华东理工大学化学反应工程原理习题

1-5224622HCHOCHCHO0010%1.6%0.8410%AAAAnnxn46200(7.65%0)/(1*)()/0.635()/(10%1.6)/(2*)CHOPPAAHCHOMnnpnnaM0.534Ax0.635循环操作*totalwmmnMM，原料分离回收循环操作，甲醛初始浓度10%（质量比），出反应器1.6%，丁炔二醇初浓度0，出口浓度7.65%，求,,,Ax第1章绪论2-4间歇反应器：CA0和xA相同（T1=20℃时，反应时间t1=8d；T2=120℃时，反应时间t2=10min），试估算Ea1101(1)11nnAAktcxn)11(ln2112TTREkka67.55/aEkJmol2112ttkk=knAArC反应转化量反应时间反应区第2章化学反应动力学2-5C2H4二聚反应：(1)T=200℃，Ea=156.9kJ/mol；C2H6二聚反应：(2)T=200℃，Ea=104.6kJ/mol。为使反应速率加倍，要提高多少温度？211211ln()aEkkRTT221111lnaTRkTEk（1）CTTTo4.812CTTTo7.1212（2）若使反应速率提高一倍，活化能愈大，所需提高的温度愈小2-6反应温度上升10℃，反应速率加倍，Ea与T之间的关系？当T1(K)=300、400、600、800和1000K时，求Ea)11(ln2112TTREkk11ln2()10aERTT0.5763(10)aETTT（K）3004006008001000Ea（kJ/mol）53.5994.51210.92373.43582.053-1间歇反应器，n=2，t1=5min时，转化率xA=50%;若要xA=75%，需增加多长时间？01AAAxcktx0112120211AAAAAAcktxxxxcktmin152t3121tt2110minttt第3章理想间歇反应器3-2n=1，等温，证明xA=99.9%时所需反应时间是xA=50%时所需反应时间的10倍1ln1Aktx0exp()aEkkRT等温时，k一定221111lnln1199.9%1011lnln1150%AAtxtx3-3n=1/2，10min后xA=0.75,30min后转化率xA=?1122021(1)AACktx2211212301(1)101(10.75)AtxtxA2无解假设xA=1时，时间为t33311112211221(1)1(11)1(1)1(10.75)AAtxtx320mint30min后反应物A完全转化，xA=100%1101(1)11AnnACktxn3-4间歇反应器，cA0=1mol/L，t=8min后，xA=0.8；t=18min后，xA=0.9，求该反应的动力学关系？1101(1)11AnnAcktxn221111(1)1(1)1AAnntxtx1)8.01(1)9.01(81811nn01AAAxcktx0.5/(min)kLmoln=2在间歇反应器中进行二级反应，反应速率为当分别为1，5，10mol/L时，求反应到=0.01mol/L时，所需反应时间。并对计算结果进行讨论。3-8AP2(-r)=0.01c/AAmols0AcAc011AAktcc对于二级反应，若1/CA1/CA0，反应时间t与反应物初始浓度无关。19900ts59980ts109990ts1Aktc生物化工中胰蛋白原转化成胰蛋白酶时，在间歇反应实验中测得不同温度下反应速率于某时刻达到最大值3-10AASdckccdtMAXt0000000()C()()ATATAPATACCCktCCktInCCC30000.65+0.05()==0.35kmol/m222TAPAoptCCCC1120.65(0.70.35)293:0.72.4=In,0.35(0.70.65)KkkKk同理求211211()65.94/kEInEkJmolkRTT在间歇釜式反应器中进行液相反应，测得二级反应速率常数：，计算当1和5时，转化率分别为0.5，0.9，0.99时所需的反应时间，并对计算结果进行讨论。3-12ABP2061.510/(),0.307/ALmolhcmolL00/BAcc220000000000220000.50.90.99020(1)()(1)()(1)()()11(1)(1)5.31,47.7524.41(1AAAABBAABAABAAAAAAAAAAxAAAAAAxxxAAAccrkcckcxccxkcxxkcxxccxdxtckcxkcxthththdxtckc令当时，当时000.50.90.99()1)()(1)(1)50.78,2.78,5.81AAAAxAAAAAxxxxlnxxkcxththth当时当CB0/CA0=β越大，达到相同转化率所需的时间越短；当CB0/CA0不变时，随xA的增大，所需t增大，且xA越高，t增加越快在3-12题中，若时，用拟一级反应方程式处理，其计算结果与按二级反应处理相比较。当cB0/cA0=5时，二级反应可做拟一级反应处理。3-1300/5BAcc11BAkkcktlnx0.50.90.990.73,2.44,4.88AAAxxxththth可逆一级液相反应，已知。当此反应在间歇反应器中进行时，经过8minA的转化率是33%，而此时平衡转化率为66.7%。