反应工程计算题2010年.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，其他条件不变，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→