化學(xué)反應(yīng)工程許志美課后習(xí)

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(yīng)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(yīng)器：CA0和xA相同（T1=20℃時(shí)，反應(yīng)時(shí)間t1=8d；T2=120℃時(shí)，反應(yīng)時(shí)間t2=10min），試估算Ea第2章化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)2-5C2H4二聚反應(yīng)：(1)T=200℃，Ea=156.9kJ/mol；

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

2-6反應(yīng)溫度上升10℃，反應(yīng)速率加倍，Ea與T之間的關(guān)系？當(dāng)T1(K)=300、400、600、800和1000K時(shí)，求EaT（K）3004006008001000Ea（kJ/mol）53.5994.51210.92373.43582.053-1間歇反應(yīng)器，n=2，t1=5min時(shí)，轉(zhuǎn)化率xA=50%;若要xA=75%，需增加多長(zhǎng)時(shí)間？第3章理想間歇反應(yīng)器3-2n=1，等溫，證明xA=99.9%時(shí)所需反應(yīng)時(shí)間是xA=50%時(shí)所需反應(yīng)時(shí)間的10倍等溫時(shí)，k一定3-3n=1/2，10min后xA=0.75,30min后轉(zhuǎn)化率xA=?xA2無解假設(shè)xA=1時(shí)，時(shí)間為t330min后反應(yīng)物A完全轉(zhuǎn)化，xA=100%3-4間歇反應(yīng)器，cA0=1mol/L，t=8min后，xA=0.8；t=18min后，xA=0.9，求該反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)關(guān)系？n=2在間歇反應(yīng)器中進(jìn)行二級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)速率為當(dāng)分別為1，5，10mol/L時(shí)，求反應(yīng)到=0.01mol/L時(shí)，所需反應(yīng)時(shí)間。并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行討論。

3-8對(duì)于二級(jí)反應(yīng)，若1/CA>>1/CA0，反應(yīng)時(shí)間t與反應(yīng)物初始濃度無關(guān)。生物化工中胰蛋白原轉(zhuǎn)化成胰蛋白酶時(shí)，在間歇反應(yīng)實(shí)驗(yàn)中測(cè)得不同溫度下反應(yīng)速率于某時(shí)刻達(dá)到最大值

3-10在間歇釜式反應(yīng)器中進(jìn)行液相反應(yīng)，測(cè)得二級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)：，計(jì)算當(dāng)1和5時(shí)，轉(zhuǎn)化率分別為0.5，0.9，0.99時(shí)所需的反應(yīng)時(shí)間，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行討論。3-12當(dāng)CB0/CA0=β

越大，達(dá)到相同轉(zhuǎn)化率所需的時(shí)間越短；當(dāng)CB0/CA0

不變時(shí)，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(shí)，用擬一級(jí)反應(yīng)方程式處理，其計(jì)算結(jié)果與按二級(jí)反應(yīng)處理相比較。當(dāng)cB0/cA0=5時(shí)，二級(jí)反應(yīng)可做擬一級(jí)反應(yīng)處理

。3-13可逆一級(jí)液相反應(yīng)，已知

。當(dāng)此反應(yīng)在間歇反應(yīng)器中進(jìn)行時(shí)，經(jīng)過8minA的轉(zhuǎn)化率是33%，而此時(shí)平衡轉(zhuǎn)化率為66.7%。此反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程

。

3-20*例3-8（p27）《化學(xué)反應(yīng)工程原理——例題與習(xí)題》可逆反應(yīng)

，已知

。已知210oC時(shí)，

求在該溫度下所能達(dá)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(jiǎn)單反應(yīng)，原料A，產(chǎn)物P，實(shí)驗(yàn)測(cè)得下列數(shù)據(jù)，已知試求平衡轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)速率常數(shù)3-22時(shí)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(yīng)器中進(jìn)行下列液相反應(yīng)：A和B的初濃度均為2kmol/m^3,P為目的產(chǎn)物，試計(jì)算反應(yīng)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(yīng)——串聯(lián)液相反應(yīng)：在間歇反應(yīng)器中，開始時(shí)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(yīng)器中P的最大濃度為多少？并求此時(shí)A的轉(zhuǎn)化率3-26*時(shí)間TcAcPt10.0550.038t20.010.042

