應(yīng)-rA2 速率單位均采用 Kmol/m h，則1的因次為：_，2的因次為：_。bBaAPP

38、k1bBaACCk23綜合練習(xí)題綜合練習(xí)題l反應(yīng)物A的水溶液在等溫CSTR中進(jìn)行二級(jí)反應(yīng)，出口轉(zhuǎn)化率為0.4，現(xiàn)在改在等體積的PRF中進(jìn)行，則出口轉(zhuǎn)化率為 ；如在PRF中進(jìn)行等溫一級(jí)不可逆反應(yīng)，反應(yīng)物A的初始濃度為CA0，轉(zhuǎn)化率為xA，當(dāng)反應(yīng)器的體積增大到n倍時(shí)，反應(yīng)物A的出口濃度為 ，轉(zhuǎn)化率為 ；在PRF中進(jìn)行等溫一級(jí)均相反應(yīng)，反應(yīng)器體積不變，進(jìn)口物料A的濃度CA0從1 mol/l增大到2 mol/l,如果出口轉(zhuǎn)化率xA不變,進(jìn)料體積流量v0必須 。l催化劑床層堆密b、顆粒密度p及顆粒真密度t之間的關(guān)系是 。 綜合練習(xí)題綜合練習(xí)題l三.簡(jiǎn)答題：l簡(jiǎn)要說(shuō)明反應(yīng)器特性和反應(yīng)器設(shè)計(jì)的主要任務(wù)。l寫(xiě)

39、出單層絕熱床的催化劑用量方程、床層高度方程式。l氣一固相催化反應(yīng)過(guò)程一般包括哪些步驟? l簡(jiǎn)要說(shuō)明固定床擬均相模型及其一維模型的基本假定要點(diǎn)，說(shuō)出兩類(lèi)擬均相一維模型。右圖為CSTR的Qg-T和Qr-T關(guān)系示意圖，l請(qǐng)寫(xiě)出放熱速率線(xiàn)Qg和撤熱速率線(xiàn)Qr表l達(dá)式，并在圖中標(biāo)注出穩(wěn)定的定常態(tài)點(diǎn)l和可選熱穩(wěn)定操作點(diǎn)。綜合練習(xí)題綜合練習(xí)題l一PFR、一CSTR和一層流模型反應(yīng)器三者的平均停留時(shí)間 相等且 =2min，圖a、圖b分別為三者E(t)t曲線(xiàn)和F(t)t曲線(xiàn)的迭放示意圖。請(qǐng)分別標(biāo)出曲線(xiàn)與t= 和t= / 2八個(gè)交點(diǎn)處的圖a: E(t)t曲線(xiàn)E(t) 和F(t)值。l (5) (6) 圖b: F(

40、t)t曲線(xiàn)圖a: E(t)t曲線(xiàn)tttt綜合練習(xí)題綜合練習(xí)題l在由一個(gè)CSTR和一個(gè)等體積的PFR串聯(lián)組合的反應(yīng)裝置中進(jìn)行一級(jí)不可逆液相等溫反應(yīng)，證明反應(yīng)結(jié)果與串聯(lián)順序無(wú)關(guān)。l如右圖，ABC曲線(xiàn)為某可逆反應(yīng)的平衡l溫度線(xiàn)，DEF為最佳溫度線(xiàn)。l 回答以下各題并簡(jiǎn)要說(shuō)明理由：l A、B、C三點(diǎn)的反應(yīng)速率是多少？l D、E、F中哪點(diǎn)的反應(yīng)速率最快？哪點(diǎn)最慢？l G、M、E、N各點(diǎn)哪點(diǎn)的反應(yīng)速率最快？ l A、G、H中哪點(diǎn)的反應(yīng)速率最快？ 綜合練習(xí)題綜合練習(xí)題l下列平行反應(yīng)： AB k1 P，主反應(yīng)，rp l k2l S 副反應(yīng)，rsl為了提高主產(chǎn)物P的收率，在下列情況下應(yīng)選擇什么反應(yīng)器為最優(yōu)并簡(jiǎn)要

