《《化學(xué)反應(yīng)工程》習(xí)題》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《化學(xué)反應(yīng)工程》習(xí)題（4頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、《化學(xué)反應(yīng)工程》習(xí)題答案 一、填空題 1 . 質(zhì)量傳遞 、熱量傳遞、動量傳遞和化學(xué)反應(yīng) 稱為三傳一反. 2 . 物料衡算和能量衡算的一般表達式為 輸入-輸出=累積。 3 . 著眼組分 A 轉(zhuǎn)化率 xa的定義式為 XA=(nA0-nA)/nA0。 4 . 總反應(yīng)級數(shù)不可能大于3。 5 . 反應(yīng)速率-rA=kCACB的單位為kmol/m 3 ? h,速率常數(shù)k的因次為 m3/kmol ? h 。 6 . 反應(yīng)速率-rA=kCA的單位為kmol/kg - h,速率常數(shù)k的因次為 m3/kg ? h 。 1/2 1/2 一 -1/2 7 . 反應(yīng)速率-「a =kCA的單位為 mol/

2、L - s,速率常數(shù)k的因次為(mol) 」 ,s 8 . 非等分子反應(yīng)2SO2+O2==2SO3的膨脹因子BSO等于 -0.5 。 9 . 非等分子反應(yīng) N2+3H2==2NH3的膨脹因子&H 2等于 23 。 10 .反應(yīng) N2+3H2==2NH3 中(—瓜2 ) = 1/3 ( —「h2) = 1/2 r1H3 11 .反應(yīng)活化能E越，，反應(yīng)速率對溫度越敏感。 12 .對于特定的活化能，溫度越低溫度對反應(yīng)速率的影響越 大。 13 .某平行反應(yīng)主副產(chǎn)物分別為 P和S,選擇性 Sp的定義為 (np-npg)/ (ns-nso) o 14 .某反應(yīng)目的產(chǎn)物和著眼組分分別為 P和A

3、其收率①p的定義為 (np-npg)/(nAg-nA) 15 .返混的定義： 不同停留時間流體微團間的混合。 16 .平推流反應(yīng)器的返混為 0;全混流反應(yīng)器的返混為 8 。 17 .空時的定義為反應(yīng)器體積與進口體積流量之比。 18 .針對著眼組分 A的全混流反應(yīng)器的設(shè)計方程為 工=旦。 F A0 -「a 19 .不考慮輔助時間，對反應(yīng)級數(shù)大于0的反應(yīng)，分批式完全混合反應(yīng)器優(yōu)王全混流反應(yīng)器。 20 .反應(yīng)級數(shù)＞0時，多個全混流反應(yīng)器串聯(lián)的反應(yīng)效果 優(yōu)于全混流反應(yīng)器。 21 .反應(yīng)級數(shù)＜0時，多個全混流反應(yīng)器串聯(lián)的反應(yīng)效果 差于 全混流反應(yīng)器。 22 .反應(yīng)級數(shù)＞0時，平推流反應(yīng)

4、器的反應(yīng)效果 優(yōu)于 全混流反應(yīng)器。 23 .反應(yīng)級數(shù)＜0時，平推流反應(yīng)器的反應(yīng)效果差壬 全混流反應(yīng)器。 24 .對反應(yīng)速率與濃度成正效應(yīng)的反應(yīng)分別采用全混流、 平推流、多級串聯(lián)全混流反應(yīng)器其 反應(yīng)器體積的大小關(guān)系為 全混流》多級串聯(lián)全混流〉平推流; 25 .通常自催化反應(yīng)較合理的反應(yīng)器組合方式為 全混流 + 平推流 26 .相同轉(zhuǎn)化率下，可逆放熱反應(yīng)的平衡溫度 高干 最優(yōu)溫度。 27 .主反應(yīng)級數(shù)大于副反應(yīng)級數(shù)的平行反應(yīng)，優(yōu)先選擇 平推流 反應(yīng)器。 28 .主反應(yīng)級數(shù)小于副反應(yīng)級數(shù)的平行反應(yīng)，優(yōu)先選擇 全混流 反應(yīng)器。 29 .要提高串聯(lián)反應(yīng)中間產(chǎn)物 P收率，優(yōu)先選擇 平推流

