反應(yīng)工程課后答案及反應(yīng)工程題庫(kù)

第二章均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)1、有一反應(yīng)在間歇反應(yīng)器中進(jìn)行，經(jīng)過(guò)8min后，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化掉80％，經(jīng)過(guò)18min后，轉(zhuǎn)化掉90％，求表達(dá)此反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程式。在間歇反應(yīng)器中有一級(jí)液相可逆反應(yīng)，初始反應(yīng)時(shí)CA0=0.5mol/L，CP0=0反應(yīng)8min后，A的轉(zhuǎn)化率為1/3，而平衡轉(zhuǎn)化率是2/3，求此反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程式。解：根據(jù)一級(jí)可逆反應(yīng)積分式5、恒溫恒容的氣相反應(yīng)A →3P，其動(dòng)力學(xué)方程為，在反應(yīng)過(guò)程中系統(tǒng)總壓pt及組分A的分壓均為變量，試推導(dǎo)的表達(dá)式。

解：8、純氣相組分A在一等溫等容間歇反應(yīng)器中按計(jì)量式進(jìn)行反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得如下數(shù)據(jù)，時(shí)間/min02468101214∝分壓pA/MPa0.10.080.06250.0510.0420.0360.0320.0280.020用積分法求此反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程式。解：由于當(dāng)時(shí)，常數(shù)，因此假設(shè)為一級(jí)可逆反應(yīng)。第三章均相反應(yīng)過(guò)程1、液相一級(jí)等溫反應(yīng)在間歇釜中達(dá)到70%轉(zhuǎn)化率需要12min，若此反應(yīng)移到同溫度下平推流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器中進(jìn)行時(shí)，所需要的空時(shí)和空速各為多少？

解：3、液相反應(yīng)在一間歇反應(yīng)器中進(jìn)行，反應(yīng)速率如下表所示：CA/mol/L0.10.20.30.40.50.60.70.81.01.32.0(-rA)/mol/(L.min)0.10.30.50.60.50.250.100.060.050.0450.042若CA0=1.3mol/L，，則反應(yīng)時(shí)間為多少？若反應(yīng)移至平推流反應(yīng)器中進(jìn)行，C=.5mol/L，F(xiàn)A0=1000mol/h，求xA0=0.30時(shí)所需反應(yīng)器的大小。當(dāng)CA0=1.2mol/l，F(xiàn)A0=1000mol/h，xA=0.75時(shí)，求所需全混流釜式反應(yīng)器大小。

解：由表作出曲線（1）0.10.20.30.4050.60.70.81.01.32.00.10.30.50.60.50.250.10.060.050.0450.042103.3321.67241016.672022.2223.8（2）5、丙烷裂解為乙烯的反應(yīng)可表示為C3H8→C2H4+CH4（忽略副反應(yīng)）在772℃等溫反應(yīng)時(shí)，動(dòng)力學(xué)方程為-，其中k=0.4h-1。若系統(tǒng)保持恒壓p=0.1MPa,ν0=0.8m3/h(772℃，0.1MPa)，求當(dāng)xA=0.5時(shí)，所需平推流反應(yīng)器的體積大小。

解：恒壓變?nèi)莘磻?yīng)8、一級(jí)反應(yīng)A→P，在一體積為VP的平推流反應(yīng)器中進(jìn)行，已知進(jìn)料溫度為150℃，活化能為84kJ·mol-1，如改用全混流反應(yīng)器，其所需體積設(shè)為Vm，則Vm/Vp應(yīng)有何關(guān)系?當(dāng)轉(zhuǎn)化率為0.6時(shí)，如果使Vm=Vp，反應(yīng)溫度應(yīng)如何變化?如反應(yīng)級(jí)數(shù)分別為n=2，1/2，?1時(shí)，全混流反應(yīng)器的體積將怎樣改變？解：PPT課件答案在間歇反應(yīng)器中進(jìn)行液相反應(yīng)A+B→P，CA0=0.307mol/L，測(cè)得二級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)k=61.5×10-2L/（mol·h）,計(jì)算當(dāng)CB0/CAO=1和5時(shí)，轉(zhuǎn)化率分別為0.5,0.9,0.99所需要的反應(yīng)時(shí)間，并對(duì)計(jì)算結(jié)果加以討論。2、已知：苯醌與環(huán)戊二烯在25℃下進(jìn)行液相二烯合成反應(yīng)A+B→C(-rA)=；k=9.92×10-3[m3/kmol·s]；CAO=0.1[kmol/m3]；CBO=0.08[kmol/m3]；xA=0.95；t/=1[h]；每天處理300kg環(huán)戊二烯。求：反應(yīng)器有效容積？；(-rA)==[h]V=3、在等溫間歇反應(yīng)器中進(jìn)行乙酸乙酯皂化反應(yīng)：

