化学反应工程习题

化学反应工程习题

第一部分：均相反应器基本理论

1、试分别写出N 2+3H 2=2NH 3中用N

2、H 2、NH 3的浓度对时间的变化率来表示的该反应的速率；并写出这三种反应速率表达式之间的关系。 2、已知某化学计量式为

S R B A 2

121+=+的反应，其反应速率表达式为B A A C C r 5.02=，试求反应速率B r =？；若反应的化学计量式写成S R B A +=+22，则此时反应速率A r =？为什么？

3、某气相反应在400 o

K 时的反应速率方程式为2

21061.3A A P d dP -⨯=-

τ

h kPa /，问反应速率常数的单位是什么？若将反应速率方程改写为2

1A A A kC d dn V r =⨯-=τ

h l mol ./，该反

应速率常数k 的数值、单位如何？

4、在973 o

K 和294.3×103Pa 恒压下发生下列反应：C 4H 10→2C 2H 4+H 2 。反应开始时，系统中含丁烷为116kg ，当反应完成50%时，丁烷分压以235.4×103Pa /s 的速率发生变化，

试求下列项次的变化速率：（1）乙烯分压；（2）H 2的摩尔数；（3）丁烷的摩尔分率。 5、某溶液反应：A+B →C ，开始时A 与B 摩尔数相等，没有C ，1小时后A 的转化率为75%，当在下列三种情况下，2小时后反应物A 尚有百分之几未反应掉？ （1）对A 为一级、B 为零级反应； （2）对A 、B 皆为一级反应； （3）对A 、B 皆为零级反应。

6、在一间歇反应器中进行下列液相反应： A + B = R A + R = S

已知原料组成为C A0 = 2 kmol/m 3，C B0 = 4 kmol/m 3，C R0 = C S0 = 0。反应混合物体积的变化忽略不计。反应一段时间后测得C A = 0 .3 kmol/m 3，C R = 1.5 kmol/m 3。计算这时B 和S 的浓度，并确定A 的转化率、生成R 的选择性和收率。

7、一级可逆反应A = R 在等温下进行。已知C A0 = 500mol/m 3，C R0 = 0。若该反应在一间歇反应器中进行，且在反应温度下667.0=Ae x 。经480 s 后测得333.0=A x 。（1）试确定此反应的动力学方程；（2）计算A x 分别达到0.6和0.65所需的反应时间；（3）比较计算结果，你有什么体会？

8、反应 H 2 +C 2H 4 =C 2H 6 ，开始时各组分的含量为：2 mol H 2、4 mol C 2H 4、2 mol 惰气，当H 2的转化率为50%时，试计算该物系的总 mol 数。

9、在BR 中，以硫酸为催化剂使过氧化氢异丙苯分解成苯酚、丙酮。该反应为一级反应，反应速度常数k 为0.08s -1，若每小时处理过氧化氢异丙苯3m 3，求转化率达98.8%时所需反应釜的实际体积为多少？每批操作非生产时间为3544.8s ，装料系数ϕ为0.65(因反应过程起泡沫)。

10、反应物质A ，按二级反应动力学方程式等温分解，在理想间歇釜式反应器中5min 后转化率为50%，试问在该反应器中转化75%的A 物质，需要增加多少分钟？

11、在理想置换管式反应器内进行一个一级不可逆等温反应。反应器的有效体积为2 m 3，原料以0.4 m 3/ h 的流量进入反应器，测得出口处转化率为60%；若改变原料流量为0.2 m 3/ h ，其它条件不变，出口处转化率应为多少？

12、在管式反应器中进行一裂解反应A=R+S ，实验测得该反应为一级不可逆反应，其动力学方程式为)./(3

s m mol P k r A P A =，若反应在P=101.3⨯103

Pa ，T=546K 的条件下进行，反

应速度常数k P =7.75⨯10-6

../3

s m mol Pa ，试计算：

（1） 处理量为432m 3/day 的原料气要求转化率达82.6%时，所需反应器的V R ？ （2） 若反应器的反应管内径为100mm ，则管长为多少？ 13、在实验室内用一个间歇搅拌的烧瓶进行一级不可逆反应，反应2h 后，转化率达到99.9%。若改用连续化生产，并将反应器放大，选用一个CSTR 进行此反应，其它工艺条件不变，平均停留时间为2h ，且保持原来的反应速度常数值，试计算该反应的最终转化率。 14、在一容积为120l 的连续搅拌釜式反应器中进行如下液相反应：

S R B A k +−→−

+ min ./25.0mol l k = B A A C kC r = 含A 为2.8l mol /的进料流与含B 为1.6l mol /的进料流分别以相同的流率同时加入反应器

中，若反应过程中物料的容积不发生变化，试求出口流中B 的转化率为75%时，两股进料流的流量各是多少？

15、用醋酸酐水解制醋酸是在一多段串联搅拌釜内进行的，已知醋酸酐进料为0.946m 3/h ，开

始时没有醋酸存在，各釜反应均在150℃下进行，此时反应速率常数k =0.0806min -1

，转化率达到90%，求：

（1）若为单釜操作时，所需反应器有效容积为多少？

（2）若为多釜串联操作时，已知各釜反应器容积为单釜操作时有效容积的1/10，则需几个这样的反应器串联操作？

16、在两釜串联的反应器中，进行一液相反应，A+B=R+S ，若动力学方程式为2

A A kC r =（当C A =C

B 时），已知k=1 m 3/kmol.s ，

C A0=C B0=1 kmol/ m 3，物料经过两釜总的平均停留时间为1s ，试求该反应经过两釜串联反应后的转化率为多少？（分别采用解析法、图解法计算。提示：两釜的停留时间相同即均为0.5s ）