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【免费下载】反应工程计算题

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化学工程基础（武汉大学第二版）1、在间歇反应器中进行等温一级反应A →R+S,已知反应进行30S 时反应物A 的转化率为90%，求转化率达到99%时还需要多少时间？计算结果说明了什么？2、在间歇反应器中进行等温液相反应A+B→R 已知（-r A ）=kC A C B molL -1min -1,k=0.3Lmol-1min-1, C A0=C B0=0.2molL -1,试计算反应物A 的转化率分别达到90%和99%时所需要的时间，并做比较。

3、在间歇反应器中用乙酸和丁醇生产乙酸丁酯，其反应式为：3493492CH COOH+C H OH CH COOC H +H O A B C D →反应在100℃等温进行，进料物质的量比为A:B=1:4.97，并以少量硫酸为催化剂。

由于丁醇过量，其动力学方程为（-r A ）=kC 2A ，式中k 为1.74×10-2m 3kmol -1min -1。

已知反应物密度ρ为750kg/m 3（反应前后基本不变），若每天生产乙酸丁酯2450kg （不考虑分离过程损失），每批物料的非生产时间取0.5h ，求乙酸转化率为55%时所需间歇反应器的体积（装料系数φ=0.75）。

()3433492A0CH COOH+C H OH CH COOC H +H O F 0.0326/min.kmol →=⨯⨯解：2450由化学反应方程可知：=24601161-05533A0011.753/60174 4.97750F 0.03260.0186/min1.753AO AO C kmol m v m C ==⨯+⨯∴===()()()222020()10.5540.07min 1 1.7410 1.75310.55A A A A A A rA kC kC x x t kC x --==-⇒===-⨯⨯- ()()3030.018640.0730 1.301.301.730.75R RRT V v t t m V V m ϕ'∴=+=+====答：略。

4、在间歇反应器中进行二级液相反应A+B→R+S,两种反应物的起始浓度均为1kmol/m 3,反应10min 后的转化率为80%。

如果将该反应改在全混流反应器中进行，求达到相同转化率所需要的反应时间。

()⇒AA 0A x 解：间歇反应器：t =kC 1-x()()3110.80.4min 10110.8k m kmol --===⋅⋅⨯-A A 0A x t C 1-x ()()220.850min0.4110.8==⨯-AA 0A x 全混反应器：t =kC 1-x 答：略。

5、间歇反应器中进行液相反应A+B→R+S,反应温度为75℃，实验测得的反应速率方程式为（-r A ）=kC A C B ,k=3×10-3m 3kmol -1S -1。

当反应物A 和B 的初始浓度均为5kmol/m 3,A 的转化率达80%时，该反应器每分钟能处理0.684kmol(A)。

今若将反应移到一个内径为300mm 的管式反应器中进行，其他条件不变，试计算管式反应器的长度。

()()30.8266.67[]310510.8S -==⨯⨯-A A 0A x 解：间歇反应器：t =kC 1-x 在管式反应器中进行，达到同样转化率所需的反应时间相同：3A0F =0.684/min;5/m kmol kmol = A 0已知C 32RP 0RP 0.684266.67V =0.61m ;V =5604v t d L π=⨯= RP 22V 0.618.633.140.344L md π===⨯答：略。

6、环氧乙烷和水催化生成乙二醇，其反应如下：该反应以硫酸作催化剂，其反应动力学方程为（-rA ）=kCA(A 为关键组分环氧乙烷)，k=0.311min-1,环氧乙烷和硫酸分别以0.04kmol/L 和0.90%（质量分数）的水溶液等体积加入全混流反应器中。

若转化率达80%，每天生产乙二醇8500kg ，试计算：（1）全混流反应器有效体积；（2）若用二个有效容积均为40L 的全混反应器串联，其最终转化率为多少？（3）若用二个有效容积均为40L 的全混反应器并联，其最终转化率为多少？（4）若将反应改在活塞流反应器中进行，其余条件不变，则反应器的有效容积为多少？()A0A0A00A00850011F 7.14/24620.80.04C ==0.02/L()2F 7.14357L/ 5.95/minC 0.025.950.876.5(1)0.31110.8CSTR A R A kmol h kmol v h L v x V Lk x =⨯=⨯====⨯===--解：（）环氧乙烷 等体积体积流量：12121211201111102122(2)40,(1)(1)5.954067.6%(1)0.311(1)4089.5%(1)CSTR CSTR CSTR CSTR CSTR A A A R R R A A A A R A A A A A R A A x x x V V V k x k x v x x V x k x x v x x V x k x -===--⨯===⇒=---==⇒=- 串联：有：或：（）又0A A 3,2=40=80.7%(1)CSTRR A v v x V x k x =⇒-1（）并联：两个反应器的体积流量各为0A RP A 1 5.951(4)PFR =80%V =ln ln 30.810.31110.8v x L k x ==--反应器：答：略。

