化學(xué)反應(yīng)工程練習(xí)題解答

1、第一章習(xí)題1 有一反應(yīng)在間歇反應(yīng)器中進行，經(jīng)過8min后，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化掉80，經(jīng)過18min后，轉(zhuǎn)化掉90，求表達此反應(yīng)的動力學(xué)方程式。解2 在間歇攪拌槽式反應(yīng)器中，用醋酸與丁醇生產(chǎn)醋酸丁酯，反應(yīng)式為：反應(yīng)物配比為：A(mol):B(mol)=1:4.97，反應(yīng)在100下進行。A轉(zhuǎn)化率達50需要時間為24.6min，輔助生產(chǎn)時間為30min，每天生產(chǎn)2400kg醋酸丁酯（忽略分離損失），計算反應(yīng)器體積。混合物密度為750kg·m-3，反應(yīng)器裝填系數(shù)為0.75。解3 反應(yīng)(CH3CO)2O+H2O2CH3COOH在間歇反應(yīng)器中15下進行。已知一次加入反應(yīng)物料50kg，其中(CH3CO)2

2、O的濃度為216mol·m-3，物料密度為1050kg·m-3。反應(yīng)為擬一級反應(yīng)，速率常數(shù)為k=5.708×107 exp(E/RT) min-1，E=49.82kJ·mol-1。求xA=0.8時，在等溫操作下的反應(yīng)時間。解4 在555K及0.3MPa下，在平推流管式反應(yīng)器中進行氣相反應(yīng)AP，已知進料中含A 30%（摩爾分數(shù)），其余為惰性物料，加料流量為6.3mol·s-1，動力學(xué)方程式為rA=0.27cA mol·m-3s-1為了達到95轉(zhuǎn)化率，試求：(1) 所需空速為多少?(2) 反應(yīng)器容積大小?解5 反應(yīng)A+BR+S，已知VR=

3、0.001m3，物料進料速率V0=0.5×10-3m3min-1，cA0=cB0=5mol·m3，動力學(xué)方程式為rA=kcAcB，其中k=100m3kmol-1min-1。求：(1)反應(yīng)在平推流反應(yīng)器中進行時出口轉(zhuǎn)化率為多少？(2)欲用全混流反應(yīng)器得到相同的出口轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)器體積應(yīng)多大?(3)若全混流反應(yīng)器體積VR=0.001m3，可達到的轉(zhuǎn)化率為多少?已知k=1m3kmol-1hr-1，cB0=3kmol·m-3，cA飽和=0.02kmol·m-3，水溶液流量為10m3hr-1。解（1）平推流（2）全混流（3）VR=0.001m3時可達到的轉(zhuǎn)化率第二章

4、習(xí)題1. 平行液相反應(yīng)AP rP=1AR rR=2cAAS rS=cA2已知cA0=2kmol·m-3，cAf=0.2kmol·m-3，求下列反應(yīng)器中，cP最大為多少?(1) 平推流反應(yīng)器；(2)全混流反應(yīng)器；(3)兩相同體積的全混流反應(yīng)器串聯(lián)，cA1=1 kmol·m-3。解2. 自催化反應(yīng)A+P2P的速率方程為：rA=kcAcP，k=l m3kmol-1min-1，原料組成為含A 13%，含P 1%（摩爾百分數(shù)），且cA0+cP0= l kmol·m-3，出口流中cP= 0.9 kmol·m-3，計算采用下列各種反應(yīng)器時的空間時間(=VR/

5、V0)。(1)平推流反應(yīng)器；(2)全混流反應(yīng)器；(3)平推流與全混流反應(yīng)器的最佳組合；(4)全混流反應(yīng)器與一分離器的最佳組合。解第三章習(xí)題1 有一有效容積VR=1m3，送入液體的流量為1.8m3hr-1的反應(yīng)器，現(xiàn)用脈沖示蹤法測得其出口液體中示蹤劑質(zhì)量濃度變化關(guān)系為：t/min01020304050607080c/kg·m-3036543210求其停留時間分布規(guī)律，即F(t)，E(t)，解示蹤法求停留時間分布規(guī)律t/minc/kg·m-3cF(t)E(t)t·ct2c000000010330.1250.01253030020690.37500.0250120240