CH3COOC2H5+NaOH→CH3COONa+C2H5OH

該反應(yīng)對(duì)乙酸乙酯及氫氧化鈉均為一級(jí)。反應(yīng)開(kāi)始時(shí)乙酸乙酯及氫氧化鈉的濃度均為

0.02mol/l，反應(yīng)速率常數(shù)等于5.6l/mol.min。要求最終轉(zhuǎn)化率達(dá)到95%。

試問(wèn)：

（1）當(dāng)反應(yīng)器的反應(yīng)體積為1m3時(shí)，需要多長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間？

（2）若反應(yīng)器的反應(yīng)體積為2m3時(shí)，所需的反應(yīng)時(shí)間又是多少？

解：（1）t=CA0∫0XAfdXA/(-RA)=CA0∫0XAfdXA/[k2A0C2A0

(1-XA)2]

=1/(kCA0)

×XA/(1-XA)

=1/(5.6×0.02)×0.95/(1-0.95)

=169.6min（2.83h）（2）因?yàn)殚g歇反應(yīng)器的反應(yīng)時(shí)間與反應(yīng)器的大小無(wú)關(guān)，所以反應(yīng)時(shí)間仍為2.83h。4、平推流反應(yīng)器中進(jìn)行二級(jí)反應(yīng)，當(dāng)進(jìn)料初濃度從30％降到4％，若要求反應(yīng)結(jié)果的殘余濃度維持在0.1%，問(wèn)進(jìn)料流率應(yīng)作如何調(diào)整？5、《化學(xué)反應(yīng)工程》試題一、填空題質(zhì)量傳遞、熱量傳遞、動(dòng)量傳遞和化學(xué)反應(yīng)稱為三傳一反.物料衡算和能量衡算的一般表達(dá)式為輸入-輸出=累積。著眼組分A轉(zhuǎn)化率xA的定義式為xA=(nA0-nA)/nA0。總反應(yīng)級(jí)數(shù)不可能大于3。反應(yīng)速率-rA=kCACB的單位為kmol/(m3·h)，速率常數(shù)k的因次為m3/(kmol·h)。反應(yīng)速率-rA=kCA的單位為kmol/kg·h，速率常數(shù)k的因次為m3/kg·h。反應(yīng)速率的單位為mol/L·s，速率常數(shù)k的因次為(mol)1/2·L-1/2·s。反應(yīng)速率常數(shù)k與溫度T的關(guān)系為，其活化能為83.14kJ/mol。某反應(yīng)在500K時(shí)的反應(yīng)速率常數(shù)k是400K時(shí)的103倍，則600K時(shí)的反應(yīng)速率常數(shù)k時(shí)是400K時(shí)的105倍。某反應(yīng)在450℃時(shí)的反應(yīng)速率是400℃時(shí)的10倍，則該反應(yīng)的活化能為（設(shè)濃度不變）186.3kJ/mol。非等分子反應(yīng)2SO2+O2==2SO3的膨脹因子等于-0.5。非等分子反應(yīng)N2+3H2==2NH3的膨脹因子等于–2/3。反應(yīng)N2+3H2==2NH3中（）=1/3（）=1/2在平推流反應(yīng)器中進(jìn)行等溫一級(jí)不可逆反應(yīng)，反應(yīng)物初濃度為CA0，轉(zhuǎn)化率為xA，當(dāng)反應(yīng)器體積增大到n倍時(shí)，反應(yīng)物A的出口濃度為CA0(1-xA)n，轉(zhuǎn)化率為1-(1-xA)n。在全混流反應(yīng)器中進(jìn)行等溫一級(jí)不可逆反應(yīng)，反應(yīng)物初濃度為CA0，轉(zhuǎn)化率為xA，當(dāng)反應(yīng)器體積增大到n倍時(shí)，反應(yīng)物A的出口濃度為，轉(zhuǎn)化率為。反應(yīng)活化能E越大，反應(yīng)速率對(duì)溫度越敏感。對(duì)于特定的活化能，溫度越低溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響越大。某平行反應(yīng)主副產(chǎn)物分別為P和S，選擇性SP的定義為(nP-nP0)/(nS-nS0)。