41、說(shuō)明理由：l1) a1a2，b1b2； 2) a1a2，b1b2 ； l寫(xiě)出吸附等溫線(xiàn) 模型中的L-H模型和Temkin模型表達(dá)式，其中L-H模型包括單分子吸附、解離吸附和多分子同時(shí)被吸附（非解離）時(shí)的等溫線(xiàn)模型式。111bBaACCk222bBaACCk)(iipf綜合練習(xí)題綜合練習(xí)題l說(shuō)出流化床數(shù)學(xué)模型中有代表性的第級(jí)模型氣泡兩相模型的基本假定并列出反應(yīng)為一級(jí)不可逆、乳相為全混流時(shí)的未轉(zhuǎn)化率模型 。(8分)l簡(jiǎn)要說(shuō)明描述氣-液兩相流傳質(zhì)模型的惠特曼模型的基本假定或要點(diǎn)并列出氣相量、液相量總括傳質(zhì)系數(shù)KGA、KLA與氣膜、液膜傳質(zhì)系數(shù)kGA、kLA和亨利常數(shù)HA之間的關(guān)系式。l有某液相等溫二

42、級(jí)不可逆反應(yīng)，如在CSTR中進(jìn)行，其出口轉(zhuǎn)化率xA=0.5，若將反應(yīng)器的體積擴(kuò)大到4倍，則出口轉(zhuǎn)化率xAf=？ (8分) l氣-液相反應(yīng)多半為不可逆反應(yīng)，其大致需經(jīng)歷包括那些步驟？說(shuō)出氣-液相反應(yīng)的膜內(nèi)轉(zhuǎn)化系數(shù)和增強(qiáng)系數(shù)的物理意義。綜合練習(xí)題綜合練習(xí)題l有一可逆反應(yīng)，在某一溫度時(shí)，其正、逆反應(yīng)速率常數(shù)分別為k1=0.5，k2=1。問(wèn)，在該溫度下反應(yīng)轉(zhuǎn)化率可否達(dá)到90%？l寫(xiě)出帶有短路流的全混流（容積為Vm）模型的E(t)表達(dá)式，并給出E(t) t的示意圖。l寫(xiě)出等溫球形催化劑內(nèi)進(jìn)行一級(jí)不可逆反應(yīng)l(-rA=kVCA)時(shí)的擴(kuò)散-反應(yīng)方程的微分式和積分式以及有效系數(shù)的表達(dá)式（其中Thiele模數(shù)采

43、用 ）。1/hDkReVs綜合練習(xí)題綜合練習(xí)題l四、計(jì)算及證明題l3-1. 以純A為原料（液相）在連續(xù)釜式反應(yīng)器(CSTR)內(nèi)生產(chǎn)P產(chǎn)物，空時(shí)=1h，反應(yīng)為：lA P，rP=k1CAl S，rS=k2CA.l反應(yīng)速率常數(shù)k1、k2與溫度的關(guān)系符合阿累尼烏斯方程，指前因子A1=4.368105 ，lA2=3.5331018 ，反應(yīng)活化能E1=41800J/(molK), E2=141000J/(molK)。試求在什么溫度下操作P的得率(yP)最大？1h1h綜合練習(xí)題綜合練習(xí)題l3-2. 在一PFR反應(yīng)器中，由純乙烷進(jìn)料裂解制造乙烯，年生產(chǎn)能力為15萬(wàn)噸乙烯：C2H6 C2H4 + H2（設(shè)A為C

