习-题-解-答

习题解答化学反应工程第一章均相反应动力学和理想反应器12、丁烷在700℃，总压为0.3MPa的条件下热分解反应：C4H10→2C2H4+H2(A)(R)(S)起始时丁烷为116kg，当转化率为50%时1AsMPa24.0ddtp，求此时tytntpddddddASR，，。sRAddd22dddpppttt解：1ARsMPa48.024.02dd2ddtptp因为1sAdd0.24MPasddppttSAddddnytt，要求得就必须求取Sddnt和sddpt以及AAddpddytt和的关系SSpVnRTSSddVnpRTA01162kmol58nA0.5x时ARSt1kmol2kmol1kmol4kmolnnnn，，，t4300nVRTp总1SSSddd442.40.032kmolsdd300d300nppVtRTttAApyp总1AAs8.024.03.01dd1ddtppty总20、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A30%（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=0.27cAmol·m-3s-1为了达到95％转化率，试求：(1)所需空速为多少?(2)反应器容积大小?解：（1）根据活塞流反应器的设计方程0.950.95AAA000AAdd11ln11.10s0.2710.2710.95xxcrx（2）求反应器的体积31066.38.314555=0.0969ms0.310nRTVp进料流量3R00.096911.101.075mVV23、反应A+B→R+S，已知VR=0.001m3，物料进料速率V0=0.5×10-3m3·min-1，cA0=cB0=5mol·m3，动力学方程式为−rA=kcAcB，其中k=100m3·kmol-1·min-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?解：已知动力学方程为AfAfAfRAA00-3220000A20A0AA0Afdd0.001===2=0.510-(1-)d111==(1)(1)1xxAAAAAxVxxccVrkcxxkcxkcx（1）平推流-=AABrkcc000000=(1-)=(1-)=,==(1-)=(1-)AAAABBABABABBAAccxccxccxxccxcx220-==(1-)AABAArkcckcxAfA011110.512120.15xkc（2）采用全混流反应器，转化率为0.5时所需的反应体积计算由设计方程：A0AA0AR20AAB333R00.0050.0025=4min1000.00250.5104210mccccVVrkccVV（3）采用全混流反应器，反应体积为0.001m3可达到的转化率000R22-3200.001==2=0.0005(1-)100510(1-)=0.382AAAAAAAAAAcccxVxVrkcxxx解得：24、在全混流反应器中进行如下等温液相反应：2A→B＋Crc=k1cA2A＋B→2DrD=2k2cAcBA的初始浓度为2.5kmol·m-3，A和C的出口浓度分别为0.45和0.75kmol·m-3。假设进口物流中不含B、C、D，反应时间为1250s，求：（1）出口物流中B和D的浓度；（2）k1和k2。3333A2.50.452.05kmolm2A1CC20.751.5kmolmDA2.051.50.55kmolm1A2DD0.5521.1kmolm1C1B1D0.5BB反应共消耗的量为每消耗个生成个，生成所消耗A的量为生成所消耗的量为每消耗个将生成个，因此的出口浓度为每生成个伴生个，但每生成个又消耗个，所以的浓度为30.750.51.10.2kmolm解：（1）求出口各组分浓度（2）求k1和k2对组分C做物料衡算02211-331110.75-00.7512500.452.9610CCCAccsrkckkmkmols解得：对组分D做物料衡算022-331111.1-01.11250220.450.24.8910DDDABccsrkcckkmkmols解得：第二章复合反应与反应选型4、在体积VR=0.12m3的全混流反应器中，进行反应12ABRSkk，式中k1=7m3kmol-1min-1，k2=3m3kmol-1min-1，两种物料以等体积加入反应器中，一种含2.8kmolA·m-3，另一种含1.6kmolA·m-3。设系统密度不变，当B的转化率为75％时，求每种物料的流量。