化學(xué)反應(yīng)工程習(xí)題及解答2

《化學(xué)反應(yīng)工程》習(xí)題及解答2：分鐘反應(yīng)物轉(zhuǎn)化了移到活塞流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器中進(jìn)行，達(dá)到同樣轉(zhuǎn)化所需的空時(shí)和空速？解：㏑11xA

kt k=1 1 t xAf

1 1 124mi-113 10.8活塞流= 11 t=13mink xAf空速：s=1/τ=1/13=0.077min-1全混流= 1 xAf

0.8

=32.3mink1xAf

0.12410.8自催化反應(yīng)-r=kCCC=C+C

。若給你一個(gè)A R 0 A R管式反應(yīng)器和一個(gè)釜式反應(yīng)器，為滿足同一生產(chǎn)要求怎樣聯(lián)結(jié)設(shè)備費(fèi)較少？解→R+R -rA

=kCCA

C=C0

+C. 串聯(lián)連接，管式反應(yīng)器加釜式反應(yīng)器R速度較快，同樣轉(zhuǎn)化時(shí)所用的體積較小。只有當(dāng)C =CAm

=0.5(CA0

+C )=0.5CR0

時(shí)速度最快。x x ∵ A1 Ax x F r 1a0 A

C C a0 A1r A

CCa1 A2rAAA或CA0dC CA1dCAAC1 rCCAmCACAmCAxAmxAf

2 rCA2 ACrA 1rA∴當(dāng)總空時(shí)τ=τ

τ1+

最小時(shí)反應(yīng)器體積最小。對τ=

Ca0CA1+

CA1dC對A對

τ最小時(shí)

最少。Cr r A1 RCA A2 A3、 此時(shí)的xA為全混釜出口最佳轉(zhuǎn)化率。某反應(yīng)的活化能為7000J/mol，在其它條件變時(shí)，問650℃的反應(yīng)速度要比500℃時(shí)快多少分）解：k=k0e-E/RT，E=7000J/mol，R=8.314Jmol-1K-1k/k=-E/k(1/T–1/T)=-7000/8.314(1/273+650–1/273+500)=1.191 2 1 2∴-r

/-r

=k

=1.19650 500 124、可逆一級液相反應(yīng)A R，已知A的初始濃度為0.5mol/l，初始產(chǎn)物濃度為零。此反8分鐘后A反應(yīng)的速度常數(shù)和該反應(yīng)的平衡常數(shù)（10分）解：AR C =0.5mol/l, t=8min, x=33.3%. x =66.7%A0㏑KC k㏑Ca0(kc1)CACA0 1

1)tkC

A AeKC(KC1)(1xA)1K =

0.667 2kC xAe∴㏑

110..667 k22 =k(1+1/2)*8(21)(10.333)1 1k=0.05776min-11∴k=1/2k=0.02888min-12 15A→3P50101.5倍，求此時(shí)A的轉(zhuǎn)化率及該反應(yīng)速度方程（10分）解：A 3P 惰性物ε1 0 1 =（3+1）-（1+1）/1+1=1εA0 3 1 τ=10min∵V=V(1+ε x )0 AAfε∴x =1/ (V/V-1)=1/1(1.5-1)=50%εAf A 0而kτ=(1+ε x )x /(1-x )=(1+0.5)*0.5/(1-0.5)=1.5*0.5/0.5=1.5AAf Af Af∴k=0.15min-1∴-rA

=0.15C

(mol/l*min)sA6、在全混釜中進(jìn)行液相均相反應(yīng)：A+B→R(目的)r=1.6Ckmol/(m3h)R A2A→D r=8.2C2kmol/(m3h)D AC =2kmol/m3A0（）A轉(zhuǎn)化95此時(shí)R200L/min當(dāng)反應(yīng)物濃度提高一倍時(shí)反應(yīng)器體積。（）τ

X/（-r

）=CX/（r+r）=C

/(1.6C+2*8.2C2)A0Af

A0Af R

A0Af A A=2*0.95/[1.6*2*（1-0.95）+2*8.2*22（1-0.95）2]=5.86h(2)因?yàn)閷的選擇性： S=(r)/（-r）=1.6C/(1.6C+2*8.2C2)R/A Rf Af A A A=1.6/[1.6+2*8.2C(1-X)]=0.493

A0 Af所以，R=XS=0.95*0.493=0.4684R AfR/A200L/minV=v*τ=200*10-3*60*5.86=70m3R 0反應(yīng)物濃度提高一倍時(shí)1（）又怎樣？空時(shí)τ=C

X/（-r

）=CX/（r+r）=C

/(1.6C+2*8.2C2)A0Af

A0Af R

A0Af A A=2*0.95/[1.6*4*（1-0.95）+2*8.2*42（1-0.95）2]=3.893hRA

S=(r)/（-r）=1.6C/(1.6C+2*8.2CR/A Rf Af A A A=1.6/[1.6+2*8.2*4(1-0.95)]=0.3274R=XS=0.95*0.3274=0.31R AfR/A=v*τ=200*10-3*60*3.893=47m3R 06、某一氣固相催化反應(yīng)在500℃催化劑的粒子中反應(yīng)方程式為：-r=7.5*10-3Pmol/(s*g)A A式中-atm,A-限定組分若粒子為圓柱形高和直徑都為0.5cm,粒子密ρ =0.8g/mL,A P粒子外表面上Ps=0.1ADe=0.25cm2/s,求催A A化劑的有效因數(shù)？粒子尺寸變?yōu)?.1cm和1.0cm時(shí)，有效因數(shù)如何？（）將以催化劑重量定義的速率方程變?yōu)榇呋瘎w積定義的速率方程：-r，=7.5*10-3Pmol/(s*g)*ρ （g/mL）A A P=7.5*10-3RTCρ [mol/（smL）]A P=7.5*10-3*82.06(273+500)*0.8CA

[mol/（s*mL）]=380.65CA求西勒模數(shù)Фs=dp/6*(kv/De)1/2=0.5/6*(380.65/0.25)1/2=3.24>3 為強(qiáng)內(nèi)擴(kuò)散阻力求有效因數(shù)η=1/Фs=1/3.24=0.310.1cm1.0cmФs（0.1）=dp/6*(kv/De)1/2=0.1/6*(380.65/0.25)1/2=0.651<1=1Фs（1）=dp/6*(kv/De)1/2=1/6*(380.65/0.25)1/2=6.25〉3 為強(qiáng)內(nèi)擴(kuò)散阻力η=1/Фs=1/6.25=0.1537、在一粒徑為1.5厘米的催化劑固定床反應(yīng)器中進(jìn)行A→R一級反催化劑的擴(kuò)散系De=0.005cm2/s,催化劑密ρ =1