丙烷熱裂化為乙烯的反應(yīng)，反應(yīng)在772oC等溫條件下進(jìn)行，其反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式為式中k=0.4h-1，若采用理想管式反應(yīng)器，p=0.1MPa,進(jìn)料流量

，當(dāng)轉(zhuǎn)化率=0.5時(shí)，求所需反應(yīng)器的體積4-4第4章理想管式反應(yīng)器四氟乙烯是制造聚四氟乙烯所用的擔(dān)體，可將一氯二氟甲烷進(jìn)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(yīng)器進(jìn)行分解純的一氯二氟甲烷，其流量為0.4kmol/min，試計(jì)算分解率為0.8時(shí)所需的管長(zhǎng)。已知反應(yīng)為一級(jí)，700oC時(shí)的反應(yīng)速率常數(shù)k=0.97s-1

4-5在一活塞流反應(yīng)器中進(jìn)行下列反應(yīng)：反應(yīng)均為一級(jí)，已知

。A的最大進(jìn)料量為3,且不含P與S。試計(jì)算P的最大收率和總選擇性以及達(dá)到最大收率時(shí)所需反應(yīng)器的體積

4-154-23*常壓法生產(chǎn)稀硝酸時(shí)，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(jìn)行氧化反應(yīng)：反應(yīng)終點(diǎn)要求NO2:NO=5，已知入塔氣體流量為10000m3/h，氧化塔中反應(yīng)體積可用下式計(jì)算：式中：VR——反應(yīng)器體積，m3；G——?dú)怏w質(zhì)量流量，kg/s；y——單位質(zhì)量氣體的NO2摩爾量；k——反應(yīng)速率常數(shù)1.4×104m3/(kmol·s)(20℃)。試求反應(yīng)器體積是多少？考慮1kmol氣體進(jìn)入反應(yīng)器，并設(shè)在反應(yīng)器某一位置生成的NO2為xkmol，得：組分進(jìn)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(yīng)，反應(yīng)速率：，CSTR中，xA=0.5，若CSTR體積擴(kuò)大6倍，其他條件不變，此時(shí)xA=?第5章連續(xù)流動(dòng)釜式反應(yīng)器5-3一級(jí)反應(yīng)，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(shí)CSTR該在什么溫度下操作？（Ea=83.7kJ/mol)反應(yīng)器體積不變，處理量不變，則不變5-5一級(jí)反應(yīng)，Ea=83.7kJ/mol，反應(yīng)溫度150℃，PFR中進(jìn)行時(shí)，其體積為Vp，改用CSTR，其體積為VM，說明Vp/VM表達(dá)式。若xA為0.6和0.9，為使VM與Vp相同，則CSTR應(yīng)在什么溫度下進(jìn)行？Vp=VMT2=468K5-8某液相反應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得濃度—反應(yīng)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(dāng)出口濃度cAf為0.6mol/L,0.8mol/L,1mol/L時(shí)，ν0=120L/min，求所需VR？并討論計(jì)算結(jié)果類似于自催化反應(yīng)5-9一級(jí)反應(yīng)，VR=300L，cA0=3.2kmol/m3，k=0.08s-1，xA=98.9%，求反應(yīng)物A的處理量。（1）間歇操作，輔助時(shí)間15min；（2)反應(yīng)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(shí)間較大，生產(chǎn)能力較小。由（1）、（2）可見，v0與反應(yīng)物的初始濃度無關(guān)，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(yīng)器中進(jìn)行液相等溫反應(yīng)，反應(yīng)速率:（1）CSTR，xAf=0.5，改為同體積PFR，此時(shí)xAf=?（2）CSTR，xAf=0.5，若反應(yīng)器增大10倍，此時(shí)xAf=?（3）若反應(yīng)為零級(jí)，求（1)、（2）的計(jì)算結(jié)果。（4）若反應(yīng)為一級(jí)，求（1)、（2）的計(jì)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(dòng)反應(yīng)器，自催化反應(yīng)，cA0=1mol/L，k=1L/(mol﹒s)，進(jìn)料流率v=1L/s，循環(huán)比分別為3，0，，求xA=0.98的反應(yīng)器體積。當(dāng)R=3時(shí)R=0，即平推流反應(yīng)器情況由于進(jìn)料中沒有產(chǎn)物，該反應(yīng)無法啟動(dòng)，所以V=。當(dāng)R=時(shí)，即連續(xù)流動(dòng)釜式反應(yīng)器的情況*例5-4（p118）《化學(xué)反應(yīng)工程原理》5-20證明：兩釜串聯(lián)中進(jìn)行一級(jí)反應(yīng)，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(shè)將上式對(duì)cA1求導(dǎo)，可得將代入上式，可得：當(dāng)且僅當(dāng)，反應(yīng)器體積最小此時(shí)第6章反應(yīng)過程中的混合現(xiàn)象及其對(duì)反應(yīng)的影響6-6固相反應(yīng)，測(cè)得停留時(shí)間分布如圖6-4：已知：

