朱柄辰第四化學反應工程思考題詳解

1、4、某可逆反應：的均勻表面吸附機理動力學方程式為： 試寫出反應機理及控制步驟，并證明之。解 5、丁烯在某催化劑上制取丁二烯的總反應方程式為，假設丁烯脫氫化學反應按如下步驟進行：(a) (b) (c) 寫出(b)為控制步驟的均勻吸附動力學方程，若反應物和產(chǎn)物的吸附都很若，問此時反應對丁烯是幾級反應。解 當反應物與產(chǎn)物吸附都很若時，即當時，動力學方程可寫為：所以此時對丁烯是一級反應。6、用直徑為6毫米的球形催化劑進行一級不可逆反應AR+P,氣相中的摩爾分數(shù)yA0.50，操作壓力0.10133MPa，反應溫度500，已知單位體積床層的反應速度常數(shù)為0.333s-1，床層空隙率為0.5,組分A在顆粒內(nèi)

2、的有效擴散系數(shù)為0.00296cm2/s,外擴散傳質(zhì)系數(shù)為40mh，計算： (1) 催化劑內(nèi)擴散效率因子，其影響是否嚴重。 (2) 催化劑外表面濃度CAS，并說明外擴散影響是否嚴重(3) 計算傳質(zhì)速度。解 (1) 8、某氣固相一級不可逆催化反應，已知反應溫度為350，在該溫度下反應速度為1.15×10-5molcm3.s，顆粒外表面A組分的濃度為1.1×10-5molcm3，的分子量為128，催化劑顆粒為球形，直徑為0.18cm，顆粒密度為p=1.0cm3，孔隙率0.48，比表面S468m2/，曲節(jié)因子2.9,若分子擴散可不考慮，試求催化劑的內(nèi)擴散效率因子。解9、石油煉制過

3、程中，常需要用空氣進行催化劑的燒焦反應，使催化劑再生,反應可視為一級不可逆反應,已知燒焦反應于780,1.0133×105Pa下進行，球形顆粒直徑為毫米，催化劑時本征反應速度A0.42molm3.s，反應熱為198000 Jmol,有效擴散系數(shù)為4.75×10-7m2s，有效導熱系數(shù)為0.366Wm.k，試求顆粒內(nèi)最大溫差及內(nèi)擴散效率因子。解， 10、用空氣在常壓下燒去催化劑上的積碳，催化劑顆粒直徑為5mm，顆粒有效導熱系數(shù)為0.35Jm.s.k，每燃燒1mol放出熱量J，燃燒溫度為760，氧在催化劑顆粒內(nèi)的有效擴散系數(shù)為cm2/s。試估計定態(tài)下催化劑顆粒表面與中心的最大溫

4、差。解11、乙烯直接水合制乙醇可視為對乙烯的一級不可逆反應，在300，7.09MPa下，采用直徑與高均為5的圓柱形催化劑，求內(nèi)擴散有效因子。解 12、異丙苯在某催化劑上裂解生成苯，如催化劑為微球狀，已知P1.06 gcm3,顆?？紫堵?.52,Sg350m2g，求在500，atm，異丙苯在催化劑微孔中的有效擴散系數(shù)。異丙苯的分子量為120，微孔的曲節(jié)因子，異丙苯苯的分子擴散系數(shù)為0.155cm2s。球型催化劑顆粒直徑為0.5 cm，550時該反應的速率常數(shù)k=0.25 s-1，試求此催化劑的內(nèi)擴散效率因子。解第三章 釜式及均相管式反應器1、以醋酸(A)和正丁醇(B)為原料在間歇反應器中生產(chǎn)醋酸

5、丁酯，操作溫度為100，每批進料1的A和4.96的B，已知反應速率，試求醋酸轉化率分別為0.5、0.9、0.99時所需的反應時間。已知醋酸與正丁醇的密度分別為960和740。解：加入物料的體積 2、生化工程中酶反應A+PP+P為自催化反應，反應速率式為，某溫度下k=1.512，原料中含有A0.99kmol/m3，含P為0.01kmol/m3，要求A的出口濃度達到CAf=0.01kmol/m3，該反應器的處理能力為V010m3/h時，試求：(1) 反應速率達到最大時A的濃度；(2) 采用CSTR反應器時的體積；(3) 采用PFR反應器時的體積。解：(1) 為使反應速度最大，應有： 即： (2)

6、全混流反應器的體積 (3) 平推流反應器體積： 3、由醋酸與丁醇生產(chǎn)醋酸丁酯，化學反應為：CH3COOH(A)+C4H9OHCH3COOC4H9+H2O，每小時處理原料量為735kg，反應混合物密度為0.75kg/l，原料配比為醋酸:丁醇1:4.97(mol)，動力學方程為，求反應器的有效容積：(1) 用一個全混流反應器；(2) 用兩個全混流反應器串聯(lián)，已知：，(3) 用一個平推流反應器。解：進料中醋酸含量： 進料中丁醇含量：進料的平均分子量： (1) 全混流反應器： (2) 全混流反應器串聯(lián)： (3) 平推流反應器： 4、在間歇反應器中進行液相反應，測得此二級反應的反應速度常數(shù)為k61.5&

