第六章理想流动反应器习题精讲
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各章习题⼀、名词解释1. 项⽬建议书4. 两阶段设计⼆、简答题第⼀章制药⼯程设计概述2. 可⾏性研究报告5. 试车3. 设计任务书1. 简述⼯程项⽬从计划建设到交付⽣产所经历的基本⼯作程序。
2. 简述可⾏性研究的任务和意义。
3. 简述可⾏性研究的阶段划分及深度。
4. 简述可⾏性研究的审批程序。
5. 简述设计任务书的审批及变更。
6. 简述设计阶段的划分。
7. 简述初步设计阶段的主要成果。
8. 简述初步设计的深度。
9. 简述初步设计的审批及变更。
10. 简述施⼯图设计阶段的主要设计⽂件。
11. 简述施⼯图设计阶段的深度。
12. 简述制药⼯程项⽬试车的总原则。
第⼆章⼚址选择和总平⾯设计⼀、名词解释1. 等⾼线4. 风玫瑰图7. 绿地率10. 公⽤系统12. 空⽓洁净度⼆、简答题2. 风向频率5. 建筑系数8. ⽣产车间10. 地理测量坐标系13. 洁净⼚房3. 主导风向6. ⼚区利⽤系数9. 辅助车间11. 建筑施⼯坐标系1. 简述⼚址选择的基本原则。
2. 简述⼚址选择程序。
3. 简述⼚址选择报告的主要内容。
4. 简述总平⾯设计的依据。
5. 简述总平⾯设计的原则。
6. 简述总平⾯设计的内容和成果。
17. 简述GMP对⼚房洁净等级的要求。
8. 简述洁净⼚房总平⾯设计的⽬的和意义。
9. 简述洁净⼚房总平⾯设计原则。
第三章⼯艺流程设计⼀、名词解释1. 报警装置2. 事故贮槽3. 安全⽔封4. 爆破⽚7. 阻⽕器10. 仪表位号⼆、简答题5. 安全阀8. 载能介质10. 就地仪表6. 溢流管9. 设备位号11. 集中仪表1. 简述⼯艺流程设计的作⽤。
2. 简述⼯艺流程设计的任务。
3. 简述⼯艺流程设计的基本程序。
4. 简述连续⽣产⽅式、间歇⽣产⽅法和联合⽣产⽅式的特点。
5. 简述⼯艺流程设计的成果。
三、设计题1. 离⼼泵是最常⽤的液体输送设备,常通过改变出⼝阀门的开度来调节其输出流量,试确定该⽅案带控制点的⼯艺流程图。
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2A A min 18A0min 8A0AA A0d d 219.019.0181)(218.018.081)(11kc tc kc kc x x c kt =-=-⋅==-⋅=-⋅=为假设正确,动力学方程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:()()()()S R B A O H H COOC CH OH H C COOH CH 2943SO H 94342+−−→−+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。
解3313111111i 1.2m 0.750.8949总体积反应0.8949m 0.910.9834有效体积反应0.91hr6054.6折合54.6min 3024.6总生产时间hr 0.9834m 750737.5换算成体积流量hr 737.5kg 634.1103.4总投料量hr 634.1kg 744.97724.1B 4.97:1B :A hr 103.4kg 601.724折算成质hr 1.724kmol 0.50.862的投料量A ,则50%转化率hr 0.862kmol 116100hr 100kg 2400/24R 116 74 60 M S R B A ==⨯==+=⋅=+⋅=⨯⨯=⋅=⨯⋅=⋅=⋅=+→+-------器器投料量则量流量产量3 反应(CH 3CO)2O+H 2O →2CH 3COOH 在间歇反应器中15℃下进行。
已知一次加入反应物料50kg ,其中(CH 3CO)2O 的浓度为216mol ·m -3,物料密度为1050kg ·m -3。
4、某可逆反应:的均匀表面吸附机理动力学方程式为:)1()1()/(2R R B B S S A A R S B A A P b P b P b P b K P P P P k r ++++-=试写出反应机理及控制步骤,并证明之。