此反应的动力学方程。3-20AP000.5/,0APcmolLc120.6672.003110.667AeAexkKkxAAeAeAeAAeAxxxCCCCtkklnln)(021*例3-8（p27）《化学反应工程原理——例题与习题》0()0.05770.0288()AAAArccc可逆反应，已知。已知210oC时，求在该温度下所能达到的最大转化率为多少？若要使，则需采取何种措施？3-21AP()130959/HJmol120.2,0.5kk。0.9Ax120.20.28610.5AeAeAexkKxkx121211ln()KHKRTT若要使xA=0.9，可以降温或者移除产物。2441TK有一简单反应，原料A，产物P，实验测得下列数据，已知试求平衡转化率和反应速率常数3-22001.89/,0APcmolLc。时间01803004201440A转化量00.200.330.431.051.580012121.580.8361.891()lnAAeAeAAeAeAeAeAccxcxkKkxxkktxx代入数据，求平均值411412=6.3710=1.2510ksks在等温间歇釜式反应器中进行下列液相反应：A和B的初浓度均为2kmol/m^3,P为目的产物，试计算反应为2h的A的转化率和产物P的收率。3-23*323P2/()20.5/()pARAABrckmolmhARrckmolmh122()2()2ApAARArrcrrc22AAAdcccdt0.0184Ac00(2+)0.5(2+)AAAAcctlncc00020.01840.99082210.510.51/212/222/20.6841/210.0184/2PAAAccPAAAAPcPAAPPPAxdcdcdcccdcdtdccccInclncc，又有一平行反应——串联液相反应：在间歇反应器中，开始时溶液中含有A的浓度及过量的B，得到如下数据：试问:的比值为多少？间歇反应器中P的最大浓度为多少？并求此时A的转化率3-26*111222ABBpABPrkccBPRrkcc300.1/Ackmolm时间TcAcPt10.0550.038t20.010.04221/kk112111122101021();;()ABpktAAktktpArkckkcrkcttccekcceekk其中同理时，210.52kk221121111/0.521230121()()0.4920.520.0492/;1()0.744kkkMAXpMAXAMAXkkkAkkcckmolmkxk丙烷热裂化为乙烯的反应，反应在772oC等温条件下进行，其反应动力学方程式为式中k=0.4h-1，若采用理想管式反应器，p=0.1MPa,进料流量，当转化率=0.5时，求所需反应器的体积4-438244CHCHCH()AArkc0800/LhAx30003211;111.51/;1(1)(1),=1.773ARAAAARPPcRTcmolmRTVlnxxFkcVm又PV=nRT根据第4章理想管式反应器四氟乙烯是制造聚四氟乙烯所用的担体，可将一氯二氟甲烷进行热分解得到若在0.10133MPa，700oC等温条件下，用直径为100mm的管式反应器进行分解纯的一氯二氟甲烷，其流量为0.4kmol/min，试计算分解率为0.8时所需的管长。已知反应为一级，700oC时的反应速率常数k=0.97s-14-522422CHClFCFHCl30030021220.5;212.525/;0.4/min6.67/;1(1)(1)=1.1058;140.8(/2)AARAARAARPPcRTcmolmRTFkmolmolsVInxxVmFkcVLmd又PV=nRT根据在一活塞流反应器中进行下列反应：反应均为一级，已知。A的最大进料量为3,且不含P与S。试计算P的最大收率和总选择性以及达到最大收率时所需反应器的体积4-1512kkAPS11120.30min,0.10minkk3/mh221210.110.10.321/11.2.3321021300.3()()0.577;0.1(1)0.8075;0.7145;(/)3/0.05/min5.49min;0.2745kkkMAXkkAoptMAXAoptoptRoptkkkxkxlnkkmhmkkVm又tt4-23*常压法生产稀硝酸时，离开快速冷却器的气体组成是：NO为9%，NO2为1%，O2为8%，其余均为N2等惰性气体（摩尔分率）。此气体浸入氧化塔。在0.10133MPa，20℃的等温条件下进行氧化反应：反应终点要求NO2:NO=5，已知入塔气体流量为10000m3/h，氧化塔中反应体积可用下式计算：式中：VR——反应器体积，m3；G——气体质量流量，kg/s；y——单位质量气体的NO2摩尔量；k——反应速率常数1.4×104m3/(kmol·s)(20℃)。试求反应器体积是多少？2222NOONO2122yRyNOOdyVGkcc考虑1kmol气体进入反应器，并设在反应器某一位置生成的NO2为xkmol，得：组分进口处kmol某一位置kmolNO0.090.09-xNO20.010.01+xO20.080.08-0.5xN20.820.82total1.001.00-0.5x该位置处体积流量3(1.000.5)0.082()nRTxTvmP