44、2H6，B為C2H4，C為H2）l反應(yīng)按一級(jí)不可逆反應(yīng)對(duì)待(忽略副反應(yīng)),-rA=kCA，反應(yīng)器在1100K等溫、600kPa恒壓下操作,要求乙烷的轉(zhuǎn)化率xA達(dá)到80%。已知反應(yīng)活化能為347.3 kJ/mol，1000K時(shí)，k=0.0725 ，反應(yīng)活化能E=347.3kJ/mol。反應(yīng)氣體按理想氣體處理，年工作日按330天計(jì)算。試設(shè)計(jì)用50mm、長(zhǎng)12m管子并聯(lián)制作工業(yè)規(guī)模管式反應(yīng)器的列管根數(shù)和反應(yīng)器的空時(shí)。k1s綜合練習(xí)題綜合練習(xí)題l3-3某化工車(chē)間的主要產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程是70下進(jìn)行的等溫自催化反應(yīng)：，已知其速率方程為：-AkCACR，kmol(m3h)，測(cè)得在此溫度下的速率常數(shù)l k1.5

45、12 m3(kmolh)。生產(chǎn)實(shí)踐證明，反應(yīng)物料的初始組成按99：1配比時(shí)生產(chǎn)效果最好（即CAo0.99 kmolm3, CRo0.01 kmolm3）。該廠(chǎng)要進(jìn)行技術(shù)改造，將料液的處理量即容積流速擴(kuò)大到o10 m3h、轉(zhuǎn)化率達(dá)到xA0.99。現(xiàn)擬采用理想反應(yīng)器或其組合設(shè)計(jì)有效容積最小的反應(yīng)裝置，請(qǐng)你給提出優(yōu)化的選型方案(做出正確的計(jì)算結(jié)果)。綜合練習(xí)題綜合練習(xí)題l3-4.某一級(jí)可逆放熱反應(yīng) A R ,其反應(yīng)速率式為：-AkCA0(1-xA)k(CR0+CA0 xA)，其中: kk0exp-E1RT, kk0exp-E2RT； CA0、CR0為原料中組份A和R的起始濃度，CA0：CR0=1：

46、。試分別導(dǎo)出變溫操作時(shí)最優(yōu)反應(yīng)溫度Topt和平衡溫度Te與xA的關(guān)聯(lián)式以及Topt與Te之間的依賴(lài)關(guān)系式 kk綜合練習(xí)題綜合練習(xí)題l3-5.在CSTR(Vr=490cm3)中,在36下用氨與甲醛制烏洛托品，其化學(xué)反應(yīng)方程式為：4NH3(A)6HCHO(B)(CH2)6N46H2O反應(yīng)速率方程為: ，mol/(Ls), 。已知氨水和甲醛水溶液的濃度分別為4.06 mol/L和6.32mol/L，各以1.50cm3/s的流量進(jìn)入反應(yīng)器，設(shè)該系統(tǒng)的密度恒定。試求氨的轉(zhuǎn)化率xA及反應(yīng)器出口物料中氨和甲醛的濃度。l3-6在間歇釜式反應(yīng)器中等溫下進(jìn)行下列反應(yīng)：lNH3(A)CH3OH(B) CH3NH2(

47、P)H2O(S)， ，lCH3NH2CH3OH (CH3)2NHH2O， ，P為主產(chǎn)物，CP0=0。l這兩個(gè)反應(yīng)對(duì)各自的反應(yīng)物均為一級(jí)（反應(yīng)速率如上），已知在該反應(yīng)溫度下k2/k1=0.68。試求一甲胺的最大得率yP和與之相應(yīng)的氨的轉(zhuǎn)化率。2BAAckcr Tek/309031042. 1BACCkr11PBCCkr221k2k綜合練習(xí)題綜合練習(xí)題l3-7. 氣相二級(jí)不可逆反應(yīng)A3R，在壓力為5kg/cm2、350和容積進(jìn)料速率0=1.1110-3m3/s下，流入內(nèi)徑為0.025m、長(zhǎng)為2m的管式平推流反應(yīng)器中，此時(shí)可以獲得0.60的轉(zhuǎn)化率。為了設(shè)計(jì)處理能力為8.8910-2m3/s的工業(yè)反應(yīng)