解：303033003000312.81.421.60.820.810.750.2-(1-)0.80.750.6-=-(-)=1.40.60.870.80.230.60.60.04minABBRSBBBBAAAABBAckmolmckmolmckmolmcccccxkmolmcccccckmolmrkmolmB0BA3131AB0.80.215min0.040.1260=0.48mhr150.480.24mhr2RccrVvvv每一股是总物料量的一半：5、可逆一级液相反应AP，已知0,mkmol5.0P030ccA；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：xckxcktxctcxccxcccckckckcktcrA02A01A0AA0PA0AAA02A1P2A1AA1dddd)1(dd112112d()ddd()0,0,xkkkxtxtkkkxtxttxx边界条件：112121()1lnkkkxtkkk积分得到PeA0ee12AeA0ee0.6672(1)110.667ccxxkKkccxx8min0.333tx当时，由理想间歇釜设计方程000001A02A012===-11AAAxxxAAAAAAAAAAdxdxdxtccrkcxkcxkxkx6、平行液相反应A→PrP=1A→RrR=2cAA→SrS=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?(1)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=1kmol·m-3。解：瞬时选择性PP22PRSAAA1112(1)rSrrrcccA0A0AfAfpPAA2A0AfA0AfA111dd0.278(1)ccccSSccccccc对于平推流反应器（由式2.4-15）A0AfpPA0AfA2A-3AfA01()d(1)11110.5kmolm(1)(1)10.212cccScccccc根据选择性的定义对于全混流反应器（由式2.4-18）pPA0AfA0Af22Af-311()()(20.2)(1)(10.2)1.25kmolmcSccccc对于两个全混流反应器串联（由式2.4-17）00111222-3())()()11(21)(10.2)(11)(10.2)0.250.560.81PPAANAAPAAfPcSccccSccSkmolm结论：全混流反应器两全混流反应串联平推流反应器这是因为主反应的反应级数较副反应的反应级数低，反应浓度越低选择性越高，而全混流反应器是在较低浓度下反应。12、气相反应A+B=R的动力学方程为(−rA)=k(pApB−pR/KP)，式中2138Pasmmol2620exp105.3Tk112PPa3560exp100.7TK请确定最佳反应温度与转化率之间的关系。15、一级不可逆连串反应CBA21kk，k1=0.25hr-1，k2=0.05hr-1，进料流率V0为1m3·hr-1，cA0=1kmol·m-3，cB0=cC0=0。试求：采用两个VR=1m3的全混流反应器串联时，反应器出口产物B的浓度。12BABrkckc解：对第一个反应釜做物料衡算对组分A而言01011311=0.8kmolmAARAAccVVkcc解得：对组分B而言101011211311-0.250.8-0.05=0.19kmolmBBRBABBBccVcVkckccc解得：对第二个反应釜做物料衡算对组分A而言1220122320.810.25=0.64kmolmRAAAAAAVcccVkccc解得：对组分B而言21201222232-0.191-0.250.64-0.05=0.333kmolmRBBBABBBVcccVkckccc解得：16、某气相基元反应：A+2B→P已知初始浓度之比cA0:cB0=1:3，求txddA的关系式。解AA0AAA01122(1.4-17)1111340.5(1.4-19)yy式式00000202011-0.511111-0.510.5=10.5AAAAAAAAAAAAAABAAABAAVVxVxnnxdnxdnrVdtVxdtcdxkccxdtdxkcccdtxAAAA0A0AABB0A0AB0A0AA0A0ABABA00A0AA11=1+10.522323210.510.510.5AxxcccxxnnnxnnxnnxnxccVVxVxx2AAAA0A00AA22AA0AAd132d10.510.510.532=110.5AAxxxkccctxxxxkcxx17、已知常压气相反应122ABRSkk动力学方程为srbacckcckrSR2BA1A，试用下列三种方式表达动力学方程：(1)组分分压；(2)组分摩尔分率；(3)组分初始浓度和A的转化率。解：（1）以组分分压表示的动力学方程BBBRRRSSS====AAAAAnppVnRTcVRTnpcVRTnpcVRTnpcVRT同理可得RSABA1AB2RS12rsababrsabrspppprkcckcckkRTRT1212AABBRRSSrsabRSABAabrsabrsabrsABRSpPypPypPypPypppprkkRTRTPPkyykyyRTRT总总总总总总由道尔顿分压定律（2）以组分摩尔分数表示的动力学方程（3）以组分初始浓度和A的转化率表示的动力学方程AAA0AAB0A0ABAAR0A0ARAAS0A0ASAA110.510.510.51xccxccxcxccxcxccxcx由式（1.4-21）可得B0A0AAA1A0AAAAR0A0AS0A0A2AAAA0.51110.50.511abrsccxxrkcxxccxccxkxx18高温下二氧化氮的分解为二级不可逆反