某反應(yīng)目的產(chǎn)物和著眼組分分別為P和A其收率ΦP的定義為(nP-nP0)/(nA0-nA)。均相自催化反應(yīng)其反應(yīng)速率的主要特征是隨時(shí)間非單調(diào)變化，存在最大的反應(yīng)速率。根據(jù)反應(yīng)機(jī)理推導(dǎo)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)常采用的方法有速率控制步驟、擬平衡態(tài)。對(duì)于連續(xù)操作系統(tǒng)，定常態(tài)操作是指溫度及各組分濃度不隨時(shí)間變化。返混的定義：不同停留時(shí)間流體微團(tuán)間的混合。平推流反應(yīng)器的返混為0；全混流反應(yīng)器的返混為∞?？諘r(shí)的定義為反應(yīng)器有效體積與進(jìn)口體積流量之比。針對(duì)著眼組分A的全混流反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方程為。不考慮輔助時(shí)間，對(duì)反應(yīng)級(jí)數(shù)大于0的反應(yīng)，分批式完全混合反應(yīng)器優(yōu)于全混流反應(yīng)器。反應(yīng)級(jí)數(shù)>0時(shí)，多個(gè)全混流反應(yīng)器串聯(lián)的反應(yīng)效果優(yōu)于全混流反應(yīng)器。反應(yīng)級(jí)數(shù)<0時(shí)，多個(gè)全混流反應(yīng)器串聯(lián)的反應(yīng)效果差于全混流反應(yīng)器。反應(yīng)級(jí)數(shù)>0時(shí)，平推流反應(yīng)器的反應(yīng)效果優(yōu)于全混流反應(yīng)器。反應(yīng)級(jí)數(shù)<0時(shí)，平推流反應(yīng)器的反應(yīng)效果差于全混流反應(yīng)器。對(duì)反應(yīng)速率與濃度成正效應(yīng)的反應(yīng)分別采用全混流、平推流、多級(jí)串聯(lián)全混流反應(yīng)器其反應(yīng)器體積的大小關(guān)系為全混流＞多級(jí)串聯(lián)全混流＞平推流；通常自催化反應(yīng)較合理的反應(yīng)器組合方式為全混流+平推流。相同轉(zhuǎn)化率下，可逆放熱反應(yīng)的平衡溫度高于最優(yōu)溫度。主反應(yīng)級(jí)數(shù)大于副反應(yīng)級(jí)數(shù)的平行反應(yīng)，優(yōu)先選擇平推流反應(yīng)器。主反應(yīng)級(jí)數(shù)小于副反應(yīng)級(jí)數(shù)的平行反應(yīng)，優(yōu)先選擇全混流反應(yīng)器。要提高串聯(lián)反應(yīng)中間產(chǎn)物P收率，優(yōu)先選擇平推流反應(yīng)器。主反應(yīng)級(jí)活化能小于副反應(yīng)活化能的平行反應(yīng)，宜采用低溫操作。主反應(yīng)級(jí)活化能大于副反應(yīng)活化能的平行反應(yīng)，宜采用高溫操作。停留時(shí)間分布密度函數(shù)的歸一化性質(zhì)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。定常態(tài)連續(xù)流動(dòng)系統(tǒng)，F(xiàn)(0)=0；F(∞)=1。定常態(tài)連續(xù)流動(dòng)系統(tǒng)，F(xiàn)(t)與E(t)的關(guān)系。平均停留時(shí)間是E(t)曲線的分布中心；與E(t)的關(guān)系為。方差表示停留時(shí)間分布的分散程度；其數(shù)學(xué)表達(dá)式為。采用無(wú)因次化停留時(shí)間后，E(θ)與E(t)的關(guān)系為。采用無(wú)因次化停留時(shí)間后，F(xiàn)(θ)與F(t)的關(guān)系為F(θ)=F(t)。無(wú)因次方差與方差的關(guān)系為。平推流反應(yīng)器的=0；而全混流反應(yīng)器的=1。