化学反应工程习题解答.doc

第一章习题 有一反应在间歇反应器中进行，经过8min后，反应物转化掉80％，经过18min后，转化掉90％，求表达此反应的动力学方程式。 解 在间歇搅拌槽式反应器中，用醋酸与丁醇生产醋酸丁酯，反应式为： 反应物配比为：A(mol):B(mol)=1:4.97，反应在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，每天生产2400kg醋酸丁酯（忽略分离损失），计算反应器体积。混合物密度为750kg·m-3，反应器装填系数为0.75。 解 反应(CH3CO)2O+H2O→2CH3COOH在间歇反应器中15℃下进行。已知一次加入反应物料50kg，其中(CH3CO)2O的浓度为216mol·m-3，物料密度为1050kg·m-3。反应为拟一级反应，速率常数为k=5.708×107 exp(?E/RT) min-1，E=49.82kJ·mol-1。求xA=0.8时，在等温操作下的反应时间。 解 在555K及0.3MPa下，在平推流管式反应器中进行气相反应A→P，已知进料中含A 30%（摩尔分数），其余为惰性物料，加料流量为6.3mol·s-1，动力学方程式为?rA=0.27cA mol·m-3s-1为了达到95％转化率，试求： 所需空速为多少? 反应器容积大小? 解 反应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=0.001m3，可达到的转化率为多少? 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 （1）平推流 （2）全混流 （3）VR=0.001m3时可达到的转化率 第二章习题 平行液相反应 A→P rP=1 A→R rR=2cA A→S rS=cA2 已知cA0=2kmol·m-3，cAf=0.2kmol·m-3，求下列反应器中，cP最大为多少? 平推流反应器；(2)全混流反应器；(3)两相同体积的全混流反应器串联，cA1=1 kmol·m-3。 解 自催化反应A+P→2P的速率方程为：?rA=kcAcP，k=l m3kmol-1min-1，原料组成为含A 13%，含P 1%（摩尔百分数），且cA0+cP0= l kmol·m-3，出口流中cP= 0.9 kmol·m-3，计算采用下列各种反应器时的空间时间(τ=VR/V0)。(1)平推流反应器；(2)全混流反应器；(3)平推流与全混流反应器的最佳组合；(4)全混流反应器与一分离器的最佳组合。 解  第三章习题 有一有效容积VR=1m3，送入液体的流量为1.8m3hr-1的反应器，现用脉冲示踪法测得其出口液体中示踪剂质量浓度变化关系为： t/min 0 10 20 30 40 50 60 70 80 c/kg·m-3 0 3 6 5 4 3 2 1 0 求其停留时间分布规律，即F(t)，E(t)，， 解 示踪法求停留时间分布规律 t/min c/kg·m-3 ∑c F(t) E(t) t·c t2c 0 0 0 0 0 0 0 10 3 3 0.125 0.0125 30 300 20 6 9 0.3750 0.0250 120 2400 30 5 14 0.5833 0.0208 150 4500 40 4 18 0.75 0.0167 160 6400 50 3 21 0.875 0.0125 150 7500 60 2 23 0.9583 0.0083 120 7200 70 1 24 1.0 0.0042 70 4900 80 0 24 1.0 0 0 0 ∑ 24 80 33200 请将习题一中停留时间分布规律用对比时间θ作变量， 求F(θ)，E(θ)，，。 解 在习题一的反应器中进行A→D反应，已知cA0=25mol·m-3，动力学方程为?rA=0.05cA mol·m-3min-1，请分别用： (1)凝集流模型； (2)多级混合槽模型； (3)平推流模型； (4)全混流模型。 计算出口物料中A组分的转化率。 解 （1）凝集流模型 t/min c/kg·m-3 ∑c F(t) 0 0 0 0 0 10 3 3 0.125 0.1189 0.07582 20 6 9 0.375 0.2262 0.09197 30 5 14 0.5833 0.1793 0.04649 40 4 18 0.75 0.1365 0.02