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管式反应器课后习题
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化学反应工程试卷1答案
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化学反应工程第三次课
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你可能喜欢【习题2-27】在两串联的全混流反应器中进行一级；【习题2-28】两种液体依次进入一全混釜反应器与；【习题2-29】反应物按一级反应A→R分解，已知；12?B???C，k1=0.25h-1，k2=0；h-1，在原料中只有Ａ，CA0=40mol/m3；(1)若采用平推流反应器进行上述反应，要使Ａ的转；(2)若改用全混流反应器，为使Ａ的转化率达50％；【习题2-
【习题2-27】在两串联的全混流反应器中进行一级液相反应。 证明当两反应器大小相同时，两只反应器的总体积最小。
【习题2-28】两种液体依次进入一全混釜反应器与一只平推流反应器进行基元反应
A+B→R+S，B大大过量，可视为一级反应。现为提高产量，有人提出调换两反应器进料次序，请问这样做是否有用？
【习题2-29】反应物按一级反应A→R分解，已知有两种进料：⑴.CA0=1，FA0=1；⑵.CA0=2，FA0=2,并且都须反应到CAf =0.25，求在平推流反应器用进料 ⑴所需的体积V1，如用两种进料, 为使总的反应器体积最小，而CAf的值仍为0.25，这两种进料应该怎样接触？
12?B???C，k1= 0.25 h-1，k2 = 0.13 【习题2-30】请考虑下述液相连串反应：A??kK
h-1，在原料中只有Ａ，CA0= 40 mol/m3，CB0 = CC0 = 0。反应混合物的比重为一常数。
(1) 若采用平推流反应器进行上述反应，要使Ａ的转化率为50％，停留时间应为多少？ 在反应器的出口处B的浓度CB为多少？
(2)若改用全混流反应器，为使Ａ的转化率达50％，平均停留时间应为多少？在反应器的出口处B的浓度CB为多少？
【习题2-31】在298K下进行液相反应Ａ＋Ｂ→Ｃ，反应速度方程为：rA=kCACB，反应速度常数k=9.92 m3/(kmol?ks)。液体进料速度为 0.278 m3/ks，Ａ和Ｂ的初始浓度相同，均为0.08 kmol/m3，要使Ａ的转化率达87.5％，试用代数法求解下述三种情况中所需的反应器体积：(1)反应在单个全混流反应器中进行；(2)两个等体积的全混流反应器串联使用；(3)三个等体积的全混流反应器串联使用。
【习题2-32】在上题中我们使用等体积的全混釜串联，并与单个釜的情况进行了比较。当选用两个等体积全混釜串联时，两个釜的总体积为6.72m3。如果所有的条件都与上题相同，总转化率仍要求达到87.5％，但采用两个大小不同的全混釜串联使用，那么这两个釜的最小总和体积是多少？两个釜各自的体积为多少？
【习题2-33】请考虑乙醛的气相分解反应：CH3CHO→CH4+CO 该反应是一个二级反应，用恒温恒容间歇反应器进行此反应发现：当乙醛的初始压力为1.013×10 5 Pa，反应温度为791K时，经过197秒后反应器的总压增加50％。现改用平推流反应器进行此反应。反应温度仍为791K，反应物料仍为纯乙醛，进料速度为120 (l/min)，压力为1.013×10 5 Pa，那么要使乙醛的转化率达到80％，反应器的体积应为多少？假设在该反应条件下乙醛的分解反应是不可逆的，且反应器进口和出口之间的压降可以忽略不计。
12【习题2-34】一个等温连串基元液相反应：A???B???C，在一全混釜中进行，kK
反应器体积V=3升，进料速度为2升/分，初始浓度CA0= 4 mol/l，CB0=CC0=0。且k1=0.5 min-1，k2=0.25 min-1，计算反应器出口浓度CAf、CBf、CCf及A的转化率。
