化学反应工程练习题解答
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(1)凝集流模型；
(2)多级混合槽模型；
(3)平推流模型；
(4)全混流模型。
计算出口物料中A组分的转化率。
解
（1）凝集流模型
t/min
c/kg·m-3
∑c
F(t)
0
0
0
0
0
10
3
3
0.125
0.1189 0.07582
20
6
9
0.375
0.2262 0.09197
30
5
14
0.5833
0.1793 0.04649
解：（1）：a控制步骤时
（1）
对b： 令 则 (2)
对c： 令 则 (3)
c/kg·m-3
∑c
F(t)
E(t)
t·c
t2c
0
0
0
0
0
0
0
10
3
3
0.125
0.0125
30
300
20
6
9
0.3750
0.0250
120
2400
30
5
14
0.5833
0.0208
150
4500
40
4
18
0.75
0.0167
160
6400
50
3
21
0.875
0.0125
150
7500
60
2
23
0.9583
(1)
(2)
(3)
(4)
试说明各式所代表的反应机理和控制步骤。
解：
（1）
（2）
（3）
（4）
2、丁烯在某催化剂上制丁二烯的总反应为：
若反应按下列步骤进行：
（1）分别写出a，c为控制步骤的均匀吸附动力学方程；
（2）写出b为控制步骤的均匀吸附动力学方程，若反应物和产物的吸附都很弱，问此时对丁烯是几级反应。
解
3反应(CH3CO)2O+H2O→2CH3COOH在间歇反应器中15℃下进行。已知一次加入反应物料50kg，其中(CH3CO)2O的浓度为216mol·m-3，物料密度为1050kg·m-3。反应为拟一级反应，速率常数为k=5.708×107exp(−E/RT) min-1，E=49.82kJ·mol-1。求xA=0.8时，在等温操作下的反应时间。
(1)平推流反应器；(2)全混流反应器；(3)两相同体积的全混流反应器串联，cA1=1 kmol·m-3。
解
2.自催化反应A+P→2P的速率方程为：−rA=kcAcP，k=l m3kmol-1min-1，原料组成为含A 13%，含P 1%（摩尔百分数），且cA0+cP0= l kmol·m-3，出口流中cP= 0.9 kmol·m-3，计算采用下列各种反应器时的空间时间(τ=VR/V0)。(1)平推流反应器；(2)全混流反应器；(3)平推流与全混流反应器的最佳组合；(4)全混流反应器与一分离器的最佳组合。
(3)若反应器为一非理想流动反应器，试求
(a)F(∞)，(b)F(0)，(c)E(∞)，(d) ，(e)
解
(1)对PFR，F(1)=1，E(1)=∞，F(0.8)=0，E(0.8)=0，E(1.2)=0
(2)
(3)
第四章习题
1、乙炔与氯化氢在HgCl2活性炭催化剂上合成氯乙烯：
其动力学方程式可有如下几种形式：
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
（1）平推流
（2）全混流
（3）VR=0.001m3时可达到的转化率
第二章习题
1.平行液相反应
A→PrP=1
A→RrR=2cA
A→SrS=cA2
已知cA0=2kmol·m-3，cAf=0.2kmol·m-3，求下列反应器中，cP最大为多少?
解
5．设E(θ)、F(θ)分别为某流动反应器的停留时间分布密度函数和停留时间分布函数，θ为对比时间。
(1)若反应器为PFR，试求：
(a)F(1)，(b)E(1)，(c)F(0.8)，(d)E(0.8)，(e)E(1.2)
(2)若反应器为CSTR，试求：
(a)F(1)，(b)E(1)，(c)F(0.8)，(d)E(0.8)，(e)E(1.2)
解
第三章习题
1．有一有效容积VR=1m3，送入液体的流量为1.8m3hr-1的反应器，现用脉冲示踪法测得其出口液体中示踪剂质量浓度变化关系为：
t/min
0
10
20
30
40
50
60
70
80
c/kg·m-3
0
3
6
5
4
3
2
1
0
求其停留时间分布规律，即F(t)，E(t)， ，
解
示踪法求停留时间分布规律
t/min
0.0083
120
7200
70
1
24
1.0
0.0042
70
4900
80
0
24
1.0
0
0
0
∑
24
80
33200
2．请将习题一中停留时间分布规律用对比时间θ作变量，
求F(θ)，E(θ)， ， 。
解
3．在习题一的反应器中进行A→D反应，已知cA0=25mol·m-3，动力学方程为−rA=0.05cA源自文库ol·m-3min-1，请分别用：
40
4
18
0.75
0.1365 0.02256
50
3
21
0.875
0.0974 0.01026
60
2
23
0.9583
0.0617 0.00415
70
1
24
1.0
0.0294 0.00126
80
0
24
1.0
0
∑
24
0.2525
(2)多级混合槽模型：
(3)PFR模型：
(4)CSTR模型：
4．用题一的条件，采用轴向扩散模型，计算其Pe值与出口物料中A组分的转化率。
解
4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=0.27cAmol·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
5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?