6、0305140.58330.02081504500404180.750.01671606400503210.8750.01251507500602230.95830.00831207200701241.00.0042704900800241.0000248033200 2 請將習(xí)題一中停留時間分布規(guī)律用對比時間作變量，求F()，E()，。解3 在習(xí)題一的反應(yīng)器中進行AD反應(yīng)，已知cA0=25mol·m-3，動力學(xué)方程為rA=0.05cA mol·m-3min-1，請分別用：(1)凝集流模型； (2)多級混合槽模型；(3)平推流模型；(4)全混流模型。計算出口物料中A組分的轉(zhuǎn)

7、化率。解（1）凝集流模型t/minc/kg·m-3cF(t)0000010330.1250.1189 0.0758220690.3750.2262 0.09197305140.58330.1793 0.04649404180.750.1365 0.02256503210.8750.0974 0.01026602230.95830.0617 0.00415701241.00.0294 0.00126800241.00240.2525 (2)多級混合槽模型： (3)PFR模型：(4)CSTR模型：4 用題一的條件，采用軸向擴散模型，計算其Pe值與出口物料中A組分的轉(zhuǎn)化率。解5 設(shè)E()、

8、F()分別為某流動反應(yīng)器的停留時間分布密度函數(shù)和停留時間分布函數(shù)，為對比時間。(1) 若反應(yīng)器為PFR，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CSTR，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)器為一非理想流動反應(yīng)器，試求(a)F()，(b) F(0)，(c) E()，(d) ，(e) 解(1)對PFR， F(1)=1， E(1)=，F(xiàn)(0.8)=0， E(0.8)=0， E(1.2)=0(2) (3) 第四章習(xí)題1、 乙炔與氯化氫

9、在HgCl2活性炭催化劑上合成氯乙烯：其動力學(xué)方程式可有如下幾種形式：(1) (2) (3) (4) 試說明各式所代表的反應(yīng)機理和控制步驟。解：（1） （2）（3）（4）2、 丁烯在某催化劑上制丁二烯的總反應(yīng)為：若反應(yīng)按下列步驟進行：（1） 分別寫出a，c為控制步驟的均勻吸附動力學(xué)方程；（2） 寫出b為控制步驟的均勻吸附動力學(xué)方程，若反應(yīng)物和產(chǎn)物的吸附都很弱，問此時對丁烯是幾級反應(yīng)。解：（1）： a控制步驟時 （1）對b： 令則 (2)對c： 令則 (3) 由(3)代入(2)得：由得（2） c控制步驟時由a ，令，則由b 由得（3） b為控制步驟：當吸附很弱時，則對丁二烯是一級反應(yīng)。第五章習(xí)題

10、1. 異丙苯在催化劑上脫烷基生成苯，如催化劑為球形，密度為P=1.06kg·m-3，空隙率P=0.52，比表面積為Sg=350m2g-1，求在500和101.33kPa，異丙苯在微孔中的有效擴散系數(shù)，設(shè)催化劑的曲折因子=3，異丙苯苯的分子擴散系數(shù)DAB=0.155cm2s-1。解2. 在硅鋁催化劑球上，粗柴油催化裂解反應(yīng)可認為是一級反應(yīng)，在630時，該反應(yīng)的速率常數(shù)為k=6.01s-1，有效擴散系數(shù)為De=7.8210-4cm2s-1。，試求顆粒直徑為3mm和1mm時的催化劑的效率因子。解3. 什么是宏觀反應(yīng)速率的定義式？什么是宏觀反應(yīng)速率的計算式？兩者有何異同？答定義式 計算式 R

11、A= (rAS) 兩者都反映了宏觀反應(yīng)速率與本征反應(yīng)速率之間的關(guān)系。顆粒內(nèi)實際反應(yīng)速率受顆粒內(nèi)濃度、溫度分布影響，用定義式是難于計算的。計算式將過程概括為顆粒表面反應(yīng)速率與效率因子的關(guān)系，而效率因子通過顆粒內(nèi)擴散及濃度、溫度分布的規(guī)律是可以計算的，從而得到總體顆粒的宏觀速率。第六章習(xí)題1. 在一總長為4m的填充床中，氣體以2500kg·m-2hr-1的質(zhì)量流率通過床層。床層體安裝直徑為3mm的球形催化劑顆粒，空隙率為0.45，氣體密度為2.9kg·m-3，其粘度為1.810-5kg·m-1s-1。求床層的壓降。解Ergun方程2. 在鋁催化劑上進行乙腈的合成反應(yīng)C