5、反應(yīng)器。 30 .主反應(yīng)級活化能小于副反應(yīng)活化能的平行反應(yīng)，宜采用 低溫操作。 31 .主反應(yīng)級活化能大于副反應(yīng)活化能的平行反應(yīng)，宜采用 高 溫操作。 Q0 32 .停留時間分布密度函數(shù)的歸一化性質(zhì)的數(shù)學(xué)表達式 』E(t)dt =1.0。 0 33 .定常態(tài)連續(xù)流動系統(tǒng)， F(0)= 0 ; F(8)=L。 t 34 .定常態(tài)連續(xù)流動系統(tǒng)，F(xiàn)⑴與E(t)的關(guān)系F (t)=[E(t)dt。 0 35 .采用無因次化停留時間后， E(。)與E⑴的關(guān)系為E(B) = fE(t)。 36 .采用無因次化停留時間后， F(0 )與F(t)的關(guān)系為F(9)=F(t) 。 37 .無因

6、次方差 仃：與方差仃：的關(guān)系為仃2=仃；/12。 38 .平推流反應(yīng)器的 哈 0 ;而全混流反應(yīng)器的

7、性好 和壽命長 。 46 .化學(xué)吸附的吸附選擇性要 高于 物理吸附的吸附選擇性。 47 .化學(xué)吸附的吸附熱要 大于物理吸附的吸附熱。 48 .化學(xué)吸附常為 單 分子層吸附,而物理吸附常為 多分子層吸附。 49 .操作溫度越高物理吸附 越弱 .化學(xué)吸附 越強 ; 50 . 在氣固相催化反應(yīng)中動力學(xué)控制包括 表面吸附、表面反應(yīng)和表面脫附 。 51 .固體顆粒中當(dāng)孔徑較大時以分子擴散為主,而當(dāng)孔徑 較小時以努森擴散為主。 52 .氣固相催化串聯(lián)反應(yīng)，內(nèi)擴散的存在會使中間產(chǎn)物的選擇性 下降。 53 .氣固相催化平行反應(yīng)，內(nèi)擴散的存在會使高級數(shù)反應(yīng)產(chǎn)物的選擇性 下降。 、計算分析題

8、1.在恒容條件下，反應(yīng) A+2B==R ,原料氣組成為 CA0 = CB0=100kmol/m3,計算當(dāng) Cb =20 kmol/m3時，計算反應(yīng)轉(zhuǎn)化率 xa、xb及各組分的濃度。 解：在恒容條件下： Xb=( Cbo- Cb )/ Cbo=0.8 由 Cao- Ca =( Cbo- Cb )/2 得到：Ca =20 kmol/m3=60 kmol/m3 Xa=( Cao- C a )/ Cao=O.4 2.等溫下在間歇反應(yīng)器中進行一級不可逆液相分解反應(yīng) A==B+C ,在5min內(nèi)有50%的A 分解，要達到分解率為 75%,問需多少反應(yīng)時間？若反應(yīng)為 2級，則需多少反應(yīng)時間?

