化學反應工程許志美課后習

1-5循環(huán)操作，原料分離回收循環(huán)操作，甲醛初始濃度10%（質(zhì)量比），出反應器1.6%，丁炔二醇初濃度0，出口濃度7.65%，求第1章緒論2-4間歇反應器：CA0和xA相同（T1=20℃時，反應時間t1=8d；T2=120℃時，反應時間t2=10min），試估算Ea第2章化學反應動力學2-5C2H4二聚反應：(1)T=200℃，Ea=156.9kJ/mol；

C2H6二聚反應：(2)T=200℃，Ea=104.6kJ/mol。為使反應速率加倍，要提高多少溫度？（1）（2）若使反應速率提高一倍，活化能愈大，所需提高的溫度愈小

2-6反應溫度上升10℃，反應速率加倍，Ea與T之間的關系？當T1(K)=300、400、600、800和1000K時，求EaT（K）3004006008001000Ea（kJ/mol）53.5994.51210.92373.43582.053-1間歇反應器，n=2，t1=5min時，轉(zhuǎn)化率xA=50%;若要xA=75%，需增加多長時間？第3章理想間歇反應器3-2n=1，等溫，證明xA=99.9%時所需反應時間是xA=50%時所需反應時間的10倍等溫時，k一定3-3n=1/2，10min后xA=0.75,30min后轉(zhuǎn)化率xA=?xA2無解假設xA=1時，時間為t330min后反應物A完全轉(zhuǎn)化，xA=100%3-4間歇反應器，cA0=1mol/L，t=8min后，xA=0.8；t=18min后，xA=0.9，求該反應的動力學關系？n=2在間歇反應器中進行二級反應，反應速率為當分別為1，5，10mol/L時，求反應到=0.01mol/L時，所需反應時間。并對計算結(jié)果進行討論。

3-8對于二級反應，若1/CA>>1/CA0，反應時間t與反應物初始濃度無關。生物化工中胰蛋白原轉(zhuǎn)化成胰蛋白酶時，在間歇反應實驗中測得不同溫度下反應速率于某時刻達到最大值

3-10在間歇釜式反應器中進行液相反應，測得二級反應速率常數(shù)：，計算當1和5時，轉(zhuǎn)化率分別為0.5，0.9，0.99時所需的反應時間，并對計算結(jié)果進行討論。3-12當CB0/CA0=β

越大，達到相同轉(zhuǎn)化率所需的時間越短；當CB0/CA0

不變時，隨xA

的增大，所需t增大，且xA

越高，t增加越快

在3-12題中，若時，用擬一級反應方程式處理，其計算結(jié)果與按二級反應處理相比較。當cB0/cA0=5時，二級反應可做擬一級反應處理

。3-13可逆一級液相反應，已知

。當此反應在間歇反應器中進行時，經(jīng)過8minA的轉(zhuǎn)化率是33%，而此時平衡轉(zhuǎn)化率為66.7%。此反應的動力學方程

。

3-20*例3-8（p27）《化學反應工程原理——例題與習題》可逆反應

，已知

。已知210oC時，

求在該溫度下所能達到的最大轉(zhuǎn)化率為多少？若要使

，則需采取何種措施？3-21若要使xA=0.9，可以降溫或者移除產(chǎn)物。有一簡單反應，原料A，產(chǎn)物P，實驗測得下列數(shù)據(jù)，已知試求平衡轉(zhuǎn)化率和反應速率常數(shù)3-22時間01803004201440A轉(zhuǎn)化量00.200.330.431.051.58代入數(shù)據(jù)，求平均值在等溫間歇釜式反應器中進行下列液相反應：A和B的初濃度均為2kmol/m^3,P為目的產(chǎn)物，試計算反應為2h的A的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物P的收率。3-23*有一平行反應——串聯(lián)液相反應：在間歇反應器中，開始時溶液中含有A的濃度及過量的B，得到如下數(shù)據(jù)：試問: 的比值為多少？間歇反應器中P的最大濃度為多少？并求此時A的轉(zhuǎn)化率3-26*時間TcAcPt10.0550.038t20.010.042