48、器，若此時(shí)原始物料中含有50%的A和50%的惰性物料，壓力為25 kg/cm2、溫度仍為350，要求轉(zhuǎn)化率達(dá)到0.90，試求需要內(nèi)徑為0.025m、長(zhǎng)度為2m的管子多少根？l3-8.氣相可逆反應(yīng)A + B R的速率方程為： , mol/(hm )。式中 k1.2610-4exp(-21.810 /RT)，mol/(m hPa2)；lKP7.1810-7exp(29.610 /RT)，Pa-1；已知pA0pB00.5 kg/cm2=0.506625105Pa，lpR00，總壓力p1.0 kg/cm2=1.01325105Pa。l試求最優(yōu)溫度Topt與轉(zhuǎn)化率xA的函數(shù)表達(dá)式。)/(pRBAAKpp

49、pkr3333綜合練習(xí)題綜合練習(xí)題l4-1已知一等溫閉式液相反應(yīng)器的停留時(shí)間分布密度函數(shù)E(t)=16te ,min ，試求：l平均停留時(shí)間；空時(shí)；停留時(shí)間小于1 min的物料所占的分率；l停留時(shí)間大于1 min的物料所占的分率；l若用多級(jí)CSTR串聯(lián)模型來(lái)擬合時(shí)的模型參數(shù)N；l用軸向擴(kuò)散模型來(lái)擬合（閉-閉式邊界條件）時(shí)的模型參數(shù)Pe；l若反應(yīng)物料為微觀(guān)流體且進(jìn)行一級(jí)不可逆反應(yīng)時(shí)，其速率常數(shù)k=6min-1，CA0=1mol/L，試分別采用多級(jí)CSTR串聯(lián)模型和軸向擴(kuò)散模型(閉-閉式邊界條件)計(jì)算反應(yīng)器出口轉(zhuǎn)化率；l若反應(yīng)物料為宏觀(guān)流體(即凝集流模型，其他條件同上)，試估計(jì)反應(yīng)器出口轉(zhuǎn)化率。t

50、41t4綜合練習(xí)題綜合練習(xí)題l4-2 .設(shè)F()E()分別為閉式流動(dòng)反應(yīng)器的停留時(shí)間分布函數(shù)和密度函數(shù),為對(duì)比時(shí)間。l若反應(yīng)器為平推流反應(yīng)器，試求：F(1)；E(1)；F(0.8)；E(0.8)；E(1.2)。l若反應(yīng)器為全混流反應(yīng)器，試求：F(1)；E(1)；F(0.8)；E(0.8)；E(1.2)。l若反應(yīng)器可用層流模型擬合，試求：E()；F()；E(0.5)；F(1)；F(0.5)。l若為一個(gè)三釜(等釜)串聯(lián)模型，試求： ； ；E(1)；l若反應(yīng)器為一非理想流動(dòng)反應(yīng)器，試求：lF()；F(0)；E()； ； 。20)(dE0)(dE綜合練習(xí)題綜合練習(xí)題l4-3. 在一管式反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行液相

51、二級(jí)不可逆反應(yīng)，其速率方程為 -rAk (k0.05h-1)。流體的進(jìn)料速率為Vo0.25m3/h，反應(yīng)器的有效容積為VR0.5m3，原料液中A 的起始濃度 CAo5.0 mol/m3，試求：l 當(dāng)反應(yīng)流體在器內(nèi)作層流流動(dòng)且不存在徑向和軸向混合過(guò)程時(shí)，反應(yīng)器出口平均轉(zhuǎn)化率xA；l 當(dāng)反應(yīng)流體在器內(nèi)呈平推流時(shí)出口處的xA；l 當(dāng)反應(yīng)流體在器內(nèi)呈全混流時(shí)出口處的xA。2AC綜合練習(xí)題綜合練習(xí)題l4-如右圖所示的流動(dòng)系統(tǒng)中，流經(jīng)第二個(gè)釜V2的流體分率為，兩釜均為全混流，體積分別為V1、V2。試求：l假定 ,求：l當(dāng)用脈沖示蹤法進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)該系統(tǒng)的E(t)；l該系統(tǒng)的平均停留時(shí)間 ；l該系統(tǒng)的 ；l計(jì)算