〖解〗22211112211212122121122(222σσσσσσσσσσσσσ+⇔+⇔++⇔+⇔+⇔+R R S S R S B A B B A A 控制步骤)BB R R V SS A A V V R S B A A P b P b P b P b k k r ++=++=-=1111211221θθθθθθθ,BB R R RR R BB R R BB B SS A A SS S SS A A AA A P b P b P b P b P b P b P b P b P b P b P b P b ++=++=++=++=1111θθθθ,,)1()1()(2B B R R S S A A R S B A A P b P b P b P b K P P P P k r ++++-=5、丁烯在某催化剂上制取丁二烯的总反应方程式为2648412H H C H C k k +↔,假设丁烯脱氢化学反应按如下步骤进行:(a)()()8484H C H C ↔+σσA A ⇔+(b) C B A +⇔σσ (c)σσ+⇔B B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若,问此时反应对丁烯是几级反应。
解〗V B B B V A A A P b P b θθθθ==,BB A A V CB A A P b P b P k k r ++=-=1121θθθBB A A BB B B B A A A A A P b P b P b P b P b P b ++=++=11θθ,BB A A CB A A A P b P b P P k P b k r ++-=121当反应物与产物吸附都很若时,即当11≈++B B A A P b P b 时,动力学方程可写为:P P k P b k r B A A A 21-= 所以此时对丁烯是一级反应。
反应工程复习题摘要第一章绪论.1 .化学反应工程是一门研究__ _ _ _ _的科学。
2 .化学反应工程是一门研究化学反应的工程问题的科学,既以__ _作为研究对象,又以_ _ _ _为研究对象的学科体系。
3 . _ _ _是化学反应工程的基础。
4 .化学反应困呈按操作方法分为__ _、__ _、__ _操作。
5 .化学反应工程中的“三传一反”中的三传是指、、。
6 .不论是设计、放大或控制,都需要对研究对象作出定量的描述,也就要用数学式来表达个参数间的关系,简称。
第二章均相反应动力学一、填空1 .均相反应是指。
5 .活化能的大小直接反映了对温度的敏感程度。
P (主)6 .平行反应A S (副)均为一级不可逆反应,若E E >副主,选择性P S 与无关,仅是的函数。
8 . 一级连串反应 12K K A P S ??→??→在全混流釜式反应器中,则目的产物P 的最大浓度max pC =___apv t =____9 . 一级连串反应 12K K A P S ??→??→在平推流反应器中,则目的产物P 的最大浓度max p C =___apv t =____二、选择题1 .化学反应222222NO H N H O +?+,其中化学反应计量系数为+2的是哪种物质_。
A.NOB.H2C.N2D.H2O 2 .对于一非恒容均相化学反应B A B A αα?,反应组分A的化学反应速率A r -=_。
A .Vdt dn r A A -=- B. Vdt dn r A A =- C. dt dC r A A =- D.dt dC rB A =-3 .对于反应aA + bB 一pP +sS ,则P r ____()A r - A.a pB.a pC. p aD. p a4 .气相反应43A B R S +→+进料时无惰性气体,A 与B 以3:1的摩尔比进,则膨胀因子A δ= ____A.1/4B.2/3C.-1/4D.-2/35 . 气相反应2423CO H CH H O ++?进料时无惰性气体,CO 与2H 以1:2摩尔比进料,则膨胀因子CO δ=___A.-2B.-1C.1D.2 7 . 反应4102422C H C H H →+,12.0k s -=,则反应级数n=____。
思考题:6-1 空气被压缩机绝热压缩后温度是否上升,为什么? 6-2 为什么节流装置通常用于制冷和空调场合? 6-3 请指出下列说法的不妥之处:① 不可逆过程中系统的熵只能增大不能减少。
② 系统经历一个不可逆循环后,系统的熵值必定增大。
③ 在相同的始末态之间经历不可逆过程的熵变必定大于可逆过程的熵变。
④ 如果始末态的熵值相等,则必定是绝热过程;如果熵值增加,则必定是吸热过程。
6-4 某封闭体系经历一可逆过程。
体系所做的功和排出的热量分别为15kJ 和5kJ 。
试问体系的熵变: (a )是正?(b )是负?(c )可正可负?6-5 某封闭体系经历一不可逆过程。
体系所做的功为15kJ ,排出的热量为5kJ 。
试问体系的熵变: (a )是正?(b )是负?(c )可正可负?6-6 某流体在稳流装置内经历一不可逆过程。
加给装置的功为25kJ ,从装置带走的热(即流体吸热)是10kJ 。