丙烷熱裂化為乙烯的反應，反應在772oC等溫條件下進行，其反應動力學方程式為式中k=0.4h-1，若采用理想管式反應器，p=0.1MPa,進料流量

，當轉(zhuǎn)化率=0.5時，求所需反應器的體積4-4第4章理想管式反應器四氟乙烯是制造聚四氟乙烯所用的擔體，可將一氯二氟甲烷進行熱分解得到若在0.10133MPa，700oC等溫條件下，用直徑為100mm的管式反應器進行分解純的一氯二氟甲烷，其流量為0.4kmol/min，試計算分解率為0.8時所需的管長。已知反應為一級，700oC時的反應速率常數(shù)k=0.97s-1

4-5在一活塞流反應器中進行下列反應：反應均為一級，已知

。A的最大進料量為3,且不含P與S。試計算P的最大收率和總選擇性以及達到最大收率時所需反應器的體積

4-154-23*常壓法生產(chǎn)稀硝酸時，離開快速冷卻器的氣體組成是：NO為9%，NO2為1%，O2為8%，其余均為N2等惰性氣體（摩爾分率）。此氣體浸入氧化塔。在0.10133MPa，20℃的等溫條件下進行氧化反應：反應終點要求NO2:NO=5，已知入塔氣體流量為10000m3/h，氧化塔中反應體積可用下式計算：式中：VR——反應器體積，m3；G——氣體質(zhì)量流量，kg/s；y——單位質(zhì)量氣體的NO2摩爾量；k——反應速率常數(shù)1.4×104m3/(kmol·s)(20℃)。試求反應器體積是多少？考慮1kmol氣體進入反應器，并設在反應器某一位置生成的NO2為xkmol，得：組分進口處kmol某一位置kmolNO0.090.09-xNO20.010.01+xO20.080.08-0.5xN20.820.82total1.001.00-0.5x該位置處體積流量在出口處要求NO2:NO=5，則：5-2液相反應，反應速率：，CSTR中，xA=0.5，若CSTR體積擴大6倍，其他條件不變，此時xA=?第5章連續(xù)流動釜式反應器5-3一級反應，150℃等溫PFR中xA=0.6；若用同樣大小CSTR，處理量不變，要使xA=0.7，問此時CSTR該在什么溫度下操作？（Ea=83.7kJ/mol)反應器體積不變，處理量不變，則不變5-5一級反應，Ea=83.7kJ/mol，反應溫度150℃，PFR中進行時，其體積為Vp，改用CSTR，其體積為VM，說明Vp/VM表達式。若xA為0.6和0.9，為使VM與Vp相同，則CSTR應在什么溫度下進行？Vp=VMT2=468K5-8某液相反應實驗測得濃度—反應速率數(shù)據(jù)如下：cA(mol/L)0.10.20.40.60.81.01.21.41.6(-rA)[mol/(L﹒min)]0.625122.51.51.250.80.70.65CSTR，cA0=2mol/L，當出口濃度cAf為0.6mol/L,0.8mol/L,1mol/L時，ν0=120L/min，求所需VR？并討論計算結(jié)果類似于自催化反應5-9一級反應，VR=300L，cA0=3.2kmol/m3，k=0.08s-1，xA=98.9%，求反應物A的處理量。（1）間歇操作，輔助時間15min；（2)反應器為CSTR，將結(jié)果與（1）比較；（3）A的濃度增加一倍，其他條件不變，結(jié)果如何？由于返混的影響，若要獲得相同的轉(zhuǎn)化率，CSTR的平均停留時間較大，生產(chǎn)能力較小。由（1）、（2）可見，v0與反應物的初始濃度無關，所以A的濃度增加一倍，結(jié)果不變（1）（2）（3）5-12體積為VR的反應器中進行液相等溫反應，反應速率:（1）CSTR，xAf=0.5，改為同體積PFR，此時xAf=?（2）CSTR，xAf=0.5，若反應器增大10倍，此時xAf=?（3）若反應為零級，求（1)、（2）的計算結(jié)果。（4）若反應為一級，求（1)、（2）的計算結(jié)果。（1）k、不變（2）（3）（4）n=0由于n=1k、不變k、不變5-16*循環(huán)流動反應器，自催化反應，cA0=1mol/L，k=1L/(mol﹒s)，進料流率v=1L/s，循環(huán)比分別為3，0，，求xA=0.98的反應器體積。當R=3時R=0，即平推流反應器情況由于進料中沒有產(chǎn)物，該反應無法啟動，所以V=。當R=時，即連續(xù)流動釜式反應器的情況*例5-4（p118）《化學反應工程原理》5-20證明：兩釜串聯(lián)中進行一級反應，一定轉(zhuǎn)化率下，兩釜體積相同，則其總體積為最小。轉(zhuǎn)化率一定，則cA0/cA2為定值設將上式對cA1求導，可得將代入上式，可得：當且僅當，反應器體積最小此時第6章反應過程中的混合現(xiàn)象及其對反應的影響6-6固相反應，測得停留時間分布如圖6-4：已知：

