化学反应工程二,三章答案.doc

第二章****题
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。
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。
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?,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:
在体积VR=,进行反应,式中k1
=7m3kmol-1min-1,k2=3m3kmol-1min-1,两种物料以等体积加入反应器中,·m-3,·m-3。设系统密度不变,当B的转化率为75%时,求每种物料的流量。
解
可逆一级液相反应,已知;当此反应在间歇反应器中进行,经过8min后,%,%,求此反应的动力学方程式。
解
平行液相反应
A→P rP=1
A→R rR=2cA
A→S rS=cA2
已知cA0=2kmol·m-3,cAf=·m-3,求下列反应器中,cP最大为多少?
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
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= 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。
解
在两个串联的全混流反应器中进行一级反应,进出口条件一定时,试证明当反应器大小相同时,两个反应器的总容积最小。
证
-1的流量通过两个串联的40m3全混流反应器后,其放射性衰减了多少?
解
A进行平行分解反应,其速率式为
↗R rR=1 kmol·m-3min-1
A →S rS=2cA kmol·m-3min-1
↘T rT=cA kmol·m-3min-1
其中R是所要求的目的产物,cA0=1kmol·m-3。试问在下述反应器进行等温操作时,预计最大的cR为多少?(1)全混流反应器;(2)平推流反应器。
解
低浓度操作对生成目的产物R有利,对全混流反应器,可在极低的浓度下操作
对平推流反应器,则尽量使其转化率提高。
在0℃时纯气相组分A在一恒容间歇反应器依以下计量方程反应:A→,实验测得如下数据:
时间/s
0
2
4
6
8
10
12
14
∞
pA/MPa









求此反应的动力学方程式。
解
当t→∞时,pAe=,设此反应为一级可逆反应,则
以(-ln(pA-pAe))对t作图
t
0
2
4
6
8
10
12
14
pA








PA-pAe








-ln(pA-pAe)








气相反应A+B=R的动力学方程为(−rA)=k(pApB−pR/KP),式中

请确定最佳反应温度与转化率之间的关系。
解