化学工程基础第八章 化学反应工程原理 习题答案

1、武汉大学第八章 化学反应工程基本原理 第八章 化学反应工程基本原理 1、已知某气相反应在 450K 温度下进行时，其反应速率方程为： 126Ahp,p1058. 2)p(=daAdtkP的单位 为试求：反应速率常数132A RAhmkmol,kct d nd V1)r(= 假如反应速率方程可表示，那么kc为多少？ 解： （1）因（tP ddA）的单位为Pa h1， kp=2.P58106Pa1 h1（2）因A所以：58106 Pa h1/( a)2=2.P =RTcRTnA= VA所以： （rA）=tP ddA= 2 AA)(d)(dRTctRTc pk= 即：tcRTd dA= kp(RT)2 cA2 故 kc = k = 2.58 8.4 450 2、乙烷脱氢裂解反应方程式为： 4+H2物料中A的浓度为yA=0.0900，求A的转化率。 pRT10631= 9.65 103m3 mol1 h1C2H6C2HA R S 已知反应物A的初始浓度yA,o=1.0000，出口解：1111=+= 1A)y1 (AA0 ,AA0 ,AAyyy x+ =835. 0)0900. 01 (0000

2、. 10900. 00000. 1=+= 83.5% 3、氨接触氧化的主、副反应为： （主反应） 入口处（mol%）出口处（mol%） 4NH3+5O2 4NO+6H2O+Q 4NH3+5O2 2N2+6H2O+Q （副反应） 已知反应器进出口处物料组成为： 组 成 NH311.52 0.22 O223.04 8.7 N262.67 H 2O2.76 NO O 求氨的转化率和一氧化氮的收率和选择性。 表示NO和N2的生成量（mol） ，根据进料组成和化学计量 式，解：以 100mol进料为计算基准，并设x和y分别 可列下表： 1武汉大学组分 反应器入口 反应器出口 23.y H 2. NH311.52 11.52x2y O223.04 051.25x2.5 N262.67 62.67 + y 2O2.76 76+1.5x+3yNO 1000y5 . 0x25. 0100x +根据反应器出口处NH3O2的摩尔组成得：和 0022. 0y2x52.11=y5 . 0x25. 0100+（1） 087. 0y5 . 0x25. 0100y5 . 2x25. 104.23=+（2） 联立求解得

3、：x = 11.0mol NH3的转化量94mol y = 0.147mol 为x + 2y = 11.2NH3的转化率为x =%0 .98%100294.11=52.11NO 的收率：%5 .95%152.1111= 974. 098. 0955. 0x/=NO 的选择性：= 97.4% 或：97.4% 294.110 .11= 4、物料以定常态连续流过某反应器，其体积流量为qv,o=2m3min-1。用脉冲输入法输入示踪剂 1g后， 立即1, M o = 1g 在出口测得示踪剂浓度随时间的变化曲线（如图所示） ，试说明利用本题附图绘制停留时间分布密度函 数随时间变化图形的方法。 解：已知qv,0 = 2m3 min) t (o0 , vcq, 则： 因为E(t) = ME(t)=1min) t (2) t (12=cc 故将题中的纵坐标c(t)扩大 2 倍，即可得 tE(t)曲线。 习题 4 附图 5、物料以 0.01m3s-1的恒定流量流经有效体积为 2.5m3的全混流反应器，试计算物料在反应器内停留时间为 0t、100s+tt的物料分率。 s25001. 0m5 . 23 =

4、t= =解：F(t)=toe1dt)(Et （1）F1 =/ t) = 11e1e250250= 0.6(t32 （2）t = 250 350s 2武汉大学)e1 (e250250250350F2(t) = 1 02468101214160.00.10.20.3E(t)/s-1t / s 3 0.632 = 0.121 6、物料以 0.25m3s-1的体积流量流经有效体积均为 1m3的活塞流反应器和全混流反应器串联系统，试 求：度函数秒时的 E(t)值。 = 0.75（1）物料经过该系统的平均停留时间。 （2）该系统出口处物料的停留时间分布密 表达式和图形。 （3）t=0,4,8解： （1）t= = s811=+25. 0（2）物料经4s 过全混流反应器的空间时间为)4t (25. 04)4t (e 25. 0e 1=t 4s E(t)=4t / s 0 2 4 5 6 7 8 10 12 16 E0 0.0.0.0.200 0 (t)/s10 0 .2519515211809.056.034.012E(t) t 图形如习题 6 附图所示 （3）.25s1; 习题 6 附图 7、试根据