52、在上述情況下進(jìn)行一級(jí)不可逆反應(yīng)時(shí)反應(yīng)裝置的出口轉(zhuǎn)化率；l假定 ，求：l該系統(tǒng)的E(t)；該系統(tǒng)的平均停留時(shí)間 ；l該系統(tǒng)的 ；l假定 且=V2 /(V1+V2)時(shí), 求整個(gè)流動(dòng)系統(tǒng)的E(t)。l該系統(tǒng)的平均停留時(shí)間 ；l該系統(tǒng)的21tt t22和t21tt t22和t21tt t22和t綜合練習(xí)題綜合練習(xí)題l圖1：組合裝置流動(dòng)系統(tǒng)示意圖(4-4)l F，C(t)F1aFaF圖1：組合裝置流動(dòng)系統(tǒng)示意圖綜合練習(xí)題綜合練習(xí)題l5-1假定鐵催化劑上氨合成反應(yīng)為N2為解離吸附控制，且H2不吸附。試?yán)媒鼓方鸸綄?dǎo)出該反應(yīng)的冪函數(shù)型動(dòng)力學(xué)方程。l6-1. 用中間間接冷卻的兩段式絕熱床進(jìn)行某催化氧化反應(yīng)，

53、所用催化劑為載于硅膠上的V2O5，化學(xué)反應(yīng)計(jì)量方程為：lSO2(A) 0.5O2 (B) SO3(R)l其反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程為： ，mol /(sgcat)l其中，k1=5.4110-3exp-129791/RT，k2=7.49104exp-224412/RT。進(jìn)料的分子組成為：A 8.0%，B 13.0%，N2 79.0%；進(jìn)料的摩爾流量為243kmol/h， 5 . 05 . 021ABRBAApppkppkr綜合練習(xí)題綜合練習(xí)題l總壓為p=1.01325105Pa；第一級(jí)進(jìn)氣溫度為370，出氣溫度為560；第二級(jí)進(jìn)氣溫度為370；A的總轉(zhuǎn)化率xA=99%。如在此溫度范圍內(nèi)，混合氣的比熱cp可

54、認(rèn)為基本不變，并等于1.045 J/gK；反應(yīng)熱焓與溫度的關(guān)系為： H(kJ/mol)=-102.98.3410-3T。床層密度rB=0.6g/cm3，反應(yīng)器直徑為1.825m，氣體常數(shù)R=8.314J/molK。求：l速率常數(shù)k1，k2的單位；膨脹因子dA；l反應(yīng)組分的初始摩爾分率yi0和當(dāng)A的轉(zhuǎn)化率為xA時(shí)相關(guān)組分的摩爾分率yi；l進(jìn)料氣體的平均分子量；l整理并寫(xiě)出該系統(tǒng)的速率方程式(-rA)=k(T)f(xA)；l整理并寫(xiě)出該反應(yīng)裝置的絕熱線(xiàn)方程式T=f(xA)；l整理并寫(xiě)出該反應(yīng)裝置關(guān)鍵組分A的轉(zhuǎn)化率xA隨床層高度l變化的微分方程；l寫(xiě)出該反應(yīng)裝置關(guān)鍵組分A的轉(zhuǎn)化率xA隨床層高度l變化

55、的差分方程。綜合練習(xí)題計(jì)算題參考答案綜合練習(xí)題計(jì)算題參考答案 l 解：l顯然 ， ， 分別對(duì)組分A、P進(jìn)行物料衡算，有：l，由此可得 (1)l考慮到CP0=0，則 （2） 將(1)代入(2)可得主產(chǎn)物P的得率 (3)l由l(注： ), l即有： ，ASPAckkrrr)(21APckr2)1)(210AAAAAxkkxrcc)(1)(2121kkkkxA)1 ()1 ()1 (11010APAPAAPPPPxkyxkyxckcrcc)(1211kkkyP0)(1 )(1 221222211121211kkRTEkRTEkkkkRTEkdTdyP2RTEkdTdk0)(1 2211211EkEk

