新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)反應(yīng)工程試題及答案模板

資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請聯(lián)系改正或者刪除。《化學(xué)反應(yīng)工程》試題二、計算分析題在恒容條件下,反應(yīng)A+2B==R,原料氣組成為CA0=CB0=100kmol/m3,計算當(dāng)CB=20kmol/m3時,計算反應(yīng)轉(zhuǎn)化率xA、xB及各組分的濃度。解:在恒容條件下:xB=(CB0-CB)/CB0=0.8由CA0-CA=(CB0-CB)/2得到:CA=20kmol/m3=60kmol/m3xA=(CA0-CA)/CA0=0.4在恒壓條件下,反應(yīng)A+2B==R,原料氣組成為CA0=CB0=100kmol/m3,計算當(dāng)CB=20kmol/m3時,反應(yīng)轉(zhuǎn)化率xA、xB及各組分的濃度。解:δB=(1-1-2)/2=-1;yB0=0.5n=n0(1+yB0δBxB)=n0(1-0.5xB)在恒壓條件下:V=V0n/n0=V0(1-0.5xB)CB=nB/V=nB0(1-xB)/[V0(1-0.5xB)]=CB0(1-xB)/(1-0.5xB)xB=8/9nA0-nA=(nB0-nB)/2xA=(nA0-nA)/nA0=(nB0-nB)/(2nA0)=(nB0-nB)/(2nB0)=0.5xB=4/9串聯(lián)-平行反應(yīng)A+B==R,A+R==S,原料中各組分的濃度為CA0=2.0mol/L,CB0=4.0mol/L,CR0=CS0=0,在間歇反應(yīng)器中恒容操作一定時間后,得到CA=0.3mol/L,CR=1.5mol/L,計算此時組分B和S的濃度。解:在恒容條件下:ΔCA1=CB0-CB;ΔCA2=CS;CR=(CB0-CB)-CS;CA0-CA=ΔCA1+ΔCA2得到:CS=(CA0-CA-CR)/2=(2.0-0.3-1.5)/2=0.1mol/LCB=CB0-CR-CS=4.0-1.5-0.1=2.4mol/L在間歇反應(yīng)器中進(jìn)行等溫2級、1級、0級均相反應(yīng),分別求出轉(zhuǎn)化率由0至0.9所需的時間與轉(zhuǎn)化率由0.9至0.99所需時間之比。解:在間歇反應(yīng)器中:0級反應(yīng):,1級反應(yīng):,2級反應(yīng):,在等溫恒容條件下進(jìn)行下列氣相反應(yīng):A→2R其反應(yīng)速率方程為,試推導(dǎo):以A組分轉(zhuǎn)化率xA表示的反應(yīng)速率方程;以總壓P表示的速率方程。假定原料組分為50%A和50%惰性氣體,氣體為理想氣體。解:(1)(2)δA=(2-1)/1=1yA0=0.5n=n0(1+yA0δAxA)=n0(1+0.5xA)xA=2n/n0-2=2P/P0-2在間歇反應(yīng)器中進(jìn)行等溫二級反應(yīng)A==B,反應(yīng)速率:當(dāng)CA0分別為1、5、10mol/L時,分別計算反應(yīng)至CA=0.01mol/L所需的時間。解:在間歇反應(yīng)器中可視為恒容反應(yīng)可視為:當(dāng)CA0=1mol/L時,t=9900s當(dāng)CA0=5mol/L時,t=9950當(dāng)CA0=10mol/L時,t=9990slnk1/T試畫出反應(yīng)速率常數(shù)klnk1/T解:lnk與1/T作圖為一直線某氣相恒容反應(yīng)在400K時的速率式為:MPa/h,(1)試問反應(yīng)速率常數(shù)的單位是什么?(2)若速率式寫成kmol/(m3·h),試問此反應(yīng)的速率常數(shù)為多少?解:(1)反應(yīng)速率常數(shù)的單位:(h·MPa)-1(2)m3/(kmol·h)等溫下在間歇反應(yīng)器中進(jìn)行一級不可逆液相分解反應(yīng)A==B+C,在5min內(nèi)有50%的A分解,要達(dá)到分解率為75%,問需多少反應(yīng)時間?