化学反应工程综合复习资料(有答案)(2)

1 (1 k)2

2

………………..(2)

根据式（1），得k 1=19；根据式（2），得k 6.94。

v02VR/ 2 1

,进料体积流率之比等于空时的反比，即

v01VR/ 1

v0 5.48v01。

也就是说，串联后进料体积流率应为原来的5.48倍，即需增加4.48倍。

2

2. 某速率常数为0.15 min-1的一级不可逆反应在一非理想反应器内进行反应，示踪结果表明，t和 分别

为15 min和0.21。求用多级混合流模型预测的转化率。 解：根据多级混合流模型无因次方差与N之间的关系，有

2

N 1/ = 4.76

根据一级不可逆反应多级混合流模型转化率的表达式，有

11

1 x A 0 .158

4.76k) ( 1 )N(1

4.76

N

xA 0.842

3. 反应物A反应首先生成R (k1 = 6 hr-1)，R进一步反应生成S (k2 = 3 hr-1)和T (k3 = 1 hr-1)。如果浓度为1.0 mol / L的纯A在一个全混流反应器内进行反应，求R浓度达到最大值的空时及R的最大浓度。

解：根据一级不可逆串联反应在全混流反应器中进行反应时中间物种最大浓度及达到最大浓度空时的公式，有：

CR,maxCA0

1

0.3 1/22

{[(k2 k3)/k1] 1}

CR,max 0.3mol/L opt

1k1(k2 k3)

0.2 hr

说明：上述两公式也可通过对反应物A和产物R两次应用全混流反应器设计方程，求得产物R的浓度表达式，然后令

dCR

=0，求出 opt 和CR, max的值。 dτ

4．某一级恒容反应A P在一平推流和一全混流反应器所组成的串联反应器组中进行，两反应器的有效容积均为Vr，进料为纯A，初始体积流率为v0，试证明最后的总转化率与这两个反应器的串联顺序无关。（假设两反应器的温度相等且保持恒定，反应器被反应物全部充满） 解: 反应速率方程： rA kCA (a) 全混流在前，平推流在后

由全混流的设计方程，得： VR

v0故：CA1

CA0 CA1CA0 CA1

rAkCA1

CA0

Rk 1v0

VRdCA1CAfXdxC

CA0 xAA CAf ln

A1 rA1kCv0kCA1AA

由平推流的设计方程得：

则：CAf CA1e

kVR/v0

CA0C

e kVR/v0 A0e k k 1kR 1v0

其中

VR

v0

（b）平推流在前，全混流在后

对平推流：

VR1CXdxCdC

CA0 0AA CA1A lnA1

A0kCv0 rAkCA0A

得：CA1 CA0e k 对全混流： VR

v0得：CAf

CA1 CAf

rA

CA1 CAfkCAf

CCA1

A0e k k 1k 1

即：两各反应器的排列顺序不影响反应结果

5．纯组分A发生下述平行反应，

P

R

rP=2CA mol/(L.min) rR=1 mol/(L.min)

2

r=Cmol/(L.min )SAS （目的产物）

A的起始浓度为2 mol / L，反应在恒温的条件下进行，试确定在如下反应器中目的产物S所能达到的最大浓度。

a. 平推流反应器 b. 全混流反应器

dCSCA2解：

S

dCA(1 CA)2

(a) 对于平推流反应器：

CCC

CS CA SdCA CA(A)2dCA A0A0

CA(1

A0

C

12

)dCA 1 CA

1 CA011

1 CA1 CA01 CA

1 CA

(1 CA0) (1 CA) 2ln

当 S～CA曲线下的面积最大，即A完全转化（CA＝0）时CS最大，即：

1

CS,max (1 2) 1 2ln3 1

3

= 0.469 mol / L

（b）对于全混流反应器：

S

CS

S

CA0 CA

故：

C

CS (CA0 CA) S (CA0 CA)(A)2

1 CA

dCS(1 CA)(2CA0CA 3CA2) 2CA0CA2 2CA3

dCA(1 CA)3

令

dCS

0，得：CA2 3CA 2CA0 0 dCA

CA212

) (2 1)() 0.25 mol / L 1 CA1 1

解得：CA＝1 mol / L 故：CS,max (CA0 CA)(

6．某气相一级不可逆反应：

A 2R S

在等温，等压条件下在一间歇反应器中进行，原料中含A 75％（mol），8分钟后体积增加了一倍，求A的

转化率以及此温度下的速率常数。 解：(1) 该反应为变容反应，

(i)Inert A 2R S (i)Inert

摩尔比; 0.25 0.75 即： 1/3 1 故：i=1/3，即：

11

Inert A 2R S Inert 33

膨胀率：

11

(2 1 ) (1 )

1.5

1 3

A

VxA 1 VxA 0

VxA 0

ntotal,xA 1 ntotal,xA 0

ntotal,xA 0

8分钟后：V＝2V0 = V0（1＋εA xA）

解得：xA = 66.7 %

(2) 由间歇式反应器的设计方程，对一级反应，有：

kt ln(1 xA)

则：k

ln(1 xA)ln(1 0.667)

0.137min 1

t8

7．用一个1升的全混流反应器来确定某反应A R的动力学方程，A的液相溶液分别以不同的流率和不

同的初始浓度加入反应器，并测定A的出口浓度，得到如下表所示的数据。

v0 L / min 0.4 0.5 1 2 2

假设反应速率只与A有关，求反应速率方程式。

解：根据全混流反应器的设计方程：

CA0 mmol / L 49.14 64.40 103.20 153.20 180.80

CA

mmol / L 18.34 23.60 41.14 68.10 75.72

CA0 CA

rA

得： rA

CA0 CA

由已知数据可得下述数据：

假设：－rA= k CAn, 得：ln (-rA) = ln k + n lnCA

以ln (-rA) 对ln CA做图，得一直线，截距＝ ln k = -3.3，得：k = 0.037 L / (mmol min) ，

斜率＝n=2，故速率方程为：－rA = 0.037C mmol / (L min)

A

2

6.0

5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0

1.5

2.53.03.54.04.55.0

ln(CA)

8

ln(-rA)

，并画出E (t) 和F

t

(t) 曲线。

解：由于是等时间间隔（ t = 1min），利用矩形积分法可得到如下公式： t

C(ti) C(ti)t 0

E(ti) ;F(ti)

t C(ti)C(ti) t 0t 0

tiE(ti)tiC(ti) t 0t 0

E(ti)C(ti) t 0t 0

根据上述公式列表计算如下：

t,min 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 C(t),g/L 0 0 3 5 6 6 4 3 2 1 0

0 0 3 8 14 20 24 27 29 30 30

0 0 0.1 0.17 0.2 0.2 0.13 0.1 0.07 0.03 0 E(t)，min-1

F(t) 0 0 0.1 0.27 0.47 0.67 0.8 0.9 0.97 1.0 1.0

4.83

E（t）、F（t

i

i

i

i

i

i

i

9

若在该反应器内进行A P的一级异构化反应，已知反应流体为宏观流体，入口处A的转化率为零，反应速度常数为0.045min-1，试用凝集流模型预测在该反应器出口处所能达到的转化率。（提示：凝集流模

t)型公式 X A X A ( t ) element E ( dt ）

解：根据凝集流模型的计算公式： XA XA(t)element E(t)dt

kt

其中，对于一级反应： XA(t)element 1 e C(ti)

E(ti) 对于脉冲示踪法：

tC(ti)

ti 0

所以，可 …… 此处隐藏：2736字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……