反应工程答案.doc

第二章 均向反应动力学
1.在473K等温及常压下进行气相反应：
（1）
（2）
（3）
式中CA为反应物A的浓度（kmol/l），原料中A和惰性气体各为一半（体积比），试求当A的转化率达85%时，其转化速率是多少？
解：先求出总摩尔变化数，首先将产物的生成速率变为对应的反应物的转化速率：

总反应速率为：
以一摩尔反应物A为基准，总摩尔变化数为：

初始浓度为：
则有：

2. 可逆一级液相反应，已知；当此反应在间歇反应器中进行，经过8min后，A的转化率为33.3%，而平衡转化率是66.7%，求此反应的动力学方程式。
解：

3. 液相自催化反应的动力学方程A+P-P+P速率表达式
，1h后测得速率最大值，求反应速率常数。
解：

第三章 理想流动反应器
1.均相气相反应A→3P，服从二级反应动力学。在0.5MPa、350℃和V0=4m3hr-1下，采用—个25mm内径，长2m的实验反应器，能获得60％转化率。设计一个工业平推流反应器，当处理量为320m3hr-1，进料中含50%A，50%惰性物料时，在2.5MPa和350℃下反应，为获得90%的转化率．求需用25mm内径，长2m的管子多少根?这些管子应并联还是串联？
解：（1）求速率常数k

(2) 求反应器体积和管数

管子的串并联要从流体阻力和流型考虑，在保持平推流的前提下尽量并联。
2. 反应A+B→R+S，已知VR=1m3，物料进料速率V0=0.5m3min-1，cA0=cB0=0.005mol·m3，动力学方程式为−rA=kcAcB，其中k=100m3kmol-1min-1。求：(1)反应在平推流反应器中进行时出口转化率为多少？(2)欲用全混流反应器得到相同的出口转化率，反应器体积应多大?(3)若全混流反应器体积VR=1m3，可达到的转化率为多少?
解：

3. 平行液相反应,
,求最大Cp？（1）平推流（2）全混流（2）二釜串联。
解：
（1） 平推流反应器

（2） 全混流反应器

(3) 二釜串联的反应

4.A进行平行分解反应，其速率式为
↗R rR=1 mol·m-3min-1
A →S rS=2cA mol·m-3min-1
↘T rT=cA mol·m-3min-1
其中R是所要求的目的产物，cA0=1mol·m-3。试问在下述反应器进行等温操作时，预计最大的cR为多少?(1)全混流反应器；(2)平推流反应器。
解：低浓度操作对生成目的产物R有利，对全混流反应器，可在极低的浓度下操作
(mol/l）
对平推流反应器，则尽量使其转化率提高。
5. 请考虑化学反应，。该反应在全混流反应器中进行，反应温度为20℃，液料的体积流量为0.5m3/h, CA0=96.5mol/m3, CB0=184mol/m3,催化剂的浓度CD=6.63mol/m3。实验测得该反应的速度方程为：，式中k=1.15*10-3m3/(mol.ks)。若要求A的转化率为40%，试求反应器的体积。
解：设A的转化率为x，则有：

6.某二级液相反应A+B→C，已知CAo=CBO ，在间歇反应器中达到x=0.99，需反应的时间为10min,问：
(1) 在全混流反应器中进行时t应为多少？
(2) 在两个串联全混流反应器(反应体积相等)中进行时，t又是多少？
解：在间歇反应器中，对二级反应
（1）
（１） 在单个CSTR中
（2）
(1)=(2) 则
(2) 　两个CSTR串联
CSTR-1:
(3)
CSTR-2:
(4)
代入(3)

7. 等温下PFR，，，，，求P浓度平衡是反应器体积。
解：

第四章 非理想流动反应器
1. 在一反应器中进行,

解:

