化学反应工程纸质作业

化学反应工程纸质作业
第一章（摩尔衡算）作业：
P1-11A 在一个连续流动的反应器中反应：
A
B
等温进行，计算当进料的摩尔流率为5mol/h, 假设反应速率-r A 为： （a ） -r A =k ， k=0.05mol/h.L 时 （b ） -r A =kC A ， k=0.0001s -1 时 （c ） -r A =kC A 2， k=3 L/mol.h 时
消耗99%的组分A （即C A =0.01C A0）时，对CSTR 和PFR 反应器需要的反应器体积。

进料的体积流量为10L/h 。

[注意：F A =C A v 。

当体积流量恒定时，v=v 0, 因此，F A =C A v 0。

故C A0=F A0/v 0=（5 mol/h ）/(10L/h)=0.5mol/L 。

]
第二章（转化率和反应器尺寸）作业：
在体积为2.5 m 3的理想BR 中进行液相反应：A B P +→，反应温度维持在75℃，实验测定反应速率方程为：A A B r k C C -=，32.7810/.-=⨯k l mol s ，004/==A B C C mol l ，
0684/min =A F mol
求：（1）反应器中A 的转化率达80%时所需的时间。

（2）上述反应在PFR 中进行，A 的转化率达80%时所需反应器体积。

（3）上述反应在CSTR 中进行，A 的转化率达80%时所需反应器体积。

（4）上述反应在两个串联的PFR 中进行，A 的转化率分别为50％和80%时所需反应器体积。

（5）上述反应在两个串联的CSTR 中进行，A 的转化率分别为50％和80%时所需反应器体积。

第三章（速度定律和化学计量方程）作业：
P3-12A （1）将2H 作为计算的基准，建立等压等温流动系统中等摩尔2N 和2H 进料时下
列反应的完整的化学计量表。

22313
22
+→N H NH （2）如果入口总压为16.4atm ，入口温度为1727℃，计算2H 的转化率为60%时氨和氢气的浓度。

（3）如果将2N 作为计算的基准，2N 的转化率能达到60%吗？
第四章（等温反应器设计计算）作业：
P4-12B 在一个等温管式（活塞流）反应器中，发生不可逆气相基元反应B A →2。

反应
物A 和稀释剂C 以等摩尔比加入，并且A 的转化率为80 %。

如果A 的摩尔进料流率减少一半，假设C 的进料流率保持不变，那么A 的转化率为多少？假设气体的理想性和反应器的温度保持不变。

第五章（化学反应速率的数据收集与分析）作业：
P5-3A 发生在间歇反应器中的不可逆异构化反应：B A →，下表是浓度-时间数据，请确定反应级数和反应速率常数。

t （min ） 0 3 5 8 10 12 15 17.5 浓度C A （mol/L ）
4.0
2.89
2.25
1.45
1.0
0.65
0.25
0.07
第六章（复合反应）作业：
1. 在一定的反应温度下A 发生下述平行反应：
R A K −→−1 3
1 2.0(/.)A r C k m o l m h = S A K −→−2
2 2320.2(/.)A
r C kmol m h =
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10 kmol/m 3。

（1）计算A 的转化率为80%时的瞬时选择性。

（2）对该平行反应，采用怎样的操作方式可以提高反应过程的选择性？
2. 在一个间歇反应器中进行连串一级不可逆等温反应：
66H C −→−k 1Cl H C 56−
→−k 3246Cl H C 反应过程体积不变化，Cl H C 56为主产物，246Cl H C 为副产物。

已知k 1＝1.0 h -1，k 2＝0.5 h -1，入口为纯66H C 进料，计算该连串反应所能达到的最优转化率和最优转化时间。

第七章（稳态非等温反应器计算）作业：
P8-5A 不可逆有机液相基元反应：C B A −→−
+，在一个流动反应器中绝热进行。

A 和B 在27℃时等摩尔进料，且体积流率为2 L/s 。

（1）计算达到85%转化率时必需的PFR 和CSTR 反应器体积。

（2）完全转化时最高的入口温度为是多少时才不致于超过液体的沸点(550K)？
附加信息：
mol kcal H A /20)273(-= m o l
k c a l H B /15)273(-=
mol kcal H C /41)273(-= 30/1.0m k m o l C A =
K mol cal C C pB pA ⋅==/15 K m o l c a l C pC ⋅=/30
0.01
300K L
k mol s
=⋅在 10000/E cal mol =
第八章（停留时间分布）作业：
P13-11B 对液相反应器进行RTD 分析，得到下列数据：
（a）根据这些数据，作出E(t)曲线。

（b）反应器中200到300秒之间，流出物料所占的分率。

（c）作出F(t)曲线。

（d）反应器内250秒之前，流出物料所占的分率。

（e）平均停留时间是多少？
（f）作出E(t)()2m t
t-作为时间的函数曲线。

（g）方差是多少？
第九章（非理想流动模型）作业：
对液相反应器进行RTD分析，得到下列数据：
假设反应速率为0.0115s-1，分别采用离散模型、多釜串联模型和轴向扩散模型（封闭条件）计算反应器的转化率。

第十章（多孔催化剂的扩散和反应）作业：
−−→，P12-4B 在不同温度、流速和颗粒尺寸时，在微分填充床反应器中发生反应：A B
结果见图P12-4。

（1）在什么条件下（d p、T、F TO）外扩散成为控制步骤？
（2）哪些区域为反应速率控制？
（3）哪些区域为内扩散控制？
（4）在T=400，d p=0.8cm时内扩散有效因子为多少？
2、下表为转框反应器中测得的气固催化反应动力学数据：
（1）请分析该实验装置的外扩散阻力情况？
（2）请分析该实验装置的内扩散阻力情况？
（3）请分别求出第1组和第3组实验中的内扩散有效因子？
3、在球形催化剂上进行一级不可逆反应P
A ，催化剂的粒径为2.4mm，气流主体中A的浓度为1mol/m3，测得单位床层表观反应速率(－r A)obs＝2.77×10-5mol/(cm3.s)，组分A在颗粒内有效扩散系数为0.15cm2/s，外部传质系数为K G＝30cm/s。

请问：
（1）外扩散对反应过程是否有影响？
（2）内扩散对反应过程是否有影响？可通过什么途径来消除该影响？。