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《化学反应工程》试题 二、计算分析题 在恒容条件下，反应A+2B==R，原料气组成为CA0=CB0=100kmol/m3，计算当CB =20 kmol/m3时，计算反应转化率xA、xB及各组分的浓度。 解：在恒容条件下：xB=( CB0- CB )/ CB0=0.8 由CA0- CA =( CB0- CB )/2得到：CA =20 kmol/m3=60 kmol/m3 xA=( CA0- CA )/ CA0=0.4 在恒压条件下，反应A+2B==R，原料气组成为CA0=CB0=100kmol/m3，计算当CB = 20 kmol/m3时，反应转化率xA、xB及各组分的浓度。 解：δB=(1-1-2)/2=-1;yB0=0.5 n=n0(1+ yB0δB xB) = n0(1-0.5 xB) 在恒压条件下：V=V0 n/n0= V0(1-0.5xB) CB =nB/V= nB0(1- xB)/[V0(1-0.5xB)]= CB0(1- xB)/ (1-0.5xB) xB=8/9 nA0- nA =( nB0- nB )/2 xA=( nA0- nA )/ nA0=( nB0- nB )/(2 nA0)= ( nB0- nB )/(2 nB0)=0.5 xB=4/9 串联-平行反应A+B==R，A+R==S，原料中各组分的浓度为CA0=2.0mol/L，CB0=4.0 mol/L，CR0=CS0=0，在间歇反应器中恒容操作一定时间后，得到CA=0.3mol/L，CR=1.5 mol/L，计算此时组分B和S的浓度。 解：在恒容条件下：ΔCA1= CB0-CB；ΔCA2= CS ；CR= (CB0-CB)-CS；CA0-CA=ΔCA1+ΔCA2 得到：CS=( CA0-CA- CR)/2=(2.0-0.3-1.5)/2=0.1 mol/L CB = CB0- CR-CS=4.0-1.5-0.1=2.4 mol/L 在间歇反应器中进行等温2级、1级、0级均相反应，分别求出转化率由0至0.9所需的时间与转化率由0.9至0.99所需时间之比。 解：在间歇反应器中： 0级反应：， 1级反应：， 2级反应：， 在等温恒容条件下进行下列气相反应：A→2R其反应速率方程为，试推导： 以A组分转化率xA表示的反应速率方程； 以总压P表示的速率方程。 假定原料组分为50%A和50%惰性气体，气体为理想气体。 解：（1） （2）δA=(2-1)/1=1 yA0=0.5 n=n0(1+ yA0δA xA) = n0(1+0.5 xA) xA=2n/n0-2=2P/P0-2 在间歇反应器中进行等温二级反应A==B，反应速率：当CA0分别为1、5、10mol/L时，分别计算反应至CA=0.01mol/L所需的时间。 解：在间歇反应器中可视为恒容反应可视为： 当CA0=1mol/L时，t=9900s 当CA0=5mol/L时，t=9950 当CA0=10mol/L时，t=9990s 试画出反应速率常数k与温度T的关系示意图。 解： lnk与1/T作图为一直线 某气相恒容反应在400K时的速率式为：MPa/h，（1）试问反应速率常数的单位是什么？（2）若速率式写成 kmol/(m3·h)，试问此反应的速率常数为多少？ 解：（1）反应速率常数的单位：(h·MPa)-1 （2） m3/( kmol·h) 等温下在间歇反应器中进行一级不可逆液相分解反应A==B+C，在5min内有50%的A分解，要达到分解率为75%，问需多少反应时间？若反应为2级，则需多少反应时间？ 解：一级反应： 二级反应： 液相自催化反应A==B的速率方程为mol/(L·h)，在等温间歇釜中测定反应速率，CA0=0.95mol/L，CB0=0.05mol/L，经过1小时后测得反应速率最大值，求该温度下反应速率常数k。 解：CB=CA0+CB0-CA=1-CA 反应速率最大时：，得到CA=0.5 mol/L 对反应速率式积分得到，代入数据得到k=2.944 L/(mol·h) 对于气相反应：A→3P 其反应速率方程为-rA=kCA，试推导在恒容条件下以总压P表示的反应速率方程。假定原料为50%A和50%惰性组分，气体符合理想气体。 解： 在恒容条件下 δA=(3-1)/1=2 yA0=0.5 n=n0(1+ yA0δA xA) = n0(1+ xA) xA=n/n0-1=P/P0-1 对于气相反应：A→3P 其反应速率方程为-rA=kCA，在一平推流反应器