7、若将3题的酯化反应改在活塞流反应器中进行，请利用3题的已知条件和计算结果计算：（1）转化率达55%所需要的反应器有效体积；（2）反应进行80min 时的残余乙酸浓度。

3RP 03020V =v t=0.018640.07=0.75m 1.753(2)0.510/11 1.741080 1.753A A A C C kmol mk C τ-∴⨯===++⨯⨯⨯ 解：(1)达到相同转化率所需的反应时间相同：答：略。

8、在活塞流反应器中进行乙醛分解反应：CH 3CHO →CH 4+CO在791K ，1.013×105Pa ，进料为纯乙醛的条件下，该反应的速率方程为（-r A ）=kC 2A ,k=0.33m 3kmol -1。

若乙醛质量流量为0.02kgs -1,求乙醛转化率为40%时所需要的反应器有效容积和物料在反应器中的平均停留时间。

()()A2x A 222A A001dx kC kC 1Ax A A x dxx ε+=-⎰⎰A 0R P A 0F 解：活塞流反应器V =F()()()232A0121ln 1kC 1A A A A x x x x εεεε⎡⎤+=+-++⎢⎥-⎢⎥⎣⎦A 0F ()()()()R S AB A A+-+1+1-1===11ννννδν'''气体膨胀因子；0111A A y εδ==⨯=-30.0244=0.45510k /44mol S =⨯A 0乙醛的摩尔质量：F =-235791K0.4558.314791V===2.95410/P 1.01310nRT PV nRT m S ⨯⨯=⇒⨯⨯在的条件下乙醛为气态：看成理想气体：-33-20.455100.0154/2.95410kmol m ⨯==⨯A 0C ()()()232A0121ln 1kC 1A A A A x x x x εεεε⎡⎤++-++⎢⎥-⎢⎥⎣⎦A 0R PF V =()()()2-332110.40.455102111ln 10.410.40.330.015410.4⎡⎤+⨯⨯=⨯+-+⨯+⎢⎥⨯-⎢⎥⎣⎦[]35.814 2.0430.4 2.667 5.95m =-++=()()()23A0A01=21ln 1kC 1C A A A A x t x x x εεεε⎡⎤+=+-++⎢⎥-⎢⎥⎣⎦R PA 0V 1F ()()()23110.42111ln 10.410.40.330.015410.4⎡⎤+⨯=⨯+-+⨯+⎢⎥⨯-⎢⎥⎣⎦1196.773 1.0234201.4S=⨯=答：略。