，求xA?02t(min)0.56-7CSTR，液固相反應，產(chǎn)物為固相，反應為一級，已知，固體顆粒平均停留時間為100/min，求：（1）平均轉(zhuǎn)化率；（2）若轉(zhuǎn)化率低于30%為不合格，試估計不合格產(chǎn)品所占百分率；（3）若改用2個等體積CSTR串聯(lián)（總體積不變），估算不合格產(chǎn)品百分率。（1）（2）（3）6-8今有硫鐵礦焙燒反應，已知該反應為動力學控制，t為反應時間，全部反應所需時間。設反應過程中氣相組成不變，離子停留時間分布如圖6-5，求平均轉(zhuǎn)化率xA?01.0t(h)1.0第7章化學反應過程的優(yōu)化7-3自催化反應，其反應速率方程為，進料A的初濃度，要求達到最終轉(zhuǎn)化率為0.99。為使反應器體積最小，擬用一個CSTR和一個PFR組合。進料流量，速率常數(shù)，問應如何組合兩個反應器？中間轉(zhuǎn)化率？反應器總體積？自催化反應：CSTR+PFRCSTR:PFR：7-6已知分解反應為：25℃：求：（1）該溫度下，為使產(chǎn)物P收率最大，應選用什么反應器？

（2）所選反應器中，cP,max？PSTA123平行反應，主反應級數(shù)低，CSTR（1）（2）7-7有一液相反應，其反應速率方程為現(xiàn)有CSTR和PFR各一個，體積均為0.7m3，試問以下三個方案中，哪個最好？為什么？（1）CSTR后串聯(lián)PFR；（2）PFR后串聯(lián)CSTR；（3）CSTR和PFR并聯(lián)。（1）（2）等摩爾反應：先CSTR：再PFR：先PFR：再CSTR：（3）CSTR與PFR并聯(lián)第二個方案較好。7-9一級不可逆反應：。已知：，反應系統(tǒng)進料體積流量為0.142m3/min，進料組成為，對于產(chǎn)物P的最大收率，下列反應器中哪個比較優(yōu)？請說明原因。（1）單個CSTR，體積為；（2）兩個CSTR串聯(lián)，每個體積為0.142m3；（3）兩個CSTR并聯(lián)，每個體積為0.142m3；（4）單個PFR，體積為0.284m3。（1）（2）對第二個CSTR中物料P做物料衡算：兩個CSTR并聯(lián)，同（1）（4）（3）單個PFR7-26對平行反應其中