化学反应工程期末复习题.doc
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化学反应工程期末复习题其 中 ， KA、 KR分 别 是 组 分 A和 R的 吸 附 平 衡 常数 ， Ks是 反 应 平 衡 常 数 ， PA、 PR分 别 是 组 分 A和 R的 平 衡 分 压 RsAss KPkr1对 于 一 个 可 逆 反 应 过 程 ， ，如 果 存 在 两 种 活 性 中 心 σ1、 σ2， 分 别 仅 吸 附 A和 B，试 推 导 当 化 学 反 应 为 控 制 步 骤 时 ：SBRARSBR11' pKpKkkr 其 中 :kR、 kR'分 别 表 示 正 、 逆 反 应 速 率 常 数 ， KA、KB、 KR、 KS分 别 表 示 组 分 A、 B、 R、 S的 吸 附平 衡 常 数 ， PA、 PB、 PR、 PS分 别 表 示 组 分 A、 B、R、 S的 平 衡 分 压 ， 要 求 写 出 具 体 的 推 导 过 程 3． 对 于 等 温 、 恒 容 下 的 基 元 反 应 ，目 的 产 物 为 P， 设 开 始 时 各 组分 的 浓 度 CA0， CP0=CS0=0， 试 证 明 当 反 应 时 间为时 ， P浓 度 最 大 ； 且A P Sk1 k2 12lnktop12)(0maxkAPCA k1A + P P + Pk2P(1)(2)4.自 催 化 反 应 (1)、 （ 2） 均 为 基 元 反 应 ，试 证 ： 最 大 反 应 速 率 对 应 的 反 应 物 A的 浓 度CAopt 201)(kCPAopt 5.试 证 ： 对 于 可 视 为 一 维 拟 均 相 平 推 流 模 型 的固 定 床 反 应 器 ， 有 ：以 催 化 剂 体 积 计AA0BA1dRcuRlxU0、 CA0 分 别 为 组 分 A进 入 反 应 器 时 的 流 速 、 浓 度 ，xA为 组 分 A流 过 反 应 器 的 长 度 为 l时 ， 组 分 A的 转 化 率 。
εB： 床 层 空 隙 率 6.有 一 气 固 相 催 化 反 应 ， 试 根 据 所 给 反 应 式 和 动力 学 方 程 ， 推 断 反 应 机 理 和 控 制 步 骤 ， 反 应 式 ：A + B = C；动 力 学 方 程 ： )1)(1( ACBBAPKPKkr 其 中 ， k为 反 应 速 率 常 数 ， KA、 KB、 KC、 PA、 PB、PC分 别 为 组 分 A、 B、 C的 吸 附 平 衡 常 数 和 平 衡 分压 ， 要 求 写 出 具 体 的 推 导 过 程 四 、 计 算 题1.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， 以 少 量 硫酸 为 催 化 剂 ， 反 应 在 100℃ 下 进 行 以 A为 考 察 组分 的 动 力 学 方 程 式 为 ： (-rA)=kCA2， 已 知k=17.4L·kmoL-1·min-1,物 料 密 度 为 750kg·m-3， 且 反应 前 后 不 变 ， 每 天 生 产 2400kg醋 酸 丁 酯 （ 忽 略 分 离损 失 ） ， A的 转 化 率 为 50％ 时 ，试 计 算 ：(1)当 每 批 操 作 的 辅 助 时 间 为 30min，间 歇 反 应 器 的 有 效 容 积 ；(2)活 塞 反 应 器 的 有 效 容 积 ；(3)全 混 流 反 应 器 的 有 效 容 积 ；(4)两 釜 全 混 流 串 联 反 应 器 ， 使 第 一 釜 中A的 转 化 率 为 32.3%， 第 二 釜 50%，反 应 器 的 总 的 有 效 容 积 。
2． A进 行 平 行 分 解 反 应 ， 其 速 率 式 为↗ R rR=1 kmol·m-3min-1 A → S rS=2cAkmol·m-3min-1 ↘ T rT=cAkmol·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 3． 用 纯 水 吸 收 CO、 O2等 气 体 中 少 量 的NH3， 已 知 在 操 作 温 度 (10℃ )下 NH3的 亨 利 系数 HA=1.01kPa·L·mol-1； CO2， O2亨 利 系 数HA=1.01×105 kPa·L·mol-1 试 求假 定 NH3， CO， O2在 水 中 即 液 相 中 传 质 系 数 相等 ， 且 kAG=4.05×10-3mol·cm·kPa-1L-1s-1；kAL=0.01cm·s-1 试 求 ：（ 1） 气 膜 和 液 膜 阻 力 各 为 多 少 ？（ 2） 应 采 用 哪 种 形 式 的 速 率 式 ？（ 3） 采 用 化 学 吸 收 是 否 都 可 用 ？ 为 什 么 ？4． P69第 15题5.均 相 气 相 反 应 A→ 2R， 其 动 力 学 方 程 为-rA=kcA， 该 过 程 在 185℃ ， 500kPa下 在 一 平推 流 反 应 器 中 进 行 ， 其 中 k=10-2s-1， 进 料 量FA0=30kmol/h， 原 料 含 50％ 惰 性 气 体 ， 为 使 反应 器 出 口 转 化 率 达 80％ ， 该 反 应 器 体 积 应 为 多大 ?6. 平 行 液 相 反 应A→ P rP=1 A→ R rR=2cAA→ S rS=cA2已 知 cA0=2kmol·m-3， cAf=0.2kmol·m-3， 求 下 列反 应 器 中 ， cP最 大 为 多 少 ? (1) 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。
7． 在 一 直 径 为 2m， 静 床 高 为 0.2m的 流 化 床 中 ， 以操 作 气 速 u=0.3m·s-1的 空 气 进 行 流 态 化 操 作 ， 已 知数 据 如 下 ：dp=80×10-6m， ρP=2200 kg·m-3， ρ=2 kg·m-3，μ=1.90×10-2mPa·s， εmf=0.5求 床 层 的 浓 相 段 高 度 Lf已 知 ： 当 2 为 使 气 体 中 H2S浓 度 由 1×10-3降 到1×10-6， 求 最 小 液 气 比 和 所 需 填 料 高 度 9. 在 一 固 定 床 反 应 器 中 ， 填 充 5.40m3的 催 化 剂 在550℃ ， 101.33kPa下 进 行 2A→ 2R+S的 反 应 ，用 水 蒸 汽 作 稀 释 剂 ， 反 应 物 A与 水 蒸 气 的 配 比 为 1:4（ 摩 尔 比 ） 标 准 状 态 下 加 料 量 为 1.0m3hr-1， 出 口转 化 率 为 50%， 当 反 应 速 率 采 用（ 其 中 V是 催 化 剂 填 充 体 积 ） 的 定 义 时 ， 550℃ 下 的反 应 速 率 常 数 为 1.0hr-1 若 忽 略 外 扩 散 的 影 响 ， 并假 定 有 效 因 子 在 床 层 内 为 一 常 数 ， 求 其 有 效 因 子 解 :η ： 催 化 剂 效 率 因 子。
