反应工程计算题.docx

1 有一反映在间歇反映器中进行，通过8min后，反映物转化掉80％，通过18min后，转化掉90％，求表达此反映的动力学方程式。
解

2 反映，在恒容下用等摩尔H2，NO进行实验，测得以下数据
总压/MPa
0.0272
0.0326
0.0381
0.0435
0.0543
半衰期/s
265
186
135
104
67
求此反映的级数。
解

Y=A+B*X
Parameter
Value
Error
A
1.60217
0.01399
B
-1.9946
0.00834

3 A和B在水溶液中进行反映，在25℃下测得下列数据，试拟定该反映反映级数和反映速度常数。
时间/s
116.8
319.8
490.2
913.8
1188
∞
cA/kmol·m-3
99.0
90.6
83.0
70.6
65.3
42.4
cB/kmol·m-3
56.6
48.2
40.6
28.2
22.9
0
解
由cA-cB=42.4可知反映应按下列方式A+B→产物进行
设为二级反映
积分得：
以对t作图若为直线，则假设对的。
由cA0-cB0=42.4整理得数据如下：
t
116.8
319.8
490.2
913.8
1188

0.0132
0.0149
0.0169
0.0216
0.0247
线性回归：
Y=A+B*X
Parameter
Value
Error
A
0.01166
1.84643E-4
B
1.08978E-5
2.55927E-7

4 在间歇搅拌槽式反映器中，用醋酸与丁醇生产醋酸丁酯，反映式为：

反映物配比为：A(mol):B(mol)=1:4.97，反映在100℃下进行。A转化率达50％需要时间为24.6min，辅助生产时间为30min，天天生产2400kg醋酸丁酯（忽略分离损失），计算反映器体积。混合物密度为750kg·m-3，反映器装填系数为0.75。
解

5 液相一级不可逆分解反映A→B+C于常温下在一个2m3全混流反映器（CSTR，MFR，连续搅拌槽式反映器）中档温进行。进口反映物浓度为1kmol·m-3，体积流量为1m3hr-1，出口转化率为80%。因后续工段设备故障，出口物流中断。操作人员为此紧急停止反映器进料。半小时后故障排除，生产恢复。试计算生产恢复时反映器内物料的转化率为多少？
解

6 反映A+B→R+S，已知VR=0.001m3，物料进料速率V0=0.5×10-3m3min-1，cA0=cB0=5mol·m3，动力学方程式为−rA=kcAcB，其中k=100m3kmol-1min-1。求：(1)反映在平推流反映器中进行时出口转化率为多少？(2)欲用全混流反映器得到相同的出口转化率，反映器体积应多大?(3)若全混流反映器体积VR=0.001m3，可达成的转化率为多少?
已知k=1m3kmol-1hr-1，cB0=3kmol·m-3，cA饱和=0.02kmol·m-3，水溶液流量为10m3hr-1。
解
平推流

(1) 全混流

(2)
第二章
3.一级反映A→P，在一体积为VP的平推流反映器中进行，已知进料温度为150℃，活化能为84kJ·mol-1，如改用全混流反映器，其所需体积设为Vm，则Vm/Vp应有何关系?当转化率为0.6时，假如使Vm=Vp，反映温度应如何变化?如反映级数分别为n=2，1/2，−1时，全混流反映器的体积将如何改变？
解：

1. 可逆一级液相反映，已知；当此反映在间歇反映器中进行，通过8min后，A的转化率为33.3%，而平衡转化率是66.7%，求此反映的动力学方程式。
解

2. 自催化反映A+P→2P的速率方程为：−rA=kcAcP，k=lm3kmol-1min-1，原料组成为含A13%，含P1%（摩尔百分数），且cA0+cP0=lkmol·m-3，出口流中cP=0.9kmol·m-3，计算采用下列各种反映器时的空间时间(τ=VR/V0)。(1)平推流反映器；(2)全混流反映器；(3)平推流与全混流反映器的最佳组合；(4)全混流反映器与一分离器的最佳组合。
解

3. 一级不可逆连串反映，k1=0.25hr-1，k2=0.05hr-1，进料流率V0为1m3hr-1，cA0=1kmol·m-3，cB0=cC0=0。试求：采用两个VR=1m3的全混流反映器串联时，反映器出口产物B的浓度。
解

4. 某气相基元反映：
A+2B→P
已知初始浓度之比cA0:cB0=1:3，求的关系式。
解

5. 高温下二氧化氮的分解为二级不可逆反映。在平推流反映器中101.3kPa下627.2K时等温分解。已知k=1.7m3kmol-1s-1，解决气量为120m3hr-1（标准状态），使NO2分解70%。当(1)不考虑体积变化；(2)考虑体积变化时，求反映器的体积。
解

