化学反应工程综合复习资料(有答案)(4)

该模型设想在气-液两相流的相界面处存在着呈滞流状态的气膜和液膜，而把气液两相阻力集中在这两个流体膜内，而假定气相主体和液相主体内组成均一，不存在传质阻力。组分是通过在气膜和液膜内的稳定的分子扩散过程来进行传质的，通过气膜传递到相界面的溶质组分瞬间的溶于液体且达到平衡。因此，把复杂的相间传质过程模拟成串联的稳定的双膜分子扩散过程的叠加，相间传质总阻力等于传质阻力的加和。 10、简述理想反应器的种类？

通常所指的理想反应器有两类：理想混合（完全混合）反应器和平推流（活塞流或挤出流）反应器。所谓完全混合流反应器是指器内的反应流体瞬间达到完全混合，器内物料与反应器出口物料具有相同的温度和浓度。所谓平推流反应器是指器内反应物料以相同的流速和一致的方向进行移动，不存在不同停留时间的物料的混合，所有的物料在器内具有相同的停留时间。 四、计算题

1、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：

k1k2CH3COOH CH2 CO H2O CH3COOH CH4 CO2

1 1

k 4.65s,k 3.74s12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

CA0

，则

dx

k1(CA0 x y)dt dy

k2(CA0 x y)dt

d(x y)

(k1 k2)(CA0 x y)dt相加得

d(x y)

(k1 k2)dt

C (x y)将其积分A0

ln

CA0

(k1 k2)t

CA0 (x y)

1） 当转化率为99%时

x y 0.99CA0t

11

ln 0.549s

4.65 3.741 0.99

SP

2） 瞬时选择性为

dx

dy

积分得

xk14.65

yk23.74

S

x

55.4%y

2、反应A → B为n级不可逆反应。已知在300K时要使A的转化率达到20%需12.6分钟，而在340K时达到同样的转化率仅需3.20分钟，求该反应的活化能E。 解：

rA

CACA0

dCAn

kCAdt

tdtdCA

n 0tCA

1 11

kt n 1n 1 n 1CCAA0 即

达20%时，CA 0.8CA0

k

111n 1(1.25 1) M n 1

tt (n 1)CA0

式中M为常数 ∴

ln

k300 M

11

k340 M

12.6 3.2

E=29.06（kJ/mol）

2

r 3.66Patm/h，求kC。 AA3、气相反应在400K时的速率式

k340M/3.2E11

ln ( )k300M/12.68.314300340

22

112.5min, 15min，如果这个反应器可以用等体积多釜串联模型来描述，并在这个

4、有一个反应器测其方差t

反应器中进行液相反应A + B → 2R，已知的出口转化率？

rA kCACB，CA0 CB0 12mol/l，k 1l/mol min，求反应器

解：

2

2

t2

2

112.5

0.5152 ①分

1

N 2N ②分

则每个反应器的停留时间为对第一个釜进行物料衡算

15

7.5minN2 ①分

2

CA0 CA1 ( rA1) 1 CA1 kCA1 1 ①分 2

7.5CA1 CA1 1 0 ①分 整理得

解得CA1 0.30mol/l ①分 同理对第二个釜进行物料衡算

2

CA1 CA2 ( rA2) 2 CA2 kCA2 2 ①分

解得CA2 0.144mol/l ①分

xA

CA0 CA21 0.144

85.6%

CA01

3

2

5、现有一有效容积为0.75m的搅拌釜反应器，其内设置有换热面积为5.0m的冷却盘管。欲利用该反应器来进行A→R的一级不可逆的液相反应，其速率常数k

5525.9 1( Hr) 20921J/molA，原料液

1.0788 109exp (h)，反应热

T

中A的浓度

CA0 0.2mol/l

，但不含反应产物R。此原料液的密度ρ=1050g/l；定压比热

CP 2.929（J/g·℃）

。要求

2

3

v 3m/h，反应器出口的反应液中CA 0.04mol/l。总传热系数U=209.2（KJ/m·h·℃）0原料液的进料流率为。所

用的冷却介质的温度为25℃。试全混流反应器的热稳定性的判据来确定定常态操作是否稳定。

1

解：

UA V( Hr)CA0k(1 xA) E

2 v0 CP v0 CP RT

dQr209.2 5

1 1.113dT3 1050 2.929

dQG 5 20921 18 0.04 5525.9

0.473 2 dT3 1050 2.929308.6

dQrdQG dT∴dT

该操作是稳定的。

6、在间歇釜中一级不可逆反应，液相反应A → 2R，kmol/m，

3

rA kCAkmol/m3·h，k=9.52×109exp[-7448.4/T] h-1，CA0 2.3

MR 60，CR0 0，若转化率xA 0.7，装置的生产能力为50000 kg产物R/天。求50℃等温操作所需反应器的有

效容积？（用于非生产性操作时间t0=0.75 h） 解：反应终了时R的浓度为

CR 2CA0xA 3.22(kmol/m3) xAdx1xAdxA11A

t CA0 ln

0kCk01 xAk1 xA A

7448.4

k 9.52 109exp 0.92273 50

11t ln 1.31(h)

0.921 0.7 VCRMR50000

t t024

V

50000 2.06

22.2(m3)

24 3.22 60