试问流体的熵变:(a )是正?(b )是负?(c )可正可负?6-7 某流体在稳流装置内经历一个不可逆绝热过程,加给装置的功是24kJ ,从装置带走的热量(即流体吸热)是10kJ 。
试问流体的熵变: (a )是正?(b )是负?(c )可正可负?6-8 热力学第二定律的各种表述都是等效的,试证明:违反了克劳休斯说法,则必定违反开尔文说法。
6-9 理想功和可逆功有什么区别?6-10 对没有熵产生的过程,其有效能损失是否必定为零? 6-11 总结典型化工过程热力学分析。
习题6-1 压力为1.5MPa ,温度为320℃的水蒸气通过一根内径为75㎜的管子,以-13m s ⋅的速度进入透平机。
由透平机出来的乏气用内径为25㎜的管子引出,其压力为35kPa ,温度为80℃。
假定过程无热损失,试问透平机输出的功率为多少?【解】:查593K 和353K 过热水蒸气焓值,-113255.8kJ kg h =⋅,-122645.6kJ kg h =⋅ 由 3-13-11176.5cm g 0.1765m kg V =⋅=⋅313-124625 4.625m kg V cm g -=⋅=⋅进口截面积 ()22210.0750.00442m 44A D ππ==⨯=-11130.004420.0751kg s 0.1756u A m V ⨯===⋅、 m V A u V A u ==111222-122220.0751 4.6257.08m s0.254m V u A π⋅⨯===⋅⨯ -1212645.63255.8610.2kJ kg h h h ∆=-=-=-⋅忽略位能变化,则 0z ∆=()2223-1117.0831020.563kJ kg 22u -∆=-⨯=⋅212s q w m h u ⎛⎫+=∆+∆ ⎪⎝⎭()-10.0751610.220.56347.37kJ s 47.37kW s w =-+=-⋅=-6-2 有一水泵每小时从水井抽出1892kg 的水并泵入储水槽中,水井深61m ,储水槽的水位离地面18.3m ,水泵用功率为3.7KW 的电机驱动,在泵送水过程中,只耗用该电机功率的45%。
第五章 习题解答1)1)总压100,温度25℃的空气与水长时间接触,水中的的浓度为多少?分别用摩尔浓度和摩尔分率表示。
空气中 的体积百分率为0.79。
解:将空气看作理想气体:y=0.79 p*=yp=79kPa查表得 E=8.76×510kPa610/*-==E p xH=)./(10342.6)181076.8/(1000)/(65m kN kmoL EMS -⨯=⨯⨯=ρ C=p*.H=79×6.342×10-5=5.01×10-4kmol/m 32)2)已知常压、25℃下某体系的平衡关系符合亨利定律,亨利系数E 为大气压,溶质A 的分压为0.54大气压的混合气体分别与三种溶液接触:①溶质A 浓度为 的水溶液;②溶质A 浓度为的水溶液;③溶质A 浓度为 的水溶液。
试求上述三种情况下溶质A 在二相间的转移方向。
解: E=0.15×104atm ,p=0.054atm ,P=1atm ,y=p/P=0.054① m EP ==⨯015104. x 135002110183610=⨯=⨯-..∴y mx 110054*.== ∴∆y y y =-=10* ∴平衡 ② x 2350001110181810=⨯=⨯-.. ∴y mx 220027*.== ∴∆y y y =-20* ∴气相转移至液相 ③x 3350003110185410=⨯=⨯-..∴y mx 330081*.== ∴∆y y y =-30*∴液相转移至气相 ④ P=3atm y=0.054 E=0.15×104atm ∴m=E/P=0.05×104 x 4=x 3=5.4×10-5∴y mx 440027*.== ∴∆y y y =-40* ∴气相转移至液相3)3)某气、液逆流的吸收塔,以清水吸收空气~硫化氢混合气中的硫化氢。
总压为1大气压。
已知塔底气相中含1.5%(摩尔分率),水中含的浓度为 (摩尔分率)。
一、填空、选择、判断1、有两股压力分别是12.0 MPa 的饱和蒸汽和1.5 Mpa 的饱和蒸汽。
在化工设计和生产过程中从合理用能的角度考虑:12.0MPa 饱和蒸汽用于膨胀做功、1.5Mpa 的饱和蒸汽用于换热器做加热介质。
环境温度25℃表1各状态点一些热力学参数2、最简单的蒸汽动力循环是Rankin 循环,由锅炉、过热器、透平机(或汽轮机)、冷凝器、水泵这几个基本装置所组成。
对Rankin 蒸汽动力循环中的各个过程进行功热转化分析时,使用稳流过程热力学定律,其热效率 小于Carnot 循环的热效率。
3、当过程不可逆时,孤立系统的△S 总〉0, 工质的△S 产生〉0。