2.在具有如下停留时间分布的反应器中，等温进行一级不可逆反应A→P，其反应速率常数为2min-1。

试分别采用轴向扩散模型及离析流模型计算该反应器出口的出口浓度，并对计算结果进行比较。(1)全混流(2)轴向扩散(3)平推流(4)多级混合槽(5)凝聚流
解:

4.某气液反应器，高20m米，截面积1m2。内装填料的空隙率为0.5。气液流量分别为0.5m3/s和0.1m3/s。在气液入口脉冲注入示踪剂，测得出口流中的示踪剂浓度如图所示，试分析塔中有无死体积。
解：对气相，由图可知直线1与2的方程分别为：
因此平均停留时间为：

六十七章 宏观反应动力学及反应器
1. 在一固定床反应器中，填充5.40m3的催化剂。在550℃，101.33kPa下进行2A→2R+S的反应，用水蒸汽作稀释剂，反应物A与水蒸气的配比为1:4（摩尔比）。标准状态下加料量为1.0m3hr-1，出口转化率为50%，当反应速率采用（其中V是催化剂填充体积）的定义时，550℃下的反应速率常数为1.0hr-1。若忽略外扩散的影响，并假定有效因子在床层内为一常数，求其有效因子。
解：

2. 在罗铝催化剂上进行脱氢，，在0.1013MPA，773K时，，厚度8mm催化剂，孔半径，空容0.35，曲折因子2.5.求有效因子
解：

3. 在一微型固定床，常压731K等温A分解，一级不可逆，床层5cm3，空隙率0.4，催化剂直径2.4，A有效扩散系数1.2×10-2，A出口1.68×10-5，速度1.04×10-5，扩散因子。
解：已知
若不计外扩散阻力，则
由 可算得由式，用试差法联立求解得
4. 在硅铝催化剂球上，粗柴油催化裂解反应可认为是一级反应，在630℃时，该反应的速率常数为，有效扩散系数为De=7.82╳10-4cm2s-1。，试求颗粒直径为3mm的催化剂的效率因子。
解：气相可认为理想气体
反应速率常数
计算西勒模数，因为
所以
计算效率因子
5,某催化反应在500℃，本征动力学方程，Pa单位Kpa，催化剂直径高度均为5MM，密度0.8G/CM,A分压10.133，De=0.025CM3/S。计算效率因子。
解：

6.常压下正丁烷在镍铝催化剂上进行脱氢反应。已知该反应为一级不可逆反应。在500℃时，反应的速率常数为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：

7. 相对分子质量120某组分，该组分催化剂表面的浓度，实测反应速率
，催化剂直径0.2cm球体，孔隙率0.5，曲折因子3，孔径，求效率因子。
解：

第八章 气液反应动力
1. 已知气液相反应,

，单位容积床层宏观反应速率。
解：

2.若采用NaOH水吸收CO2. 25度，
（1）纯水，气液膜阻力比（2）
（3)
解：

3氨与硫酸的反应飞速不可逆

（1） 氨分压6.08kpa，硫酸浓度是0.4kmol/l，总反应速率。
（2） 硫酸浓度3kmol/l，求速率。
解;

4.在填料塔中用浓度为0.25mol·L-1的甲胺水溶液来吸收气体中的H2S，反应式如下：
H2S+RNH2→HS-+RNH3+
(A) (B) (R) (S)
反应可按瞬间不可逆反应处理，在20℃时的数据如下：F=3╳10-3mol·cm-2s-1；cT=55.5mol·L-1；pT=101.3kPa； kALσ=0.03s-1；kAGσ=5.92╳10-7mol·cm-3kPa-1s-1；DAL=1.5╳10-5cm2s-1；DBL=1╳10-5cm2s-1；HA=11.65kPa·L·mol-1。为使气体中H2S浓度由1╳10-3降到1╳10-6，求最小液气比和所需填料高度。
解：

5.在一逆流操作的填料塔把有害A含量从0.1%降到0.02%。

（1） 总浓度56kmol/l的水，球填料高度。（2）高浓度B0.8kmol/l，
解：