5、脉冲法测得的数据，判断所测系统接近于何种理想流动模型。 t/min 6 12 60 120 300 600 1200 1800 t=0 时，E(t)=0，t=4s时，E(t)=0 t=8s时，E(t)=0.092s1c(t)/1 m31 1103kg .96.93 .64 1.34 0.74 0.27 0.034 0.004 解： = t) t (t) t (t t) t (Et) t (tE = cct2222 ) t (t) t (t) t (t) t (t) t (Et) t (Et= cct2 =应用题中数据计算得： t C(t)t = 131.94 所以 c(t)t = 0.41946, t2c(t)t = 79743.2 t=s6 .31494.131=41946. 0t2 =242s10114. 9)6 .314(41946. 02 .79743= 2 =故该系统接近于全混流模型 0 . 1921. 06 .314/10114. 924= 3武汉大学8、试利用例 8-3 的t-c(t)数据，计算： t (1)平均停留时间 (2)方差2 解： （1）因反应器出口浓度c(t)

6、维持在 7.7kgm3不变，故可以认为示踪剂入口浓度co等于 7.7kgm3,由 F(t)=t/s 0 15 25 35 45 55 65 75 95 105 c(t)/co可计算F(t)值如下： F(t) 0 0 0000.065.13 0.26 0.52 .714.844.9091.0 1.0 （2）) t (F ) t (Ftt= tF(t) = 150.065+25(0.130.065)+35(0.260.13)+45(0.520.26)+95(1.00.909)=51.49 F(t)=(0.0650)+(0.130.065)+(1.01.0)=1.0 s49.5149.51t= 0 . 1（3）t2 = 22 ) t () t (F ) t (FttF(t) = 152 0.065 + 252 0.065 + + 952 0.091 = 3064 2t2 =13064 51.492 = 412.78 S2156. 049.5178= 2 =.41229、用脉冲法自一反应器出口测得如下数据： t/min 0 2 4 6 8 10 12 14 16 c(t) /kg.m-3611

7、0 .5 2.52.510 5.0 2.5 1.0 0 若物料1 0 , vsm8 . 0q，求反应器的有效体积。 解：的初始体积流量3=) t (t ) t ( ) t (t ) t (tt) t (Et) t (tEtcccc = =) t ( ) t (tcc t c(t) = 2 6.5 + 4 12.5 + + 14 1 = 312 c(t) = 50 min24. 650312t= VR = qv,o t= 0.8 6.24 = 5.0m34武汉大学10、在测定动力学数据时常用内循环式无梯度反应器。该反应器实质上是一个全混流反应器。为了判 断是s/umin 0 4 9 14 24 34 44 否达到了全混流，以氮作主流体，氢为示踪剂。氢的初始浓度为c0，用阶梯输入法测得反应器出口处氢 的浓度c(t)/c0如下： c(t)/co0 0.0.0 0 0 0 333 579 .757.908.963.986表中 s 为记录纸的移动距离， 记录纸的移动速度 u 是恒定不变的。 试根据以上数据判断是否达到了全混：若达到了全混流，则 移项并两边取对数得：1n(1 F() = 流。 解F() = 1 e式中， = t u s，F()=c/c ，因u，t在给定条件下为定值，o故以s / u为横坐标，1n1F()为纵坐标作图，应得一直线。S/u/min 0 4 9 14 24 34 44 1n1( occ0509 )0 .40.901.4152.3863.2974.269从下图可知，s/u1n1( occ)为一直线，因此达到了全混。 010203040-4-3-2-10sln1-F()5

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