兩種理想流動(dòng)方式為平推流和全混流。非理想流動(dòng)的數(shù)值范圍是0~1。循環(huán)操作平推流反應(yīng)器循環(huán)比越大返混越大。循環(huán)操作平推流反應(yīng)器當(dāng)循環(huán)比β=0時(shí)為平推流；當(dāng)β=∞時(shí)為全混流。停留時(shí)間分布實(shí)驗(yàn)測(cè)定中，常用的示蹤方法為脈沖示蹤和階躍示蹤。脈沖示蹤法根據(jù)檢測(cè)到的濃度變化曲線可以直接得到E(t)曲線。階躍示蹤法根據(jù)檢測(cè)到的濃度變化曲線可以直接得到F(t)曲線。采用脈沖示蹤法測(cè)得的濃度CA(t)與E(t)的關(guān)系式為E(t)=CA(t)/C0。采用階躍示蹤法測(cè)得的濃度CA(t)與F(t)的關(guān)系式為F(t)=CA(t)/CA0。N個(gè)等體積全混釜串聯(lián)的停留時(shí)間分布的無(wú)因次方差=1/N。多級(jí)全混釜串聯(lián)模型當(dāng)釜數(shù)N=1為全混流，當(dāng)N=∞為平推流。全混流的E(t)=；F(t)=。平推流的E(t)=0當(dāng)、=∞當(dāng)；F(t)=0當(dāng)、=1當(dāng)。軸向分散模型中，Pe準(zhǔn)數(shù)越小返混越大。軸向分散模型中Peclet準(zhǔn)數(shù)的物理意義是代表了流動(dòng)過(guò)程軸向返混程度的大小。對(duì)于管式反應(yīng)器，流速越大越接近平推流；管子越長(zhǎng)越接近平推流。為使管式反應(yīng)器接近平推流可采取的方法有提高流速和增大長(zhǎng)徑比。對(duì)于平推流反應(yīng)器，宏觀流體與微觀流體具有相同的反應(yīng)結(jié)果。工業(yè)催化劑所必備的三個(gè)主要條件：選擇性高、活性好和壽命長(zhǎng)?；瘜W(xué)吸附的吸附選擇性要高于物理吸附的吸附選擇性?；瘜W(xué)吸附的吸附熱要大于物理吸附的吸附熱?；瘜W(xué)吸附常為單分子層吸附，而物理吸附常為多分子層吸附。操作溫度越高物理吸附越弱，化學(xué)吸附越強(qiáng)；在氣固相催化反應(yīng)中動(dòng)力學(xué)控制包括表面吸附、表面反應(yīng)和表面脫附。氣固相催化反應(yīng)本征動(dòng)力學(xué)指消除內(nèi)外擴(kuò)散對(duì)反應(yīng)速率的影響測(cè)得的動(dòng)力學(xué)。氣固相催化反應(yīng)的本征動(dòng)力學(xué)與宏觀動(dòng)力學(xué)的主要區(qū)別是前者無(wú)內(nèi)外擴(kuò)散的影響。在氣固相催化反應(yīng)中測(cè)定本征動(dòng)力學(xué)可以通過(guò)提高氣體流速消除外擴(kuò)散、通過(guò)減小催化劑顆粒粒度消除內(nèi)擴(kuò)散。固體顆粒中氣體擴(kuò)散方式主要有分子擴(kuò)散和努森擴(kuò)散。固體顆粒中當(dāng)孔徑較大時(shí)以分子擴(kuò)散為主，而當(dāng)孔徑較小時(shí)以努森擴(kuò)散為主。氣固相催化串聯(lián)反應(yīng)，內(nèi)擴(kuò)散的存在會(huì)使中間產(chǎn)物的選擇性下降。氣固相催化平行反應(yīng)，內(nèi)擴(kuò)散的存在會(huì)使高級(jí)數(shù)反應(yīng)產(chǎn)物的選擇性下降。Thiele模數(shù)的物理意義反映了表面反應(yīng)速率與內(nèi)擴(kuò)散速率之比。催化劑的有效系數(shù)為催化劑粒子實(shí)際反應(yīng)速率/催化劑內(nèi)部濃度和溫度與外表面上的相等時(shí)的反應(yīng)速率。催化劑粒徑越大，其Thiele模數(shù)越大，有效系數(shù)越?。粴夤滔喾谴呋磻?yīng)縮核模型中氣相反應(yīng)物A的反應(yīng)歷程主要有三步，分別是氣膜擴(kuò)散、灰層擴(kuò)散和表面反應(yīng)。自熱式反應(yīng)是指利用反應(yīng)自身放出的熱量預(yù)熱反應(yīng)進(jìn)料。