若反應(yīng)為2級,則需多少反應(yīng)時間?解:一級反應(yīng):二級反應(yīng):液相自催化反應(yīng)A==B的速率方程為mol/(L·h),在等溫間歇釜中測定反應(yīng)速率,CA0=0.95mol/L,CB0=0.05mol/L,經(jīng)過1小時后測得反應(yīng)速率最大值,求該溫度下反應(yīng)速率常數(shù)k。解:CB=CA0+CB0-CA=1-CA反應(yīng)速率最大時:,得到CA=0.5mol/L對反應(yīng)速率式積分得到,代入數(shù)據(jù)得到k=2.944L/(mol·h)對于氣相反應(yīng):A→3P其反應(yīng)速率方程為-rA=kCA,試推導(dǎo)在恒容條件下以總壓P表示的反應(yīng)速率方程。假定原料為50%A和50%惰性組分,氣體符合理想氣體。解:在恒容條件下δA=(3-1)/1=2yA0=0.5n=n0(1+yA0δAxA)=n0(1+xA)xA=n/n0-1=P/P0-1對于氣相反應(yīng):A→3P其反應(yīng)速率方程為-rA=kCA,在一平推流反應(yīng)器中進(jìn)行等溫恒壓反應(yīng)。已知反應(yīng)器體積為V,原料體積流量為v0,初始濃度為CA0。試推導(dǎo):其反應(yīng)器設(shè)計方程,并以A組分轉(zhuǎn)化率xA表示成易積分的形式。假定原料為純A,氣體符合理想氣體。解:δA=(3-1)/1=2yA0=1等溫恒壓:v=v0(1+yA0δAxA)=v0(1+2xA)k1k1k2APS目的產(chǎn)物為P,反應(yīng)器體積為V,體積流量為v0,進(jìn)料為純A組分,濃度為CA0。(1)各組分的濃度表示式;(2)導(dǎo)出產(chǎn)物P的總收率、選擇性表示式;(3)導(dǎo)出產(chǎn)物P濃度達(dá)到最大所需的空時,即最優(yōu)空時。解:全混流反應(yīng)器中對A組分作物料衡算對P組分作物料衡算:P的總收率:P的總選擇性:P的濃度達(dá)到最大需滿足:得到最優(yōu)空時:某一級氣相反應(yīng)A==2P,反應(yīng)速率常數(shù)k=0.5min-1,按下列條件進(jìn)行間歇恒容反應(yīng),1min后反應(yīng)器內(nèi)的總壓為多少?反應(yīng)條件:(1)1atm純A;(2)10atm純A;(3)1atmA和9atm惰性氣體。解:一級反應(yīng):δA=(2-1)/1=1n=n0(1+δAyA0xA)=n0(1+yA0xA)P=P0(1+yA0xA)1atm純A:yA0=1P=P0(1+yA0xA)=1.393atm10atm純A:yA0=1P=P0(1+yA0xA)=13.93atm1atmA和9atm惰性氣體:yA0=0.1P=P0(1+yA0xA)=10.393atm某二級液相反應(yīng)A+B==C,已知在間歇全混釜反應(yīng)器中達(dá)到xA=0.99需反應(yīng)時間為10min,問:(1)在平推流反應(yīng)器中進(jìn)行時,空時τ為多少?(2)在全混流反應(yīng)器中進(jìn)行時,空時τ為多少?(3)若在兩個等體積串聯(lián)全混流反應(yīng)器中進(jìn)行時,空時τ又為多少?解:(1)在平推流反應(yīng)器中:(2)在全混流反應(yīng)器中:(3)兩個等體積串聯(lián)全混流反應(yīng)器中:第一個釜第二個釜由試差法計算得到:τ=51.5min自催化反應(yīng)A+R→2R其速率方程為:-rA=kCACR在等溫條件下進(jìn)行反應(yīng),已知CA0和CR0,要求最終轉(zhuǎn)化率為xAf。為使反應(yīng)器體積最小。試問:最合適的理想反應(yīng)器組合方式;此最小反應(yīng)器總體積表示式;3、在FA0/(-rA)～xA圖上表示各反應(yīng)器的體積。解:(1)最合適的理想反應(yīng)器組合方式:全混釜反應(yīng)器串聯(lián)平推流反應(yīng)器(2)反應(yīng)速率最大點是兩個反應(yīng)器的分界點。