化学反应工程作业

1、49. 现有一有效容积为0.75m3的搅拌釜反应器，其内设置有换热面积为5.0m2的冷却盘管。欲利用改反应器来进行AR的一级不可逆的液相反应，其速率常数，反应热，原料液中A的浓度，但不含反应产物R。此原料液的密度=1050g/l；定压比热（J/g·）。要求原料液的进料流率为，反应器出口的反应液中。总传热系数U=209.2（KJ/m2·h·）。所用的冷却介质的温度为25。试求满足上述反应要求所需的反应温度以及料液的起始温度T0。解： 50. 乙酸酐发生水解，反应温度25，k=0.1556 min-1，采用三个等体积的串联全混流釜进行反应，每个釜体积为1800 cm3

2、，求使乙酸酐的总转化率为60%时，进料速度。解： 51. 串联全混流反应器进行一级不可逆反应，假定各釜容积、温度相同，试计算N为1，2，3的反应有效容积，如不考虑非生产性操作时间的条件下分批式反应器的有效容积。解： 52.应用两个按最优容积比串联的全混流釜进行不可逆的一级液相反应，假定各釜的容积和操作温度都相同，已知此时的速率常数k=0.92h-1，原料液的进料速度=10m3/h，要求最终转化率0.9，试求V1、V2和总容积V。解：对于一级不可逆反应应有 代入 得 整理得 ， 总容积 53. 用两串联全混流反应器进行一个二级不可逆等温反应，已知在操作温度下要求出口xA=0.9，计算该操作最优容

3、积比和总容积V。解： 代入 总容积 54. 应用管径为D=12.6cm的管式反应器来进行一级不可逆的气体A的热分解反应，其计量方程为A=R+S；速率方程为；而k=7.8×109exp-19220/T(s-1),原料为纯气体A,反应压力P=5atm下恒压反应,T=5000C。0.9,=1.55kmol/h,求所需反应器的管长L,停留时间t，空时（理想气体）。解：反应气体的进料体积流速为： 反应流体在管内的体积流速为： 此处：（纯气体）；， 而 55.液相原料中反应物A进入平推流反应器中进行的反应，已知。求：1）当出口浓度时的进料流。 2)当进料流量时出口浓度。 解： 56. 自催化反应

4、A + R 2R，其速率方程为：，在70下等温地进行此反应，在此温度下k=1.512 m3/kmol·h；其它数据如下：0.99 kmol/m3；0.01 kmol/m3；10 m3/h；要求反应的转化率0.99。试求：1）在全混流反应器中反应所需的容积；2）在平推流反应器中反应所需的容积。解： 令 1）全混流反应器所需的容积 2）平推流反应器所需的容积 57. (A) (P) (S)反应速度；，在恒温恒容下求(a)平推流(b)全混流,求，其中,。解:(a) ()=(=0.477mol/ =0.155mol/l =3.08 (b)= = () = =0.5mol/l =0.333mo

5、l/l =0.167mol/l=2.0 58. (A) (P) (S)反应速度；，在恒温恒容下求等容积的两釜串联全混流反应器内进行这一反应时,求目的产物P的选择性，其中,。解：等容积釜串联应有 对第二个全混流反应器作物料衡算 = 对于P: + =0.444mol/l + =1-(0.444+0.391)=0.165mol/l =2.37 59.醋酸甲酯的水解反应如下：CH3COOCH3 + H2O CH3COOH +CH3OH，产物CH3COOH在反应中起催化剂的作用，已知反应速度与醋酸甲酯和醋酸的浓度积成正比。（1） 在间歇反应器中进行上述反应。醋酸甲酯和醋酸的初始浓度分别为500和50mo

6、l/m3。实验测得当反应时间为5400s时，醋酸甲酯的转化率为70%，求反应速率数和最大反应速度。（2） 如果反应改在连续搅拌釜中进行，=0.8时停留时间应为多少。（3） 如果采用管式流动反应器，=0.8时停留时间。解： A + B C + D （1）= 对求导 （2） （3）对于PFR 60.在一定的反应温度下A发生下述平行反应： 其中R是主产物，S是副产物。反应原料为纯的反应物A，其初始浓度为10kmol/m3。在反应器出口A的转化率为80%。反应在连续搅拌釜中进行时，A转化为R的选择性、R的收率以及反应物的停留时间。解：1）使用连续搅拌釜 当时，有 V恒定，停留时间与空时相等 61. 已

7、知 的反应速率式分别为：；，且在反应的操作温度下=1.0，1.5；5mol/l，要求反应流体的进料速率为5 m3/h，出口转化率0.9。试求用单一的全混流反应器在等温下进行此反应时所能获得的产物P的浓度以及所需的反应容积V。解： 62.环氧乙烷在450的气相分解反应如下：C2H4O（g） CH4（g） + CO（g）已知在此反应温度下反应的速率常数为0.0212min-1，反应在恒温恒容反应器中完成，初始时原料为纯的环氧乙烷，初始压力为2.026×105Pa，试求在反应时间为50min时反应器的总压力。解：由k=0.0212min-1可知该反应为一级反应 t时反应物分压为PA C2H

8、4O（g） CH4（g） + CO（g） PA0 0 0 PA PA0-PA PA0-PA总压 即 当t=50min时 63.醋酸在高温下可分解为乙烯酮和水，而副反应生成甲烷和二氧化碳： 已知在916时，试计算：1） 99%的醋酸反应掉的时间；2） 在此反应条件下醋酸转化成乙烯酮的选择性。解：设在时间t时乙烯酮和甲烷的浓度分别为x和y，初始为，则 相加得 将其积分 1） 当转化率为99%时 2） 64.在1000K于恒温恒压反应器中进行下述分解反应：反应速率常数0.082 l/mol·min，初始时含纯的RCH2OH，其初始压力为2.026×105Pa，求1） 将20%的R

9、CH2OH分解所需时间；2） RCH2OH的浓度降低20%所需的时间。解： A B C t=0 nA0 0 0 t=t nA0-x x x 由k可知该反应为二级反应 理想气体 将其积分 当，带入得t=138min 对于，应有 当，带入得t=66.1min 分65. 等温间歇反应器反应时间与反应物浓度的关系在间歇反应器中进行等温二级反应当为1时，求反应至所需时间。解: t=9900s 66. 对于aA + bB cC反应，以浓度则其二者关系如何？ 解： 理想气体 67.平行反应 ，其中，已知，求在平推流反应器中的？解： 对上式进行积分得 当时，产物P的浓度最大 68. 一级连串反应，进料流率为，反应在恒温恒容的条件下进行，求在全混流釜式反应器中目的产物P的最大浓度？ 解：全混釜 对物料P作物料衡算 则有 当时，产物P有极大值 69.液相反应AR在一全混釜中进行，反应速率常数求：1） 平均停留时间为1S时该反应器的；2） 若A的，求反应器的体积。解：1） 2） 带入得 70.液相反应A + BP + S在一全混釜中进行，速率常数，求：1）时，反应器的容积