固定床反應(yīng)器的主要難點(diǎn)是反應(yīng)器的傳熱和控溫問(wèn)題。多段絕熱固定床的主要控溫手段有段間換熱、原料氣冷激和惰性物料冷激。固定床控制溫度的主要目的是使操作溫度盡可能接近最優(yōu)溫度線。固體顆粒常用的密度有堆密度、顆粒密度和真密度，三者的關(guān)系是真密度＞顆粒密度＞堆密度。你們對(duì)于體積為VP外表面積為aP的顆粒其體積當(dāng)量直徑為、面積當(dāng)量直徑為、比表面當(dāng)量直徑為。固定床最優(yōu)分段的兩個(gè)必要條件是前一段出口反應(yīng)速率與下一段進(jìn)口相等和每一段的操作溫度線跨越最優(yōu)溫度線。二、計(jì)算分析題在恒容條件下，反應(yīng)A+2B==R，原料氣組成為CA0=CB0=100kmol/m3，計(jì)算當(dāng)CB=20kmol/m3時(shí)，計(jì)算反應(yīng)轉(zhuǎn)化率xA、xB及各組分的濃度。解：在恒容條件下：xB=(CB0-CB)/CB0=0.8由CA0-CA=(CB0-CB)/2得到：CA=60kmol/m3xA=(CA0-CA)/CA0=0.4在恒壓條件下，反應(yīng)A+2B==R，原料氣組成為CA0=CB0=100kmol/m3，計(jì)算當(dāng)CB=20kmol/m3時(shí)，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率xA、xB及各組分的濃度。解：δB=(1-1-2)/2=-1;yB0=0.5n=n0(1+yB0δBxB)=n0(1-0.5xB)在恒壓條件下：V=V0n/n0=V0(1-0.5xB)CB=nB/V=nB0(1-xB)/[V0(1-0.5xB)]=CB0(1-xB)/(1-0.5xB)xB=8/9nA0-nA=(nB0-nB)/2xA=(nA0-nA)/nA0=(nB0-nB)/(2nA0)=(nB0-nB)/(2nB0)=0.5xB=4/9串聯(lián)-平行反應(yīng)A+B==R，A+R==S，原料中各組分的濃度為CA0=2.0mol/L，CB0=4.0mol/L，CR0=CS0=0，在間歇反應(yīng)器中恒容操作一定時(shí)間后，得到CA=0.3mol/L，CR=1.5mol/L，計(jì)算此時(shí)組分B和S的濃度。解：在恒容條件下：ΔCA1=CB0-CB；ΔCA2=CS；CR=(CB0-CB)-CS；CA0-CA=ΔCA1+ΔCA2得到：CS=(CA0-CA-CR)/2=(2.0-0.3-1.5)/2=0.1mol/LCB=CB0-CR-CS=4.0-1.5-0.1=2.4mol/L在間歇反應(yīng)器中進(jìn)行等溫2級(jí)、1級(jí)、0級(jí)均相反應(yīng)，分別求出轉(zhuǎn)化率由0至0.9所需的時(shí)間與轉(zhuǎn)化率由0.9至0.99所需時(shí)間之比。解：在間歇反應(yīng)器中：0級(jí)反應(yīng)：，1級(jí)反應(yīng)：，2級(jí)反應(yīng)：，在等溫恒容條件下進(jìn)行下列氣相反應(yīng)：A→2R其反應(yīng)速率方程為，試推導(dǎo)：以A組分轉(zhuǎn)化率xA表示的反應(yīng)速率方程；以總壓P表示的速率方程。假定原料組分為50%A和50%惰性氣體，氣體為理想氣體。解：（1）（2）δA=(2-1)/1=1yA0=0.5n=n0(1+yA0δAxA)=n0(1+0.5xA)xA=2n/n0-2=2P/P0-2在間歇反應(yīng)器中進(jìn)行等溫二級(jí)反應(yīng)A==B，反應(yīng)速率：當(dāng)CA0分別為1、5、10mol/L時(shí)，分別計(jì)算反應(yīng)至CA=0.01mol/L所需的時(shí)間。解：在間歇反應(yīng)器中可視為恒容反應(yīng)可視為：當(dāng)CA0=1mol/L時(shí)，t=9900s當(dāng)CA0=5mol/L時(shí)，t=9950s當(dāng)CA0=10mol/L時(shí)，t=9990slnk1/T試畫(huà)出反應(yīng)速率常數(shù)klnk1/T解：lnk與1/T作圖為一直線某氣相恒容反應(yīng)在400K時(shí)的速率式為：MPa/h，（1）試問(wèn)反應(yīng)速率常數(shù)的單位是什么？