4、空气在封闭的气缸内经历一过程,相应其内能增加15kJ ,对外界作功15kJ ,则此过程中工质与外界交换热量Q =30 kJ 。
5、有一电能大小为1000KJ ,另有一恒温热源其热量大小为1000KJ ,则电能的有效能大于恒温热源的有效能。
6、当过程不可逆时,体系的△S 总〉0,工质的△S 产生〉0,损失功W L 〉0。
7、热力学第二定律的克劳修斯说法是 热不可能自动从低温物体传给高温物体,开尔文说法是不可能从单一热源吸热使之完全变为有用功,而不引起其他变化。
8、理想功:系统的状态变化以完全可逆方式完成,理论上产生的最大功或消耗的最小功,用符号Wid 来表示:Wid=△H -T 0△S9、有效能:系统在一定状态下的有效能,就是系统从该状态变化到基态过程所作的理想功,用符号B 号表示:B=(H -H 0)-T 0(S -S 0)10、制冷系数:制冷系数是指消耗单位量的净功所获得的冷量,用符号ξ表示:NW Q 0=消耗的净功从低温物体吸收的热量=ξ 11、在温度为800K 的高温热源和温度为300K 的低温热源之间工作的一切可逆热机,其循环热效率等于62.5%。
12、对有限温差下的不可逆传热过程,传热温差越大,有效能损失越大。
13、在门窗紧闭房间有一台电冰箱正在运行。
目录第一章绪论 (2)第二章反应动力学基础 (3)第三章釜式反应器 (8)第四章管式反应器 (16)第五章停留时间分布与反应器的流动模型 (23)第六章多相系统中的化学反应与传递现象 (25)第七章多项催化反应器的分析与设计 (30)第一章 绪论第一题: 解题思路:(1) 可直接由式(1.12)求得其反应的选择性(2) 设进入反应器的原料量为100kmol/h ,并利用进入原料气比例,求出反应器的据反应的化学计量式求出水、氧及氮的摩尔数,即可计算出反应器出口气体的组成。
习题答案:(1) 反应选择性解题思路:(1进料的平均相对分子质量 0m i i M yM =∑。
冷凝分离后气体平均相对分子质量'm iiM y M =∑。
设放空气体流量为A(kmol/h);粗甲醇的流量为B(kmol/h)。
对整个系统中的惰性组分N 2和总量进行物料衡算,求得反应后产物CO 摩尔流量F CO ,利用全程转化率和单程转化率的定义即可求得CO 的全程转化率X CO 和单程转化率x CO 。
(2)甲醇的收率。
首先,计算产物粗甲醇所溶解的气体总量,再求得粗甲醇中甲醇的含量,按收率定义式进一步计算出甲醇的全程收率Y 和单程收率y 。
习题答案:(1) 一氧化碳的全程转化率83.48%X = ;单程转化率16.18%x = (2) 甲醇的全程收率79.24%Y =;单程收率15.36%y =。
第二章反应动力学基础1.解题思路:利用反应时间与组分的浓度变化数据,先作出的关系曲线,用镜面法求得反应时间下的切线,即为水解速率,切线的斜率α。
再由求得水解速率。
习题答案:水解速率============================================== ======================2.解题思路:是一个流动反应器,其反应速率式可用式(2.7)来表示,整理后反应速率可表示为:用的点作切线,即得该条件下的,从而求得CO的转化速率.习题答案:CO的转化速率============================================== ============================3.解题思路:利用式(2.10)及式(2.27)可求得问题的解。
化学反应⼯程练习题解答20页第⼀章习题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。
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=5.708×107 exp(?E/RT) min-1,E=49.82kJ·mol-1。
求x A=0.8时,在等温操作下的反应时间。
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?r A=0.27c A mol·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V R=0.001m3,物料进料速率V0=0.5×10-3m3min-1,c A0=c B0=5mol·m3,动⼒学⽅程式为?r A=kc A c B,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V R=0.001m3,可达到的转化率为多少?已知k=1m3kmol-1hr-1,c B0=3kmol·m-3,c A饱和=0.02kmol·m-3,⽔溶液流量为10m3hr-1。