师范类《化工基础》PPT课件 第七章化学反应工程基础习题解答.pptVIP

第四章习题 第七章习题 * 化工基础 College of Chemistry Materials * 下册P19：4，6 下册P44：3，4，7，9，11 4. 乙烷进行热裂解，其活化能为75kJ/mol，问923K时的分解速率比773K时的快多少倍？(设指前因子A为常数)。 解： 根据 不同温度下的速率常数之比为： 即923K时的分解速率比773K时快5.7倍。 6. 设某反应的速率方程式为rA=0.85cA2，其单位为kmol.m-3.s-1。当A的初始浓度分别为(1)1kmol.m-3；(2)5kmol.m-3，若要求A的残余浓度为0.01kmol.m-3，问各需要多少时间？当rA=0.05cA2 时，又如何？ 解：二级反应的浓度与反应时间的关系为： 速率常数为0.85时： cA0=1kmol.m-3时 cA0=5kmol.m-3时 速率常数为0.05时： 计算表明：当最终浓度很小时，反应时间与初始浓度的关系不大。 3. 在间歇搅拌釜式反应器中，用醋酸和丁醇生产醋酸丁酯，反应方程式为： 其反应物的配比为：n(醋酸)：n(丁醇)=1：4.97。假设反应物的密度在反应前后不变，均为750kg.m-3， 反应在373K时进行，转化率达50%时需34.5min，而加料、卸料、清洗等辅助时间为30min，现要求每天生产2400kg醋酸丁酯（分离损失不计），试计算反应釜的容积（φ=0.85）。 解： 醋酸、丁醇、醋酸丁酯的摩尔质量分别为60、74、 116。含1mol醋酸的初始溶液的体积为： 则醋酸的初始浓度为： 处理物料的流量为： 反应体积为： 实际的反应器容积为： 4. 在平推流反应器中进行等温液相反应：A+B→P，反应系二级反应，速率方程式为rA=kcAcB。在反应进行温度下反应速率常数k=0.97×10-3m3.kmol-1.min-1。cA=cB=4kmol.m-3。当反应物的体积流量qv=0.171m3.h-1时，试问：（1）要使反应物A的转化率xA=80%时，平推流反应器的有效容积为多少？（2）当其他条件不变时，xA为90%时，它的有效容积为多少？（3）当反应物A和B的初始浓度cA0=cB0=8kmol.m-3。而xA仍为80%时，它的有效容积为多少？ 解： 按二级反应在平推流反应器内的空间时间计算式有： 其中 cA0=cB0=4，xA=0.8时： cA0=cB0=4，xA=0.9时： cA0=cB0=8，xA=0.8时： 7. 在某全混流反应器中进行均相液相反应：A→P，其动力学方程为rA=kcA2，转化率为50%。（1）如果反应器体积为原来的6倍，其他保持不变，则转化率为多少？（2）如果体积相同，换成平推流反应器，其他保持不变，则转化率为多少？ 解： 在全混流反应器中进行的二级反应，其反应体积为： 反应器体积变为原来的6倍时，其转化率为xA’，则有 两式相比： 设换成相同体积的平推流反应器时，转化率为 ，则有： 与全混流反应器的计算相比为： 解得： 解得： 9. 醋酐按下式水解为醋酸：(CH3CO)2O+H2O→2CH3COOH。根据实验测定，反应为一级反应：rA=kcA。在288K时，反应速度常数k=0.0806min-1；在313K时， k=0.380min-1。现设计一全混流反应器，每天处理的溶液量为14.4m3，进料的醋酐初始浓度cA0=0.095kmol.m-3，试问： (1) 当醋酐转化率xA=80%时，反应温度为288K，反应器的容积为多少？ (2) 当温度提高到313K，反应器的容积取(1)所得容积时，醋酐转化率为多少？ (3) 当反应温度为288K，而醋酐转化率为90%时，反应器的容积应为多少？ (4) 改用平推流反应器，在288K时， xA为80%、90%时反应器容积各为多少？ (5) 288K时，选用等容积的两釜串联，xA为90%时，求每釜容积及总容积。 解： (1) 全混流反应器中：288K，xA=0.80时 醋酐水解为一级反应。物料的体积流量为： (2) 上述全混流反应器中：313K时 解得： (3) 全混流反应器中：288K，xA=0.90时 (4) 平推流反应器中：288K， xA=0.80、 xA=0.90时 xA=0.80： xA=0.90： (5) 两个等容釜串联：288K， xA2=0.90时 解得： * * * 化工基础 College of Chemistry Materials