（2）若速率式寫(xiě)成kmol/(m3·h)，試問(wèn)此反應(yīng)的速率常數(shù)為多少？解：（1）反應(yīng)速率常數(shù)的單位：(h·MPa)-1（2）m3/(kmol·h)等溫下在間歇反應(yīng)器中進(jìn)行一級(jí)不可逆液相分解反應(yīng)A==B+C，在5min內(nèi)有50%的A分解，要達(dá)到分解率為75%，問(wèn)需多少反應(yīng)時(shí)間？若反應(yīng)為2級(jí)，則需多少反應(yīng)時(shí)間？解：一級(jí)反應(yīng)：二級(jí)反應(yīng)：液相自催化反應(yīng)A==B的速率方程為mol/(L·h)，在等溫間歇釜中測(cè)定反應(yīng)速率，CA0=0.95mol/L，CB0=0.05mol/L，經(jīng)過(guò)1小時(shí)后可測(cè)得反應(yīng)速率最大值，求該溫度下的反應(yīng)速率常數(shù)k。解：CB=CA0+CB0-CA=1-CA反應(yīng)速率最大時(shí)：，得到CA=0.5mol/L對(duì)反應(yīng)速率式積分得到，代入數(shù)據(jù)得到k=2.944L/(mol·h)對(duì)于氣相反應(yīng)：A→3P其反應(yīng)速率方程為-rA=kCA，試推導(dǎo)在恒容條件下以總壓P表示的反應(yīng)速率方程。假定原料為50%A和50%惰性組分，氣體符合理想氣體。解：在恒容條件下δA=(3-1)/1=2yA0=0.5n=n0(1+yA0δAxA)=n0(1+xA)xA=n/n0-1=P/P0-1對(duì)于氣相反應(yīng)：A→3P其反應(yīng)速率方程為-rA=kCA，在一平推流反應(yīng)器中進(jìn)行等溫恒壓反應(yīng)。已知反應(yīng)器體積為V，原料體積流量為v0，初始濃度為CA0。試推導(dǎo)：其反應(yīng)器設(shè)計(jì)方程，并以A組分轉(zhuǎn)化率xA表示成易積分的形式。假定原料為純A，氣體符合理想氣體。解：δA=(3-1)/1=2yA0=1等溫恒壓：v=v0(1+yA0δAxA)=v0(1+2xA)k1k1k2APS目的產(chǎn)物為P，反應(yīng)器體積為V，體積流量為v0，進(jìn)料為純A組分，濃度為CA0。（1）各組分的濃度表達(dá)式；（2）導(dǎo)出產(chǎn)物P的總收率、選擇性表達(dá)式；（3）導(dǎo)出產(chǎn)物P濃度達(dá)到最大所需的空時(shí)，即最優(yōu)空時(shí)。解：全混流反應(yīng)器中對(duì)A組分作物料衡算對(duì)P組分作物料衡算：P的總收率：P的總選擇性：P的濃度達(dá)到最大需滿足：得到最優(yōu)空時(shí)：某一級(jí)氣相反應(yīng)A==2P，反應(yīng)速率常數(shù)k=0.5min-1，按下列條件進(jìn)行間歇恒容反應(yīng)，1min后反應(yīng)器內(nèi)的總壓為多少？反應(yīng)條件：(1)1atm純A；(2)10atm純A；(3)1atmA和9atm惰性氣體。解：一級(jí)反應(yīng)：δA=(2-1)/1=1n=n0(1+δAyA0xA)=n0(1+yA0xA)P=P0(1+yA0xA)1atm純A：yA0=1P=P0(1+yA0xA)=1.393atm10atm純A：yA0=1P=P0(1+yA0xA)=13.93atm1atmA和9atm惰性氣體：yA0=0.1P=P0(1+yA0xA)=10.393atm某二級(jí)液相反應(yīng)A+B==C，已知在間歇全混釜反應(yīng)器中達(dá)到xA=0.99需反應(yīng)時(shí)間為10min，問(wèn)：（1）在平推流反應(yīng)器中進(jìn)行時(shí)，空時(shí)τ為多少？（2）在全混流反應(yīng)器中進(jìn)行時(shí)，空時(shí)τ為多少？