第一章习题
1有一反应在间歇反应器中进行，经过8min后，反应物转化掉80％，经过18min后，转化掉90％，求表达此反应的动力学方程式。
解
2在间歇搅拌槽式反应器中，用醋酸与丁醇生产醋酸丁酯，反应式为：
反应物配比为：A(mol):B(mol)=1:4.97，反应在100℃下进行。A转化率达50％需要时间为24.6min，辅助生产时间为30min，每天生产2400kg醋酸丁酯（忽略分离损失），计算反应器体积。混合物密度为750kg·m-3，反应器装填系数为0.75。
(2)多级混合槽模型；
(3)平推流模型；
(4)全混流模型。
计算出口物料中A组分的转化率。
解
（1）凝集流模型
t/min
c/kg·m-3
∑c
F(t)
0
0
0
0
0
10
3
3
0.125
0.1189 0.07582
20
6
9
0.375
0.2262 0.09197
30
5
14
0.5833
0.1793 0.04649
解：（1）：a控制步骤时
（1）
对b： 令 则 (2)
对c： 令 则 (3)
c/kg·m-3
∑c
F(t)
E(t)
t·c
t2c
0
0
0
0
0
0
0
10
3
3
0.125
0.0125
30
300
20
6
9
0.3750
0.0250
120
2400
30
5
14
0.5833
0.0208
150
4500
40
4
18
0.75
0.0167
160
6400
50
3
21
0.875
0.0125
150
7500
60
2
23
0.9583
(1)
(2)
(3)
(4)
试说明各式所代表的反应机理和控制步骤。
解：
（1）
（2）
（3）
（4）
2、丁烯在某催化剂上制丁二烯的总反应为：
若反应按下列步骤进行：
（1）分别写出a，c为控制步骤的均匀吸附动力学方程；
（2）写出b为控制步骤的均匀吸附动力学方程，若反应物和产物的吸附都很弱，问此时对丁烯是几级反应。
解
3反应(CH3CO)2O+H2O→2CH3COOH在间歇反应器中15℃下进行。已知一次加入反应物料50kg，其中(CH3CO)2O的浓度为216mol·m-3，物料密度为1050kg·m-3。反应为拟一级反应，速率常数为k=5.708×107exp(−E/RT) min-1，E=49.82kJ·mol-1。求xA=0.8时，在等温操作下的反应时间。
(1)平推流反应器；(2)全混流反应器；(3)两相同体积的全混流反应器串联，cA1=1 kmol·m-3。
解
2.自催化反应A+P→2P的速率方程为：−rA=kcAcP，k=l m3kmol-1min-1，原料组成为含A 13%，含P 1%（摩尔百分数），且cA0+cP0= l kmol·m-3，出口流中cP= 0.9 kmol·m-3，计算采用下列各种反应器时的空间时间(τ=VR/V0)。(1)平推流反应器；(2)全混流反应器；(3)平推流与全混流反应器的最佳组合；(4)全混流反应器与一分离器的最佳组合。
(3)若反应器为一非理想流动反应器，试求
(a)F(∞)，(b)F(0)，(c)E(∞)，(d) ，(e)
解
(1)对PFR，F(1)=1，E(1)=∞，F(0.8)=0，E(0.8)=0，E(1.2)=0
(2)
(3)
第四章习题
1、乙炔与氯化氢在HgCl2活性炭催化剂上合成氯乙烯：
其动力学方程式可有如下几种形式：
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
（1）平推流
（2）全混流
（3）VR=0.001m3时可达到的转化率
第二章习题
1.平行液相反应
A→PrP=1
A→RrR=2cA
A→SrS=cA2
已知cA0=2kmol·m-3，cAf=0.2kmol·m-3，求下列反应器中，cP最大为多少?
解
5．设E(θ)、F(θ)分别为某流动反应器的停留时间分布密度函数和停留时间分布函数，θ为对比时间。
(1)若反应器为PFR，试求：
(a)F(1)，(b)E(1)，(c)F(0.8)，(d)E(0.8)，(e)E(1.2)
(2)若反应器为CSTR，试求：
(a)F(1)，(b)E(1)，(c)F(0.8)，(d)E(0.8)，(e)E(1.2)
解
第三章习题
1．有一有效容积VR=1m3，送入液体的流量为1.8m3hr-1的反应器，现用脉冲示踪法测得其出口液体中示踪剂质量浓度变化关系为：
t/min
0
10
20
30
40
50
60
70
80
c/kg·m-3
0
3
6
5
4
3
2
1
0
求其停留时间分布规律，即F(t)，E(t)， ，
解
示踪法求停留时间分布规律
t/min
0.0083
120
7200
70
1
24
1.0
0.0042
70
4900
80
0
24
1.0
0
0
0
∑
24
80
33200
2．请将习题一中停留时间分布规律用对比时间θ作变量，
求F(θ)，E(θ)， ， 。
解
3．在习题一的反应器中进行A→D反应，已知cA0=25mol·m-3，动力学方程为−rA=0.05cA源自文库ol·m-3min-1，请分别用：
40
4
18
0.75
0.1365 0.02256
50
3
21
0.875
0.0974 0.01026
60
2
23
0.9583
0.0617 0.00415
70
1
24
1.0
0.0294 0.00126
80
0
24
1.0
0
∑
24
0.2525
(2)多级混合槽模型：
(3)PFR模型：
(4)CSTR模型：
4．用题一的条件，采用轴向扩散模型，计算其Pe值与出口物料中A组分的转化率。
解
4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=0.27cAmol·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
5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?
第一章习题
1有一反应在间歇反应器中进行，经过8min后，反应物转化掉80％，经过18min后，转化掉90％，求表达此反应的动力学方程式。
解
2在间歇搅拌槽式反应器中，用醋酸与丁醇生产醋酸丁酯，反应式为：
反应物配比为：A(mol):B(mol)=1:4.97，反应在100℃下进行。A转化率达50％需要时间为24.6min，辅助生产时间为30min，每天生产2400kg醋酸丁酯（忽略分离损失），计算反应器体积。混合物密度为750kg·m-3，反应器装填系数为0.75。