9、 解：一級反應(yīng): A dxA 1 . 1 1 . t =Cao - r =- ln- 二一1； 1nd -Xa) 0 kCA0(1 - XA) k 1 - xA k t0.75 ,ln(1 -0.75) -t0.5 ln(1 -0.5) 二10min Xa 二級反應(yīng)：t _C dXA 1_ _JA_ t C A0 0 kCAo(1 -Xa)2 kCA0 1 -Xa t0.75 0.75 1 -0.5 1 -0.75 0.5 二15 min 2 3 .在間歇反應(yīng)器中進彳T等溫二級反應(yīng) A==B ,反應(yīng)速率：—「a =0.01CAmol/(L -S)

10、當(dāng)Cao 分別為1、5、10mo1/L時，分別計算反應(yīng)至 CA=0.01mol/L所需的時間。 解：在間歇反應(yīng)器中可視為恒容反應(yīng)可視為： —^CA = o 01CA dt t =10。CAT 當(dāng) CA0=1mol/L 時，t=9900s 當(dāng) CA0=5mo1/L 時，t=9950s 當(dāng) CA0=10mo1/L 時，t=9990s 4 .某一級氣相反應(yīng) A==2P,反應(yīng)速率常數(shù)k=0.5min\按下列條件進行間歇恒容反應(yīng)，1min 后反應(yīng)器內(nèi)的總壓為多少？反應(yīng)條件： (1)1atm純A; (2) 10atm純A; (3)1atm A和9atm惰 性氣體。 dx kt _0 5

11、 解：一級反應(yīng)： —A =k(1 - xa) xa -1 -e -1 -e =0.393 dt 6 a=(2-1)/1=1 n=no(1+ 6 a yAoXA尸 no(1+ yAoXA)P=Po (1+ yAoxA) (1) 1atm 純 A： yA0=1 P=Po (1+ yA0XA)=1.393atm (2) 10atm 純 A： yA0=1 P=Po (1+ yAoxA)=13.93atm (3) 1atm A 和 9atm 惰性氣體：yA0=0.1 P=Po (1+ yAoxA)=1O.393atm (4) 一級等溫反應(yīng) A==P ,活化能為83140J/mol,在平推

12、流反應(yīng)器中進行反應(yīng)，反應(yīng)溫度為 420K,反應(yīng)器體積為 Vp,如改為全混流反應(yīng)器，其體積為 Vm,為達到相同的轉(zhuǎn)化率 xa=0.6, (1)若反應(yīng)操作溫度相同，則 Vm/Vp之值應(yīng)為多少？ ( 2)若Vm/Vp=1,則全混 流反應(yīng)器的操作溫度應(yīng)為多少？ 解：(1) Vm =_^ ?_x^ VP n-FA^ln -^― kC Ao 1 ~■ Xa kC Ao 1 --Xa Vm XA 1 q qa —= / ln = 2.94 Vp 1 —Xa 1 —Xa k x 1 (2) Vm/Vp=1,同樣得到： 」m=——/ln = 2.94 kp 1 -Xa 1 —? Xa E

13、 km = koe 右 kp =ke E ■RTF E( 1 1 ) eTF =2.94代入數(shù)據(jù)得到：Tm=440K 5.平行反應(yīng): 其中P為目的產(chǎn)物，在等溫操作中，證明：采用全混流反 應(yīng)器最大產(chǎn)物濃度Cpma產(chǎn)Cao ；采用平推流反應(yīng)器最大產(chǎn)物 濃度 Cpmax= /(1+ Cao)。 6.液相反應(yīng) R(主反應(yīng)) A+B S(副反應(yīng)) o.6 八 1.2 rR=k1CA Cb 2.o八 o.2 rs=k2CA Cb 從有利于產(chǎn)品分布的觀點，(1)將下列操作方式按優(yōu)一劣順序排列，并說明理由。 (2)若 反應(yīng)活化能E1>E2,應(yīng)如何選擇操作溫度? 7. F(。)和E(。)分別為閉式流動反應(yīng)器的無因次停留時間分布函數(shù)和停留時間分布密度函 數(shù)。 (1)若反應(yīng)器為平推流反應(yīng)器，試求： (a)F(1); (b)E(1); (c)F(o.8); (d)E(o.8); (e)E(1.2) (2)若反應(yīng)器為全混流反應(yīng)器，試求： (a)F(1); (b)E(1); (c)F(o.8); (d)E(o.8); (e)E(1.2)