9、顺丁烯二酸酐的稀水溶液，在298K 下进行连续水解，由于酸酐浓度仅为0.15kmol/m 3,可作一级反应处理，k=0.0024S -1，物料初始体积流量为1×10-5m 3/S,现有两个3×10-3m 3，一个6×10-3m 3的全混流反应器和两个3×10-3m 3和一个6×10-3m 3的活塞流反应器可供采用，试求：（1）若用一个6×10-3m 3的CSTR 或两个3×10-3m 3的CSTR 串联操作，哪一个转化率较大？（2）若用一个6×10-3m 3的PFR 操作，转化率为多少？（3）若用两个3×10-3m 3的CSTR 并联操作，每一个反应器取1/2的流量，转化率为多少？（4）若将一个3×10-3m 3的PFR 放在一个3×10-3m 3的CSTR 之前或之后，哪一个转化率较高？（5）若用两个3×10-3m 3的PFR 串联或并联操作，哪一个转化率较高？530.00S 110/v m S-=⨯-1解：已知：k=024；()()3RT 50V 6101CSTR:1110.00159.2%A A A A A x x v k x x x --⨯=⇒=⇒-⨯-=（）一个024()()31115113100.41861101.001A A A A A x x x k x x --⨯==⇒=⨯--串联：024()()32121252231066.2%1101.001A A A A A A A x x x x x k x x ----⨯==⇒=⨯--0243RP RP 5001.44V kV 111.006102PFR:ln ln 1.441111014.220776.31%1A A A Av k x x v e x x --⨯⨯=⇒===--⨯==⇒=-024（）()()3RT 50V 310(3)CSTR11.001110259.02%A A A A A x x v k x x x --⨯=⇒=--⨯⨯=两个并联：0243RP 501114PFR CSTRV 1131011ln ln 11100.0024151.3%A A A v k x x x --→⨯=⇒=-⨯-⇒=（）()32125231071.7%1101A A A A x x x k x ---⨯=⇒=⨯-CSTR PFR →：()()310RP 150111V 031011100.002410.4186A A A A A A x x x v k x x x ----⨯=⇒=⇒-⨯-=()0RP 000V 1;1;A A CAA A A A A A AC dC C C x dC C dx v k C =-=-=-⎰ ()201RP 102V 1111ln 11A A A A Cx A A A A A A C x dC dx x v k C kx k x -=-==⇒--⎰⎰3252310110.4186ln 71.7%1100.00241A A x x --⨯-=⇒=⨯-(5)PFR PFR→→3RP 15011V 1131011ln ln 0.51311100.00241A A A x v k x x --⨯=⇒=⇒=-⨯-3RP 125022V 11310110.513ln ln 76.3%11100.00241A A A A x x v k x x ---⨯-=⇒=⇒=-⨯-3RP 50V 1131011ln ln 76.3%1110.0024111022A A A x k x x v --⨯=⇒=⇒=--⨯⨯并联：答：略。

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反应工程计算题

反应工程计算题

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反应O 2H N 2NO 2H 222+→+，在恒容下用等摩尔H 2，NO 进行实验，测得以下数据总压/MPa 0.0272 0.0326 0.0381 0.0435 0.0543 半衰期/s26518613510467求此反应的级数。

解()()()()()205.4644.4905.4226.5580.5ln 304.1526.1658.1814.1995.1ln 671041351862652715.02175.01905.01630.01360.021ln ln 115.01ln 15.015.0115.0111d d d d d d 21A021A0A0210A p 12110A p 121p 1A0110A A0A 21p 1A10A p 1AA p A A p A AA0AA 21t p t p p p t p n n k t p n k t k p p n p p t t t k p p n tk n p tp p tk p p p k tp n nn nn n nn p pn p p t n n n-----==-+--=--=--===--=+-=-=-=---------+---⎰⎰总作图，得直线对A021ln ln p tl n t 1/2ln p A0Y=A+B*X ParameterValue Error A 1.60217 0.01399 B -1.99460.00834三级反应斜率319946.19946.1≈-=--n n3A 和B 在水溶液中进行反应，在25℃下测得下列数据，试确定该反应反应级数和反应速度常数。

反应工程试题及答案

反应工程试题及答案

反应工程试题及答案一、选择题（每题2分，共10分）1. 反应工程中，反应速率常数k的单位通常是（）。

A. mol/(L·s)B. mol/(L·min)C. mol/(L·h)D. mol/(L·min)·K答案：C2. 在恒温恒压条件下，下列哪种情况下反应速率最快？A. 温度升高B. 压力降低C. 浓度增加D. 催化剂失效答案：A3. 反应速率的表达式通常为：A. r = k[A]^n[B]^mB. r = k[A][B]^nC. r = k[A]^nD. r = k[A]^n[B]^m[C]^p答案：A4. 反应A + B → C的速率方程为r = k[A]^1[B]^2，下列哪种条件下，反应速率会降低？A. 增加A的浓度B. 增加B的浓度C. 降低A的浓度D. 降低B的浓度答案：D5. 反应速率常数k与温度T的关系通常由下列哪个方程描述？A. k = Ae^(-Ea/RT)B. k = Ae^(Ea/RT)C. k = Ae^(-Ea/T)D. k = Ae^(Ea/T)答案：A二、填空题（每题2分，共10分）1. 在反应工程中，反应速率的单位通常是______。