12、2H2+NH3CH3CN+H2+92.14kJ(A) (B) (R) (S)設(shè)原料氣的體積比為C2H2:NH3:H2=1:2.2:1。采用三段絕熱式反應(yīng)器，段間間接冷卻，使各段出口溫度均為550，每段入口溫度也相同，其反應(yīng)動力學(xué)方程可近似表示為：流體的平均熱容CP=128J·mol-1K-1。若要求乙腈的轉(zhuǎn)化率為92%，且日產(chǎn)乙腈20噸，求各段的催化劑量。解ADMNCBTx3. 在Tx圖上，為平衡曲線，為最佳溫度曲線，AMN為等轉(zhuǎn)化率曲線，指出最大速率點和最小速率點。BCD為等溫線，指出最大速率點和最小速率點。答在AMN線上，M為最大速率點，N為最小速率點在BCD線上，C為最大速率點

13、，D為最小速率點第七章習(xí)題1. 在流化床反應(yīng)器中，催化劑的平均粒徑為5110-6m，顆粒密度P=2500 kg·m-3，靜床空隙率為0.5，起始流化時床層空隙率為0.6，反應(yīng)氣體的密度為1 kg·m-3，粘度為410-2mPa·s。試求：（1）初始流化速度（2）逸出速度（3）操作氣速解（1）計算初始流化速度設(shè)Re小于2， （2）計算逸出速度uT=Fu，Re<10，F(xiàn)1uT=0.08856ms-1（3）估算操作氣速操作氣速=(0.5-0.6)uT，取0.5，操作氣速=0.5uT=0.044ms-12. 在一直徑為2m，靜床高為0.2m的流化床中，以操作氣速u=

14、0.3m·s-1的空氣進行流態(tài)化操作，已知數(shù)據(jù)如下：dp=8010-6 m，P=2200 kg·m-3，=2 kg·m-3，=1.9010-2mPa·s，mf=0.5求床層的濃相段高度及稀相段高度。解計算逸出速度設(shè)2<Re<500， uT=Fu，Re<10，F(xiàn)1uT=0.4811ms-1計算床層空隙率當1<Re<200時，計算濃相段高度估算稀相段高度3. 在2題中如果要求出口氣體中關(guān)鍵組分轉(zhuǎn)化率為xAf=0.98，催化劑用量應(yīng)取多少？解4. 在2題中如果將操作氣速由u=0.12m·s-1提高到0.2 m·

15、s-1，出口氣體中關(guān)鍵組分轉(zhuǎn)化率是多少？床層高度有何變化？解床層高度的變化出口氣體轉(zhuǎn)化率的變化由于u的變化引起參數(shù)變化為第八章習(xí)題1. 用純水吸收CO、O2等氣體中少量的NH3，已知在操作溫度(10)下NH3的亨利系數(shù)HA=1.01kPa·L·mol-1；CO2，O2亨利系數(shù)HA=1.01105 kPa·L·mol-1。試求假定NH3，CO，O2在水中即液相中傳質(zhì)系數(shù)相等，且kAG=4.0510-3 mol·cm·kPa-1L-1s-1；kAL=0.01cm·s-1。（1） 氣膜和液膜阻力各為多少？（2） 應(yīng)采用哪種形式的速

16、率式？（3） 采用化學(xué)吸收是否都可用？為什么？解對NH3氣膜和液膜阻力總阻力：347.9氣膜246.9，占71% 液膜101占29%對CO，O2氣膜和液膜阻力 總阻力：10100247氣膜247，占0.244% 液膜1.01×107占99.76%對易溶氣體，氣膜阻力為主，化學(xué)吸收增強不顯著。對難溶氣體，液膜阻力為主，化學(xué)吸收增強顯著。2. 在半間歇鼓泡塔中進行苯氯化生產(chǎn)一氯化苯的反應(yīng)：Cl2(G)+C6H6(L)C6H5Cl+HCl(A) (B) (R) 為了控制副反應(yīng)，確定苯的最終轉(zhuǎn)化率為0.45。某裝置年生產(chǎn)能力為8萬噸一氯化苯（每年以7000小時計）。反應(yīng)生成一氯化苯的選擇性SR=0.95。在操作條件下，已知DAL=7.5710-9m