化学反应工程(郭锴)第二版习题解答(2)

图解积分

xA0

cAf 0.3kmol m-3

cAdcdxAA

cA0( r)( rA)A

cAkmol m

22.2

23.8

110 3.33 2.0 1.67 2.0 4.0 10 16.7 20.0

rA

0.1

2.0 16.7 2(1.67 2 4 10) 0.2(16.7 20)tr 22 0.3 (20 22.2) 2.702 3.67 6.33 12.7min2

18 解

一气相分解反应在常压间歇反应器中进行，在400K和500K温度下，其反应速率均可表达为 rA=23pA2 mol·m-3s-1，式中pA 的单位为kPa。求该反应的活化能。

将分压换算成浓度：pA cART400K下：

2

rA 23pAkmol m 3s 12

400R rA 23cA

2

同理：

500K下：

2

500R rA 23cA

2

rA 40016 E 11 exp rA500258.314400500

19

有如下化学反应 CH4+C2H2+H2=C2H4+CH4 (I) (A) (B) (P) (I)

E 7421J mol

1

在反应前各组分的摩尔数分别为nI0=1mol；nA0=2mol；nB0=3mol；nP0=0，求化学膨胀率（用两种方法）。 解 方法一

A yA0 A

1 1 1

A 1

1

方法二

21

yA0

1 2 331

A

3

A

20

Vx 1 Vx 01 0 3 2 2 1 2 3 1

Vx 01 2 33

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A 30%（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=0.27cA mol·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

6.3 10 3 8.314 555.15V0 0.0969m3s 1

300

0.95dx0.95dxA11A

cA0 ln 11.10s

00 rA0.271 xA0.271 0.95SV 1 11.10 1 0.09s 1

VR V0 0.0969 11.10 1.075m3标准空速为：

V0

SVNO

21

液相一级不可逆分解反应A→B+C于常温下在一个2m3全混流反应器（CSTR，MFR，连续搅拌槽式反应器）中等温进行。进口反应物浓度为1 kmol·m-3，体积流量为1m3hr-1，出口转化率为80%。因后续工段设备故障，出口物流中断。操作人员为此紧急停止反应器进料。半小时后故障排除，生产恢复。试计算生产恢复时反应器内物料的转化率为多少？ 解

T0p273.15 0.3

0.0969

Tp0 0.131s 1

VR1.075

首先求反应速率常数VcA0 cA

V0 rAfcA

e ktcA0xA

22

第17题中的反应，(1)当cA0=1.2kmol·m-3，进料速率1kmolA·hr-1，转化率为75％；(2) cA0=1.3kmol·m-3，进料速率2kmolA·hr-1，出口为0.3kmol·m-3；(3) cA0=2.4kmol·m-3，出口仍然为0.3kmol·m-3，进料速率为1kmolA·hr-1。计算三种情况下，用全混流反应器的体积各为多少? 解

21 0.2

10.2kcA

e 2 0.50.2

k 2hr 1

全混流反应器切断进出料即为间歇反应器

cA 0.0736kmol m 3

cA0 cA1 0.0736

0.9264cA01

VcA0 cA

V0 rAf

V0

FA0

cA0

由数据表，对应 rA 0.5kmol m 3min 1

cA 1.2 1 0.75 0.3VR1 VR2VR3

11.2 0.3 0.025m31.20.5 6021.3 0.3 0.051m31.30.5 6012.4 0.3 0.029m3

2.40.5 60

23

反应A+B→R+S，已知VR=0.001m3，物料进料速率V0=0.5×10-3m3min-1，cA0=cB0=5mol·m3，动力学方程式为 rA=kcAcB，其中k=100m3kmol-1min-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?