（3）若在兩個(gè)等體積串聯(lián)全混流反應(yīng)器中進(jìn)行時(shí)，空時(shí)τ又為多少？解：（1）在平推流反應(yīng)器中：（2）在全混流反應(yīng)器中：（3）兩個(gè)等體積串聯(lián)全混流反應(yīng)器中：第一個(gè)釜第二個(gè)釜由試差法計(jì)算得到：τ=51.5min自催化反應(yīng)A+R→2R其速率方程為：-rA=kCACR在等溫條件下進(jìn)行反應(yīng)，已知CA0和CR0，要求最終轉(zhuǎn)化率為xAf。為使反應(yīng)器體積最小。試問(wèn)：最合適的理想反應(yīng)器組合方式；此最小反應(yīng)器總體積表達(dá)式；在FA0/(-rA)～xA圖上表示各反應(yīng)器的體積。解：（1）最合適的理想反應(yīng)器組合方式：全混釜反應(yīng)器串聯(lián)平推流反應(yīng)器（2）反應(yīng)速率最大點(diǎn)是兩個(gè)反應(yīng)器的分界點(diǎn)。CA+CR=CA0+CR0CR=CA0+CR0-CA=CM-CA反應(yīng)速率最大時(shí)，d(-rA)/dt=0CA=0.5CM①若CAf≥0.5CM，即，僅用一個(gè)全混釜即可②若CAf＜0.5CM，即全混釜體積：平推流體積：V=Vm+VPFA0FA0/(-rA)VPVmVPVm0xAf0xAf對(duì)于反應(yīng)速率方程為的液相反應(yīng)，為達(dá)到一定的生產(chǎn)能力，試討論當(dāng)n＞0、n=0和n＜0時(shí)，如何選擇型式（平推流或全混流）使反應(yīng)器體積最小，并簡(jiǎn)單說(shuō)明理由，并在圖上表示反應(yīng)器的體積。解：當(dāng)n=0時(shí)，反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度無(wú)關(guān)，故與反應(yīng)器型式無(wú)關(guān)。當(dāng)n＞0時(shí)，反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度呈正效應(yīng)，而平推流反應(yīng)器的濃度水平明顯高于全混流型式，故選擇平推流反應(yīng)器。當(dāng)n＜0時(shí)，反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度呈負(fù)效應(yīng)，而平推流反應(yīng)器的濃度水平明顯高于全混流型式，故選擇全混流反應(yīng)器。n〈0FA/(-rA)xAFA/(-rA)xAn〈0FA/(-rA)xAFA/(-rA)xAFA/(-rA)n=0FA/(-rA)n=0n＞0xAxA一級(jí)等溫反應(yīng)A==P，活化能為83140J/mol，在平推流反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度為420K，反應(yīng)器體積為Vp，如改為全混流反應(yīng)器，其體積為Vm，為達(dá)到相同的轉(zhuǎn)化率xA=0.6，（1）若反應(yīng)操作溫度相同，則Vm/Vp之值應(yīng)為多少？（2）若Vm/Vp=1，則全混流反應(yīng)器的操作溫度應(yīng)為多少？解：（1）（2）Vm/Vp=1，同樣得到：代入數(shù)據(jù)得到：Tm=440K等溫二級(jí)反應(yīng)，依次經(jīng)過(guò)體積相等的平推流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器，出口轉(zhuǎn)化率為0.99，若將兩個(gè)反應(yīng)器改換次序，問(wèn)出口轉(zhuǎn)化率為多少？