，求xA?02t(min)0.56-7CSTR，液固相反應(yīng)，產(chǎn)物為固相，反應(yīng)為一級(jí)，已知，固體顆粒平均停留時(shí)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(jì)不合格產(chǎn)品所占百分率；（3）若改用2個(gè)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(yīng)，已知該反應(yīng)為動(dòng)力學(xué)控制，t為反應(yīng)時(shí)間，全部反應(yīng)所需時(shí)間。設(shè)反應(yīng)過程中氣相組成不變，離子停留時(shí)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(xué)反應(yīng)過程的優(yōu)化7-3自催化反應(yīng)，其反應(yīng)速率方程為，進(jìn)料A的初濃度，要求達(dá)到最終轉(zhuǎn)化率為0.99。為使反應(yīng)器體積最小，擬用一個(gè)CSTR和一個(gè)PFR組合。進(jìn)料流量，速率常數(shù)，問應(yīng)如何組合兩個(gè)反應(yīng)器？中間轉(zhuǎn)化率？反應(yīng)器總體積？自催化反應(yīng)：CSTR+PFRCSTR:PFR：7-6已知分解反應(yīng)為：25℃：求：（1）該溫度下，為使產(chǎn)物P收率最大，應(yīng)選用什么反應(yīng)器？

（2）所選反應(yīng)器中，cP,max？PSTA123平行反應(yīng)，主反應(yīng)級(jí)數(shù)低，CSTR（1）（2）7-7有一液相反應(yīng)，其反應(yīng)速率方程為現(xiàn)有CSTR和PFR各一個(gè)，體積均為0.7m3，試問以下三個(gè)方案中，哪個(gè)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(yīng)：先CSTR：再PFR：先PFR：再CSTR：（3）CSTR與PFR并聯(lián)第二個(gè)方案較好。7-9一級(jí)不可逆反應(yīng)：。已知：，反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)料體積流量為0.142m3/min，進(jìn)料組成為，對(duì)于產(chǎn)物P的最大收率，下列反應(yīng)器中哪個(gè)比較優(yōu)？請(qǐng)說明原因。（1）單個(gè)CSTR，體積為；（2）兩個(gè)CSTR串聯(lián)，每個(gè)體積為0.142m3；（3）兩個(gè)CSTR并聯(lián)，每個(gè)體積為0.142m3；（4）單個(gè)PFR，體積為0.284m3。（1）（2）對(duì)第二個(gè)CSTR中物料P做物料衡算：兩個(gè)CSTR并聯(lián)，同（1）（4）（3）單個(gè)PFR7-26對(duì)平行反應(yīng)其中