《化学反应工程》课后习题解析.pptx

第2章 均相反应动力学;（2） 反应气体出口组成;2-3 对化学反应 ，提交了两个不同的动力学方程， 利用热力学一致性校验，初步判断出正确与错误。 解：对于动力学方程（1）达平衡时，有;【习题2-10】在恒温恒容间歇反应器中，进行气相分解反应， ，测得170℃时反应时间与系统压力的数据如下， 试用微分法求反应级数及速率常数。;;;由图上可以看出，分压低的第6点数据偏离较远，作舍弃处理， 取前5个作图， 结果见图中标识;【习题2-13】反应 为 n 级不可逆反应。已知在300K时， 要使 A 的转化率达到20%需12.6min，而在340K达到同样的转 化率仅需要3.20min，求该反应的活化能。;（2）设该反应的活化能为E，则;3-1;3-3;3-5 在等温全混流釜式反应器中进行下列液相反应： A + B → P（目的）rP = 2cA [kmol/(m3.h) 2A → R rR= 0.5cA [kmol/(m3.h) cA0 = cB0 = 2kmol/m3. 试计算反应2h时A的转化率和产品P的收率。 解：A组分的总消耗速率 (-rA )= rP + 2rR = 2cA + cA = 3cA 将其代入CSTR设计方程;解得空时为2h的转化率为 因产物P的选择率为 所以产物P的收率为;3-9;3-17 下列反应： ;;3-18 （1） 根据自催化反应特征，反应前阶段，反应物初始浓度大，更适合选用平推流，后阶段产物P的浓度大，而反应物浓度变小，更适合选用全混流反应器，因此，本题的最佳反应器组合为先平推流后全混流，如下图所示： 对于PFR，因为 ；于是有;又因为， ；所以 由此可写出具体的动力学方程式 现假设为等体积串联，则 即 也即;此时用试差法求解，得 ，同时得 因此，所求的反应体积为 又因为， ，;解法二：对动力方程求最大转化率;总的反应体积;（2）求最佳循环比与反应体积 最佳循环比的条件式是 用试差法求得 ，所以循环比 ;所求体积为;3-19 在等温平推流管式反应器中，进行丁二烯和乙烯合成环己烯的气相反应：C4H6(A) + C2H4(B) → C6H10(R)，反应速率方程为 rA = kcAcB，k = 3.16×107exp(-13840/T) ，L/（mol.s），两种反应物在440℃,101325Pa下等摩尔加入反应器，反应热效应为-125600kJ/(mol)。当丁二烯的转化率为12%时，求反应时所移走的总热量？若该反应在绝热条件下完成，求反应器的出口温度？气体比热容为常数：CpA=154kJ/(mol.K)，CpB=85.6kJ/(mol.K)，CpR=249kJ/（mol.K）。;解：这是一个变摩尔数的气相反应，其膨胀率为 因为是等摩尔进料，所以相应的瞬时浓度应为 变容条件下的反应速率方程为 其中反应速率常数为;将各已知值代入得：;（2）求绝热温升：;（3）求出口温度;解法2：用摩尔比热容求解;4-1 在定态操作反应器的进口物料中，脉冲注入示踪物料。出 口处示踪物浓度随时间变化的情况如下。假设在该过程中物料 的密度不发生变化，试求物料的平均停留时间与停留时间分布 函数，并求方差。;例如，t=600时，E(t)=5/6000=0.0008333。同理可计算出各 时间点的分布密度函数值，见下表;同理可求得其它各时间点的分布函数值，见下表;4-3 ;4-4 用阶跃法测定某一闭式流动反应器的停留时间分布，得到 离开反应器的示踪剂浓度与时间的关系，如图4-18所示;【解】因阶跃法直接测定的是分布函数，即;对应平均停留时间为;（2）平均无量纲时间 和方差;（4）若用轴向扩散模型来模拟该反应器，则模型参数为;（5）若在此反应器内进行1级不可逆反应，反应速率常熟 K=1min-1，且无副反应，试求反应器出口转化率。;② 由多级全混流模型求解;计算结果表明，三种计算方法的结果都非常接近！ 这是一个返混程度不大的反应器，如果返混程度高 会产生一定的误差。;补充Excel上单变量求解方法：;目标单元格（E） ＄B＄1 目标值（V）