答案：mol/(L·s)2. 温度每升高10K，反应速率常数k大约增加______倍。

答案：2-33. 催化剂的作用是______。

答案：降低反应的活化能4. 反应速率的表达式中，指数n和m分别代表______。

答案：反应物A和B的级数5. 反应器的类型主要有______、______和______。

答案：间歇式、半间歇式、连续式三、简答题（每题5分，共20分）1. 简述反应速率与温度之间的关系。

答案：反应速率通常随着温度的升高而增加，因为温度升高会增加分子的热运动能量，使得更多的分子具有足够的能量去克服活化能垒，从而发生有效碰撞。

2. 什么是催化剂？它如何影响反应速率？答案：催化剂是一种物质，它可以改变化学反应的速率，但反应结束后催化剂本身的性质和数量不会发生改变。

化学反应工程习题库(计算题举例及详细解答))

化学反应工程习题库(计算题举例及详细解答))



a
Kp
p H 2 pO 2


0.5
p H 2O
令k1 k1 K p b0,O2 K p



a
, k2 k2

b
0.5
0,O2
K p ;由实验测得 a 0.5, 最后可得
0.5

a
p H 2O r k1 pCO p H2
pH2 k 2 pCO p H 2O
x Af ,c x Af , f c A0 e 2k e2 0.135kmol/ m3 , x A,e x A, f 0.865

（g）平推流反应器与全混流反应器并联,
c Af , g
c A0 1 1 1 (c A0 e 2 k ) e 2 0.234 , x A, g 0.776 2 1 2k 2 3
60 0.62m 3 960 368 0.496 m 3 740
该反应为液相反应，反应过程中体积比不变，且每次投料体积为:
3 V 0.0625 0.496 0.559m
计算结果表明，转化率从0.9提高到0.99，反应时间从 4.81h延长到52.9h，说明大量反应时间花在高转化率。
9.纯苯氯化为串联反应，生成物为一氯苯，副产物为二氯苯反应方程式为
1 bN 2 p N 2 bNH 3 p NH 3

3

0.5 1.5 1 bN 2 PN 2 bNH 3 k p PN PH 2 2
2．Temknh等提出铁催化剂上氨合成反应为下列步骤所组成 3 式中X代表活性位。若过程 NX H 2 NH 3 X N 2 2 X 2 NX
（完整版）化学反应工程习题

（完整版）化学反应工程习题

（完整版）化学反应工程习题化学反应工程习题第一部分：均相反应器基本理论1、试分别写出N 2+3H 2=2NH 3中用N2、H 2、NH 3的浓度对时间的变化率来表示的该反应的速率；并写出这三种反应速率表达式之间的关系。

2、已知某化学计量式为S R B A 2121+=+的反应，其反应速率表达式为B AA C C r 5.02=，试求反应速率B r =？；若反应的化学计量式写成S R B A +=+22，则此时反应速率A r =？为什么？3、某气相反应在400 oK 时的反应速率方程式为221061.3AA P d dP -?=-τh kPa /，问反应速率常数的单位是什么？若将反应速率方程改写为21AA A kC d dn V r =?-=τh l mol ./，该反应速率常数k 的数值、单位如何？4、在973 oK 和294.3×103Pa 恒压下发生下列反应：C 4H 10→2C 2H 4+H 2 。

反应开始时，系统中含丁烷为116kg ，当反应完成50%时，丁烷分压以235.4×103Pa /s 的速率发生变化，试求下列项次的变化速率：（1）乙烯分压；（2）H 2的摩尔数；（3）丁烷的摩尔分率。

5、某溶液反应：A+B →C ，开始时A 与B 摩尔数相等，没有C ，1小时后A 的转化率为75%，当在下列三种情况下，2小时后反应物A 尚有百分之几未反应掉？（1）对A 为一级、B 为零级反应；（2）对A 、B 皆为一级反应；（3）对A 、B 皆为零级反应。

6、在一间歇反应器中进行下列液相反应： A + B = R A + R = S已知原料组成为C A0 = 2 kmol/m 3，C B0 = 4 kmol/m 3，C R0 = C S0 = 0。

反应混合物体积的变化忽略不计。

反应一段时间后测得C A = 0 .3 kmol/m 3，C R = 1.5 kmol/m 3。

计算这时B 和S 的浓度，并确定A 的转化率、生成R 的选择性和收率。