CA+CR=CA0+CR0CR=CA0+CR0-CA=CM-CA反應(yīng)速率最大時,d(-rA)/dt=0CA=0.5CM①若CAf≥0.5CM,即,僅用一個全混釜即可②若CAf＜0.5CM,即全混釜體積:平推流體積:V=Vm+VPFA0FA0/(-rA)VPVmVPVm0xAf0xAf對于反應(yīng)速率方程為的液相反應(yīng),為達(dá)到一定的生產(chǎn)能力,試討論當(dāng)n＞0、n=0和n＜0時,如何選擇型式(平推流或全混流)使反應(yīng)器體積最小,并簡單說明理由,并在圖上表示反應(yīng)器的體積。解:當(dāng)n=0時,反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度無關(guān),故與反應(yīng)器型式無關(guān)。當(dāng)n＞0時,反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度呈正效應(yīng),而平推流反應(yīng)器的濃度水平明顯高于全混流型式,故選擇平推流反應(yīng)器。當(dāng)n＜0時,反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度呈負(fù)效應(yīng),而平推流反應(yīng)器的濃度水平明顯高于全混流型式,故選擇全混流反應(yīng)器。n=0FA/(-rA)xAFA/(-rA)xAn=0FA/(-rA)xAFA/(-rA)xAFA/(-rA)n=0FA/(-rA)n=0n＞0xAxA一級等溫反應(yīng)A==P,活化能為83140J/mol,在平推流反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng),反應(yīng)溫度為420K,反應(yīng)器體積為Vp,如改為全混流反應(yīng)器,其體積為Vm,為達(dá)到相同的轉(zhuǎn)化率xA=0.6,(1)若反應(yīng)操作溫度相同,則Vm/Vp之值應(yīng)為多少?(2)若Vm/Vp=1,則全混流反應(yīng)器的操作溫度應(yīng)為多少?解:(1)(2)Vm/Vp=1,同樣得到:代入數(shù)據(jù)得到:Tm=440K等溫二級反應(yīng),依次經(jīng)過體積相等的平推流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器,出口轉(zhuǎn)化率為0.99,若將兩個反應(yīng)器改換次序,問出口轉(zhuǎn)化率為多少?解:等溫二級反應(yīng)得到,平推流全混流:將平推流反應(yīng)器+全混流反應(yīng)器時的條件代入,計算得到:kCA0τ=61.53全混流反應(yīng)器+平推流反應(yīng)器:先計算全混流出口xA=0.884全混流出口xA就是平推流進(jìn)口xA,計算平推流出口xA=0.986等溫一級反應(yīng),依次經(jīng)過體積相等的平推流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器,出口轉(zhuǎn)化率為0.99,若將兩個反應(yīng)器改換次序,問出口轉(zhuǎn)化率為多少?解:等溫一級反應(yīng)得到,平推流全混流:將平推流反應(yīng)器+全混流反應(yīng)器時的條件代入,計算得到:kτ=3.175全混流反應(yīng)器+平推流反應(yīng)器:先計算全混流出口xA=0.760全混流出口xA就是平推流進(jìn)口xA,計算平推流出口xA=0.99液相二級不可逆反應(yīng)A+B==C,CA0=CB0,在平推流反應(yīng)器進(jìn)行試驗,當(dāng)τ=10min時xA=0.99,問在相同溫度下為達(dá)到相同轉(zhuǎn)化率,采用(1)在全混流反應(yīng)器中進(jìn)行時,空時τ為多少?(2)若在兩個等體積串聯(lián)全混流反應(yīng)器中進(jìn)行時,空時τ又為多少?