(1) 恒容过程

(2) 变容过程
1 第四章习题
1、 乙炔与氯化氢在HgCl2活性炭催化剂上合成氯乙烯：

其动力学方程式可有如下几种形式：
(1)
(2)
(3)
(4)
试说明各式所代表的反映机理和控制环节。
解：
（1）
（2）
（3）
（4）
2、 在510℃进行异丙苯的催化分解反映：

测得总压p与初速度r0的关系如下：

4.3
6.5
7.1
7.5
8.1
p/kPa
99.3
265.5
432.7
701.2
1437
如反映属于单活性点的机理，试推导出反映机理式及判断其控制环节。
解：
（1）设为表面反映控制机理
（a）
（b）
（c）
还可设想别的机理：上述两种机理有相同的初始速度关系式。即

由实验数据作图得一直线，与所设机理相符。(b)也许较好。
（2）设为A吸附控制可得：
A吸附控制

当时，

应为直线关系，与实验数据不符。
（1） 设为R脱附控制，可得与实验数据不符

3、 丁烯在某催化剂上制丁二烯的总反映为：

若反映按下列环节进行：

（1） 分别写出a，c为控制环节的均匀吸附动力学方程；
（2） 写出b为控制环节的均匀吸附动力学方程，若反映物和产物的吸附都很弱，问此时对丁烯是几级反映。
解：法一：（a控制）（1）
对b令则(2)
对c令则(3)
由(3)代入(2)得：
由得

法二：（a控制）

法一：（c控制）

法二：（c控制）
由a，令，则
由b
由得

（3） b为控制环节：

当吸附很弱时，
则
对丁二烯是一级反映。
4、 用均匀吸附模型推导甲醇合成动力学.假定反映机理为:
(1) CO+σ=COσ
(2) H2+σ=H2σ
(3) COσ+2H2σ=CH3OHσ+2σ
(4) CH3OHσ=CH3OH+σ
推导当控制环节分别为(1)，(3)，(4)时的反映动力学方程。
解：
控制环节为(1)时，

控制环节为(3)时，

控制环节为(4)时，

5、 一氧化碳变换反映CO+H2O=CO2+H2在催化剂上进行，若CO吸附为控制环节，
①用均匀表面吸附模型推导反映动力学方程。
②用焦姆金非均匀表面吸附模型推导反映动力学方程。
解

①

②

6、 催化反映A+B，A，B为均匀吸附，反映机理为：
（1） A+σ=Aσ
（2） Aσ=Bσ
（3） Bσ=B+σ
其中A分子吸附(1)和表面反映(2)两步都影响反映速率，而B脱附不久达平衡。试推导动力学方程。
2 解第五章习题
1. 异丙苯在催化剂上脱烷基生成苯，如催化剂为球形，密度为ρP=1.06kg·m-3，空隙率εP=0.52，比表面积为Sg=350m2g-1，求在500℃和101.33kPa，异丙苯在微孔中的有效扩散系数，设催化剂的曲折因子τ=3，异丙苯−苯的分子扩散系数DAB=0.155cm2s-1。
解

2. 在30℃和101.33kPa下，二氧化碳向镍铝催化剂中的氢进行扩散，已知该催化剂的孔容为VP=0.36cm3g-1，比表面积SP=150m2g-1，曲折因子τ=3.9，颗粒密度ρS=1.4g·cm-3，氢的摩尔扩散体积VB=7.4cm3mol-1，二氧化碳的摩尔扩散体积VA=26.9cm3mol-1，试求二氧化碳的有效扩散系数。
解

3. 常压下正丁烷在镍铝催化剂上进行脱氢反映。已知该反映为一级不可逆反映。在500℃时，反映的速率常数为k=0.94cm3s-1gcat-1，若采用直径为0.32cm的球形催化剂，其平均孔径d0=1.1╳10-8m，孔容为0.35cm3g-1，空隙率为0.36，曲折因子等于2.0。试计算催化剂的效率因子。
解

4. 某一级不可逆催化反映在球形催化剂上进行，已知De=10-3cm2s-1，反映速率常数k=0.1s-1，若要消除内扩散影响，试估算球形催化剂的最大直径。
解

5. 什么是宏观反映速率的定义式？什么是宏观反映速率的计算式？两者有何异同？
答
定义式计算式−RA=η(−rAS)
两者都反映了宏观反映速率与本征反映速率之间的关系。颗粒内实际反映速率受颗粒内浓度、温度分布影响，用定义式是难于计算的。计算式将过程概括为颗粒表面反映速率与效率因子的关系，而效率因子通过颗粒内扩散及浓度、温度分布的规律是可以计算的，从而得到总体颗粒的宏观速率。