7、#215;10-2lmol.h，CA00.307moll，計算當CB0CA01，轉化率分別為0.5、0.9、0.99所需的反應時間，并對計算結果加以討論。解： 5、在等溫間歇反應器中進行皂化反應： CH3COOC2H5NaOHCH3COONaC2H5OH該反應對乙酸乙酯和氫氧化鈉均為一級，反應開始時乙酸乙酯和氫氧化鈉的濃度均為0.02mol/l，反應速度常數(shù)為k=5.6l/min.mol,要求最終轉化率為0.95，試求所需的反應時間。解： 6、在平推流反應器中進行等溫一級反應，出口轉化率為0.90，現(xiàn)將該反應移到一個等體積的全混流反應器中進行，且操作條件不變，問出口轉化率是多少？解：平推流反應

8、器： 全混流反應器：7、在150等溫平推流反應器中進行一級不可逆反應，出口轉化率為0.60，現(xiàn)改用等體積的全混流反應器操作，料液流率及初濃度不變，要求轉化率達到0.70，問此時全混流反應器應在什么溫度下操作，已知反應活化能為83.68kJmol。解平推流反應器：全混流反應器：， ，8、在全混流反應器中進行如下液相可逆反應： 在120時，反應速率，反應器的體積為100mL，兩股進料流同時等流量進入反應器，一股含，另一股含，當?shù)霓D化率為80時，每股料液流量為多少。解 9、液相自催化反應，反應速度，k=10-2m3kmol.s，進料體積流率V0=0.002m3s，進料濃度CA02kmolm3，CP0

9、0，問當XA0.98時，下列各種情況下的反應器體積。(1) 單個平推流反應器；(2) 單個全混流反應器；(3) 兩個等體積全混流反應器串聯(lián)。解 (1) (2) (3) 10、在全混流反應器中進行一級可逆反應，已知該反應溫度下的平衡轉化率，反應器出口實際轉化率，問如何調(diào)節(jié)加料速率，可使反應轉化率達。解平衡時第四章 反應器中的混合及對反應的影響二、計算題1、用脈沖法測得某反應器出口示蹤物的濃度如下：(s)0 120 240 360 480 600 720 840 960 C(t) 0 6.5 12 12 10 5 2 1 0已知該反應器內(nèi)進行一級不可逆反應，反應速度常數(shù)k3.24×10-

10、3s-1，試用多級串聯(lián)全混流模型計算轉化率。解： 或： 或： 2、有一理想的釜式攪拌器，已知反應器體積為100升，流量為10L/min，試估計離開反應器的物料中，停留時間分別為01min，210min和大于30min的物料所占的分數(shù)。 解：對示蹤劑作物料衡算(dt時間)： 示蹤劑進入量示蹤劑流出量+示蹤劑累積量 ， ，積分：當時，反應器出口處，則有。 則： 3、用脈沖法測得停留時間分布數(shù)據(jù)如下： t(s) 0 48 96 144 192 240 288 336 384 432 c(t) 0 0 0 0.1 5 10 8 4 0 0試計算平均停留時間，如在反應器中進行一級反應，k0.0075s-

11、1，求平均轉化率。如分別采用CSTR和PFR，其平均停留時間相同，則反應結果分別為多少。解 平推流反應器：全混流反應器： 4、用脈沖示綜法測得實驗反應器的停留時間分布關系如下表所示， t(s) 1 2 3 4 5 6 8 10 15 20 30 41 52 67c(t) 9 57 81 90 90 86 77 67 47 32 15 7 3 1今有一液相反應ABP，已知CA0<<CB0，若此反應在具有相同停留時間的平推流反應器中進行，轉化率可達99，試計算(1) 該反應器的平均停留時間及方差；(2) 若實驗反應器以多釜串聯(lián)模型描述，可達到的轉化率為多少？ 由于CA0<<

12、CB0，此反應可以按一級反應處理。 5、一個特殊設計的容器作為一級液相反應的反應器，為判斷反應器內(nèi)的流動狀況與理想流動狀況的偏離情況，用脈沖法進行示綜試驗，在容器出口處測得不同時間的示蹤劑濃度如下所列：t(s) 10 20 30 40 50 60 70 80 c(t) 0 3 5 5 4 2 1 0假定在平均停留時間相同的全混流反應器中的轉化率為82.18，試估計該反應器的實際轉化率。解： 第六章 氣液反應工程二、計算題1、PH=9的溶液在20下吸收CO2。已知，CO2與OH的二級反應速率常數(shù)，液膜傳質(zhì)系數(shù)，問化學反應是否在液流主體中進行。解： 所以反應主要在液流主體中進行，屬于緩慢化學反應。2、NaOH溶液吸收CO2，反應速率，NaOH濃度，液膜傳質(zhì)系數(shù)，反應速率常數(shù)，液膜內(nèi)分子擴散系數(shù)，界面上CO2分壓為