在恒溫恒容下進(jìn)行下式所示的自催化反應(yīng):A+R→2R,其速率方程為,初始濃度分別為和,試推導(dǎo)其在間歇釜中達(dá)到最大反應(yīng)速率時的時間和A組分的濃度,若采用連續(xù)操作,應(yīng)采用何種理想反應(yīng)器組合方式,可使反應(yīng)器總體積最小,并用示意圖進(jìn)行表示。平行反應(yīng):APrP=1SrS=2CATrT=CAAPrP=1SrS=2CATrT=CA2等溫一級不可逆串聯(lián)反應(yīng)ARS,進(jìn)料為純A濃度為CA0,連續(xù)操作空時為τ,試分別推導(dǎo)出反應(yīng)器出口各組分的濃度:(1)平推流反應(yīng)器;(2)全混流反應(yīng)器。APAPrP=k1CASrS=k2CA進(jìn)料為純A濃度為CA0,連續(xù)操作空時為τ,試分別推導(dǎo)出反應(yīng)器出口各組分的濃度:(1)平推流反應(yīng)器;(2)全混流反應(yīng)器。VmPFRCSTRVpv0VmPFRCSTRVpv0舉出與它有相同停留時間分布的另一種流動模型,這說明了什么問題。液相反應(yīng) R(主反應(yīng)R(主反應(yīng))rR=k1CA0.6CB1.2A+BS(副反應(yīng))rS=k2CA2.0CB0.2ABBAABAB①②③④從有利于產(chǎn)品分布的觀點,(1ABBAABAB①②③④試采用脈沖示蹤法推導(dǎo)全混流反應(yīng)器的停留時間分布函數(shù)和分布密度函數(shù)。試采用階躍示蹤法推導(dǎo)全混流反應(yīng)器的停留時間分布函數(shù)和分布密度函數(shù)。畫出平推流反應(yīng)器、全混流反應(yīng)器、平推流和全混流反應(yīng)器串聯(lián)及全混流和平推流反應(yīng)器串聯(lián)的停留時間分布密度函數(shù)E(t)和分布函數(shù)F(t)F(θ)和E(θ)分別為閉式流動反應(yīng)器的無因次停留時間分布函數(shù)和停留時間分布密度函數(shù)。(1)若反應(yīng)器為平推流反應(yīng)器,試求:(a)F(1);(b)E(1);(c)F(0.8);(d)E(0.8);(e)E(1.2)(2)若反應(yīng)器為全混流反應(yīng)器,試求:(a)F(1);(b)E(1);(c)F(0.8);(d)E(0.8);(e)E(1.2)(3)若反應(yīng)器為一非理想反應(yīng)器,試求:(a)F(∞);(b)E(∞);(c)F(0);(d)E(0);(e);(f)丁烯在某催化劑上反應(yīng)的到丁二烯的總反應(yīng)為C4H8(A)==C4H6(B)+H2(C)假設(shè)反應(yīng)按如下步驟進(jìn)行:A+σAσAσBσ+CBσB+σ假定符合均勻吸附模型,試分別推導(dǎo)動力學(xué)方程:A吸附控制;2B脫附控制;3表面反應(yīng)控制。 乙炔與氯化氫在HgCl2-活性炭催化劑上合成氯乙烯的反應(yīng)C2H2(A)+HCl(B)==C2H3Cl(C)其動力學(xué)方程式可有如下幾種形式:(1)(2)(3)試分別列出反應(yīng)機(jī)理和控制步驟氣固相催化反應(yīng):A+B==C,其反應(yīng)機(jī)理如下:A+σAσB+σBσAσ+BCσCσC+σ假定符合Langmuir均勻吸附模型,試分別推導(dǎo)動力學(xué)方程:A吸附控制;2、C脫附控制;3表面反應(yīng)控制。在氣固相催化劑表面進(jìn)行下列氣相可逆反應(yīng):A+B==R其反應(yīng)機(jī)理為:A+σ1＝Aσ1B+σ2＝Bσ2Aσ1+Bσ2→Rσ1+σ2(速率控制步驟)Rσ1＝R+σ1試用Langmuir均勻吸附模型導(dǎo)出該反應(yīng)的本征動力學(xué)方程。某氣固相催化反應(yīng):A==R,其動力學(xué)方程式為(以催化劑質(zhì)量為基準(zhǔn))試導(dǎo)出平推流式的等溫積分反應(yīng)器中轉(zhuǎn)化率xA與W/FA0的關(guān)系式試列出氣固相催化反應(yīng)一般所經(jīng)歷的步驟,并區(qū)分動力學(xué)控制和傳遞控制。試敘述氣固相催化反應(yīng)中Thiel模數(shù)φs