反应工程计算题模板.doc

化学工程基础( 武汉大学第二版)
1、 在间歇反应器中进行等温一级反应A→R+S,已知反应进行30S时反应物A的转化率为90%, 求转化率达到99%时还需要多少时间? 计算结果说明了什么?

2、 在间歇反应器中进行等温液相反应A+B→R已知( -rA) =kCACBmolL-1min-1,k=0.3Lmol-1min-1,CA0=CB0=0.2molL-1,试计算反应物A的转化率分别达到90%和99%时所需要的时间, 并做比较。
3、 在间歇反应器中用乙酸和丁醇生产乙酸丁酯, 其反应式为:

反应在100℃等温进行, 进料物质的量比为A:B=1:4.97, 并以少量硫酸为催化剂。由于丁醇过量, 其动力学方程为( -rA) =kC2A, 式中k为1.74×10-2m3kmol-1min-1。已知反应物密度ρ为750kg/m3( 反应前后基本不变) , 若每天生产乙酸丁酯2450kg( 不考虑分离过程损失) , 每批物料的非生产时间取0.5h, 求乙酸转化率为55%时所需间歇反应器的体积( 装料系数φ=0.75) 。

4、 在间歇反应器中进行二级液相反应A+B→R+S,两种反应物的起始浓度均为1kmol/m3,反应10min后的转化率为80%。如果将该反应改在全混流反应器中进行, 求达到相同转化率所需要的反应时间。

5、 间歇反应器中进行液相反应A+B→R+S,反应温度为75℃, 实验测得的反应速率方程式为( -rA) =kCACB,k=3×10-3m3kmol-1S-1。当反应物A和B的初始浓度均为5kmol/m3,A的转化率达80%时, 该反应器每分钟能处理0.684kmol(A)。今若将反应移到一个内径为300mm的管式反应器中进行, 其它条件不变, 试计算管式反应器的长度。

6、 环氧乙烷和水催化生成乙二醇, 其反应如下:

该反应以硫酸作催化剂, 其反应动力学方程为( -rA) =kCA(A为关键组分环氧乙烷), k=0.311min-1,环氧乙烷和硫酸分别以0.04kmol/L和0.90%( 质量分数) 的水溶液等体积加入全混流反应器中。若转化率达80%, 每天生产乙二醇8500kg, 试计算:
( 1) 全混流反应器有效体积;
( 2) 若用二个有效容积均为40L的全混反应器串联, 其最终转化率为多少?
( 3) 若用二个有效容积均为40L的全混反应器并联, 其最终转化率为多少?
( 4) 若将反应改在活塞流反应器中进行, 其余条件不变, 则反应器的有效容积为多少?

7、 若将3题的酯化反应改在活塞流反应器中进行, 请利用3题的已知条件和计算结果计算:
( 1) 转化率达55%所需要的反应器有效体积;
( 2) 反应进行80min时的残余乙酸浓度。

8、 在活塞流反应器中进行乙醛分解反应:
CH3CHO→CH4+CO
在791K, 1.013×105Pa, 进料为纯乙醛的条件下, 该反应的速率方程为
( -rA) =kC2A,k=0.33m3kmol-1。若乙醛质量流量为0.02kgs-1,求乙醛转化率为40%时所需要的反应器有效容积和物料在反应器中的平均停留时间。

9、 顺丁烯二酸酐的稀水溶液, 在298K下进行连续水解, 由于酸酐浓度仅为0.15kmol/m3,可作一级反应处理, k=0.0024S-1, 物料初始体积流量为1×10-5m3/S,现有两个3×10-3m3, 一个6×10-3m3的全混流反应器和两个3×10-3m3和一个6×10-3m3的活塞流反应器可供采用, 试求:
( 1) 若用一个6×10-3m3的CSTR或两个3×10-3m3的CSTR串联操作, 哪一个转化率较大?
( 2) 若用一个6×10-3m3的PFR操作, 转化率为多少?
( 3) 若用两个3×10-3m3的CSTR并联操作, 每一个反应器取1/2的流量, 转化率为多少?
( 4) 若将一个3×10-3m3的PFR放在一个3×10-3m3的CSTR之前或之后, 哪一个转化率较高?
( 5) 若用两个3×10-3m3的PFR串联或并联操作, 哪一个转化率较高?

10、 一活塞流反应器和一全混流反应器按下图所示两种方式连接。今分别在其中进行二级不可逆反应: ,已知k=0.0472m3kmol-1S-1,物料在每个反应器中的停留时间均为60S, CA0=1kmol.m-3。若两反应器温度相同, 反应过程中物料密度基本不变, 试计算两种情况下各反应器的出口浓度。
→PFR→CSTR→;→CSTR→PFR→