56、kkE綜合練習(xí)題計(jì)算題參考答案綜合練習(xí)題計(jì)算題參考答案l整理得：l (4)l (5)l代入有關(guān)數(shù)據(jù)得 。l注：由題設(shè)條件=1,亦可在式處將=1代入，式簡(jiǎn)化為 ,后續(xù)步驟同上。)1(ln) 1() 1()(122021220/121212212EEkRTEEEkeEEkEEkERTE)1/(ln12202EEkREToptKTopt3 .389)141800141000(110533. 3ln314. 814100018)(1211kkkyP綜合練習(xí)題計(jì)算題參考答案綜合練習(xí)題計(jì)算題參考答案l 解：先進(jìn)行有關(guān)參數(shù)整理：由題設(shè)條件可知：yA0=1，A=（2-1）/1=1。該反應(yīng)器的乙烯(MP=28k

57、g/kmol)產(chǎn)出量相當(dāng)于乙烯的摩爾流率(流出量)為： (kmol/s)；換算為乙烷的摩爾流率(流入量或處理量)為：FA0= FB/ xA =0.188/0.8=0.235 (kmol/s)；由 ,初始(F0=FA0，恒壓)： ；l則；l又；l ，或 ，則 ；l計(jì)算1100K時(shí)的速率常數(shù) ,l代入有關(guān)數(shù)據(jù)得:188. 02836002433010157BFRTFptRTpCRTCRTFpAAA/0000013330000582. 3106001100314. 810235. 0smpRTFCFAAA)1 ()1 (),1 (0000AAAAAAAxxyxFFAAAAAxxFFC1100AAAA

58、xxCC110AAAAxxkCr110)11(exp11TTREkk1798. 3,23. 30725. 0)1100110001(314. 8374300exp0725. 0sek綜合練習(xí)題計(jì)算題參考答案綜合練習(xí)題計(jì)算題參考答案l由設(shè)計(jì)方程有： ；l所需列管根數(shù)： ；l空時(shí) (s)。l*或先算出空時(shí),再求體積亦可：l ;AAAxAAAxAAAAAxAAARdxxkpRTFxdxxkCFrdxFV0000000) 112(1)1 (330682. 28 . 05ln21060023. 31100314. 823511ln2mxxkpRTFAAA（根）1141205. 014. 34682. 2

59、12422DVnR749. 0582. 3682. 20V,749. 0 8 . 05ln2 23. 3111ln2 11)1 (1000）（sxxkxdxxkrdxCAAxAAAxAAAAA)(682. 230mVR（根）。所需管子根數(shù)為：1141205. 014. 34682. 212422DVnR綜合練習(xí)題計(jì)算題參考答案綜合練習(xí)題計(jì)算題參考答案l3.3.解：l整理速率方程：l= CR0/CA0=0.02/200=0.01， 則CR0=CA0。l由計(jì)量方程知：lCA=CA0(1xA)，CR=CR0+CA0 xA= CA0(+xA)，l代入速率方程中，則有l(wèi) ；)(1 (20AAAAxxkC

60、r綜合練習(xí)題計(jì)算題參考答案綜合練習(xí)題計(jì)算題參考答案l依據(jù)動(dòng)力學(xué)方程選擇反應(yīng)器型式 l由 ，得曲線(xiàn)存在極小值即對(duì)應(yīng)的最低點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率值正是反應(yīng)速率為最大時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)化率值 。l由此亦可知，屬于1/(-rA)xA之曲線(xiàn)上存在最低點(diǎn)，故采用全混流后串接一平推流為最佳組合，取最低點(diǎn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)化率xA=0.495作為全混流的出口轉(zhuǎn)化率即為最優(yōu)；而后一級(jí)的平推流進(jìn)口轉(zhuǎn)化率即xA=0.495，出口轉(zhuǎn)化率xAf=0.95。0)(1(211)1(220AAAAAAxxxkCrdxd495. 02/ )1 (max,Ax綜合練習(xí)題計(jì)算題參考答案綜合練習(xí)題計(jì)算題參考答案l計(jì)算反應(yīng)器的體積：l*CSTR： ; PFR：;l