解：等溫二級(jí)反應(yīng)得到，平推流全混流：將平推流反應(yīng)器+全混流反應(yīng)器時(shí)的條件代入，計(jì)算得到：kCA0τ=61.53全混流反應(yīng)器+平推流反應(yīng)器：先計(jì)算全混流出口xA=0.884全混流出口xA就是平推流進(jìn)口xA，計(jì)算平推流出口xA=0.986等溫一級(jí)反應(yīng)，依次經(jīng)過(guò)體積相等的平推流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器，出口轉(zhuǎn)化率為0.99，若將兩個(gè)反應(yīng)器改換次序，問(wèn)出口轉(zhuǎn)化率為多少？解：等溫一級(jí)反應(yīng)得到，平推流全混流：將平推流反應(yīng)器+全混流反應(yīng)器時(shí)的條件代入，計(jì)算得到：kτ=3.175全混流反應(yīng)器+平推流反應(yīng)器：先計(jì)算全混流出口xA=0.760全混流出口xA就是平推流進(jìn)口xA，計(jì)算平推流出口xA=0.99液相二級(jí)不可逆反應(yīng)A+B==C，CA0=CB0，在平推流反應(yīng)器進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)τ=10min時(shí)xA=0.99，問(wèn)在相同溫度下為達(dá)到相同轉(zhuǎn)化率，采用（1）在全混流反應(yīng)器中進(jìn)行時(shí)，空時(shí)τ為多少？（2）若在兩個(gè)等體積串聯(lián)全混流反應(yīng)器中進(jìn)行時(shí)，空時(shí)τ又為多少？在恒溫恒容下進(jìn)行下式所示的自催化反應(yīng)：A+R→2R，其速率方程為，初始濃度分別為和，試推導(dǎo)其在間歇釜中達(dá)到最大反應(yīng)速率時(shí)的時(shí)間和A組分的濃度，若采用連續(xù)操作，應(yīng)采用何種理想反應(yīng)器組合方式，可使反應(yīng)器總體積最小，并用示意圖進(jìn)行表示。平行反應(yīng)：APrP=1SrS=2CATrT=CA2其中PAPrP=1SrS=2CATrT=CA2等溫一級(jí)不可逆串聯(lián)反應(yīng)ARS，進(jìn)料為純A濃度為CA0，連續(xù)操作空時(shí)為τ，試分別推導(dǎo)出反應(yīng)器出口各組分的濃度：（1）平推流反應(yīng)器；（2）全混流反應(yīng)器。APAPrP=k1CASrS=k2CA進(jìn)料為純A濃度為CA0，連續(xù)操作空時(shí)為τ，試分別推導(dǎo)出反應(yīng)器出口各組分的濃度：（1）平推流反應(yīng)器；（2）全混流反應(yīng)器。VmPFRCSTRVpv0VmPFRCSTRVpv0舉出與它有相同停留時(shí)間分布的另一種流動(dòng)模型，這說(shuō)明了什么問(wèn)題。液相反應(yīng)R(主反應(yīng)R(主反應(yīng))rR=k1CA0.6CB1.2A+BS(副反應(yīng))rS=k2CA2.0CB0.2ABBAABAB①②③④從有利于產(chǎn)品分布的觀點(diǎn)，（1）將下列操作方式按優(yōu)→ABBAABAB①②③④試采用脈沖示蹤法推導(dǎo)全混流反應(yīng)器的停留時(shí)間分布函數(shù)和分布密度函數(shù)。試采用階躍示蹤法推導(dǎo)全混流反應(yīng)器的停留時(shí)間分布函數(shù)和分布密度函數(shù)。畫(huà)出平推流反應(yīng)器、全混流反應(yīng)器、平推流和全混流反應(yīng)器串聯(lián)及全混流和平推流反應(yīng)器串聯(lián)的停留時(shí)間分布密度函數(shù)E(t)和分布函數(shù)F(t)F(θ)和E(θ)分別為閉式流動(dòng)反應(yīng)器的無(wú)因次停留時(shí)間分布函數(shù)和停留時(shí)間分布密度函數(shù)。（1）若反應(yīng)器為平推流反應(yīng)器，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)器為全混流反應(yīng)器，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)器為一非理想反應(yīng)器，試求：(a)F(∞)；(b)E(∞)；(c)F(0)；(d)E(0)；(e)