已知k=1m3kmol-1hr-1，cB0=3kmol·m-3，cA饱和=0.02kmol·m-3，水溶液流量为10m3hr-1。 解 平推流

VR1xAfdxA11 ( 1)V0kcA0 0(1 xA)2kcA01 xAfxAf

11

1 1 0.5

RA01 1

V00.0005

(1) 全混流

VRcA0 cAcA0 cA0.005 0.0025

42V0 rAkcAcB100 0.0025 VR V0 0.5 10 3 4 2 10 3m3

VRcA0 cAcA0 cAcx 2A0A2V0 rAkcAcBkcA01 xA(2)

0.5 10 3xAVR 0.001m 2

100 0.0051 xA3

1

24

xA1 xA2

xA 0.3820

在全混流反应器中进行如下等温液相反应：

2A→B＋C A＋B→2D

rc=k1cA2 rD=2k2cAcB

A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1250sec，求： 1. 出口物流中B和D的浓度； 2. k1和k2 。 解

反应共消耗A2.5 0.45 2.05kmol m 3

每消耗2个A生成1个C，生成C所消耗的A为2 0.75 1.5kmol m 3生成D所消耗的A为2.05 1.5 0.55kmol m 3

每消耗1个A将生成2个D，因此D的出口浓度为0.55 2 1.1kmol m 3每生成1个C伴生1个B，但每生成1个D又消耗0.5个B，所以，B的浓度为0.75 0.5 1.1 0.2kmol m 3 CC0.75 0 1250

rCk1 0.452k1 2.963 10 3m3kmol 1s 1

CDrD

1.1 02k2 0.45 0.2

1250

k2 4.889 10 3m3kmol 1s 1

第二章习题 1.

动力学方程的实验测定时，有采用循环反应器的，为什么?

答：循环反应器行为与全混流反应器相同，可以得到反应速率的点数据，而且反应器进出口浓度差比较大，对分析精度要求不很高。 2.

为什么可逆吸热反应宜选平推流反应器且在高温下操作，而可逆放热反应却不是?根据可逆放热反应的特点，试问选用何种类型反应器适宜?为什么?

答：可逆吸热反应的反应速率与化学平衡都随温度的升高而升高，高温下操作对二者都有利。可逆放热反应的化学平衡随温度的升高向反应物方向移动，对达到高转化率不利。对此类反应，可选用多段绝热反应器或换热条件较好的管式反应器。 3.

一级反应A→P，在一体积为VP的平推流反应器中进行，已知进料温度为150℃，活化能为84kJ·mol-1，如改用全混流反应器，其所需体积设为Vm，则Vm/Vp应有何关系?当转化率为0.6时，如果使Vm=Vp，反应温度应如何变化?如反应级数分别为n=2，1/2， 1时，全混流反应器的体积将怎样改变？ 解：

( rA) kcA k0exp( PFRCSTR

E

)cARTxAdxVP1xAdxA 1A ln(1 xA) 00FA0( rA)cA0k1 xAcA0kVmxA

FA0cA0k(1 xA)

Vm xAk

Vpk(1 xA)ln(1 xA) exp(

EExA

)

RTmRTp(1 xA)ln(1 xA)

IF Tp Tm

Vm xAk

VPk(1 xA)ln(1 xA)

xA

(1 xA)ln(1 xA)

V

IF m 1 and xA 0.6VP

E TP Tm 0.6

1 exp RTT 1 0.6ln(1 0.6)Pm

84000 423.15 Tm

1 exp 8.314 423.15T 1.637

m 423.15 Tm

0.6109 exp 23.876 Tm

423.15 Tm

0.4929 23.876

Tm 0.02064Tm 423.15 TmTm 432.07K

VmxAVm21n 2, 2

FkcVcAA0Am1

VmxAVm1/2 1/2

n 1/2, c A1/2

FkcVA0Am1 VmxAVm 1 n 1,2

1 cA

FkcVA0Am1 Vmn1Fx

n 1或Vmn A0nAfVm1cAkcAf

4.

在体积VR=0.12m

3

k1

R S，式中的全混流反应器中，进行反应A B k2 …… 此处隐藏：3348字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……