【习题2-35】有一液相反应A+B→R+P在恒温下进行。在此温度下的动力学方程为 rA=kCA2， 已知k =2.9×10-7 m3/(mol?s)，设进料中A和B的摩尔比为1/4.97，在反应中物料的密度不变，为750kg/m3，今有容积为0.5m3的反应釜一只，0.25m3的两只，0.5m3的反应管两根， 假设釜内为全混流，在管内物料的流动属平推流。若每天处理A的量为2160 kg, 各组份的分子量分别为MA=60，MB=74，MR=116，MS=18，那么： ⑴用三个釜独立的间歇操作, 各釜的装料系数为 0.85，各釜的反应时间相同，每批的辅助生产时间为30分钟，问每天生产R为多少？⑵ 用三个釜独立的进行连续满釜操作，问每天生产R为多少？⑶ 两根0.5m3的反应管(可视为平推流)并联，问每天生产R为多少？
【习题2-36】A按二级动力学反应，在单个全混流反应器中的转化率95％，如果再有一个相同的反应器与之并联或串联，在相同的最终转化率下，处理量各可增加多少倍？
1?B 【习题2-37】在两只串联的全混流反应器中，液相反应物A生成R和S：A??k
K2A???C，反应可视为基元反应。进料仅含A，CA0=1mol/l，已知第一只反应器中的物料组成为CA1=0.4 mol/l，CR1= 0.4mol/l，CS1=0.2mol/l，求第二只反应器出口物料组成。(注：第一只反应器空时为2.5分，第二只反应器空时为5分。)
12?R???S，k1= k2 =0.1分-1，【习题2-38】 在适当的条件下A按下式分解：A??kK
原料的浓度CA0=1 mol/l，CR0=CS0=0，以1000l/hr的进料速率生产R，为使R的收率最大，⑴ 要使用多大的平推流反应器？CRmax=？⑵ 要使用多大的全混流反应器？CRmax=？
【习题2-39】 基元二级液相反应2A→R，在循环比为1的等温平推流反应器中进行，转化率2/3，问没有循环时转化率可达多少？
【习题2-40】 甲苯加氢脱甲烷反应如下 C6H5CH3+H2→C6H6+CH4，简写为A＋B→C＋D，
－在温度为628℃时，该反应的反应速度为：rA=78.92×103CACB0.5 mol/(l?s)；如果反应
是在一个循环比很大的循环流反应器中进行，压力为55.12×10 5 Pa，进反应器的原料中氢气与甲苯的摩尔比为3.4∶1，平均停留时间为30.1s，试求甲苯的转化率。
【习题2-41】 在一全混流反应器中进行一级不可逆液相反应Ａ→Ｂ。反应器的体积为Ｖ，原料为纯Ａ，进料速度为Q0，转化率为xA，速度常数为k；(1) 如果将50％产物循环至反应器入口，并将进料速度减至0.5Q0，那么在反应器的出口处Ａ的转化率与没有循环时相比有什么变化？(2) 如果循环比仍如(1)所述，但进料速度改为 Q0那么在反应器的出口处Ａ的转化率与没有循环时相比有什么变化？
【习题2-42】自催化反应Ａ→Ｂ，于等温平推流反应器中进行，rA=kCACB，反应器出口产物分成两路，一部分作产物提纯，另一部分循环物料的量是产物量的R倍，循环物料与新鲜原料混合进反应器，已知新鲜原料液中Ａ的浓度为a0，其余为惰性溶剂，要求反应的转化率为 90％，求使反应器体积最小时的循环比Ropt。如果循环比R=0.2，则反应器体积是最小体积时的多少倍？
【习题2-43】 一级不可逆液相反应Ａ→Ｐ，进料温度为 150℃，活化能为83684 J/mol， 在平推流反应器中进行反应，反应器体积为ＶP，如改成全混流反应器，其体积为Ｖm， 为达到同样转化率 xA = 0.6 和 0.9，则Ｖm/Ｖp之值应如何？又若转化率为 xA = 0.6和 0.9 时，为使Ｖm/Ｖp=1，反应系统的温度应作如何变化？
【习题2- 44】 乙醛气相分解生成甲烷与一氧化碳：CH3CHO→CH4＋CO，0.1kg/s 的乙醛蒸汽在520℃，0.1MPa于平推流反应器中分解，已知反应对于乙醛为二级不可逆反应，k = 4.3 m3/(kmol?s)
计算：(1) 35％乙醛分解所需反应器体积；(2) 90％乙醛分解所需反应器体积；(3) 计算(1)、(2)条件下的操作态空时和空速；(4) 若为全混流反应器，则(1)，(2)的结果如何？
【习题2-45】 下述基元反应中,Ｒ是目的产物，定性说明为得到高的收率， 应如何进
k1k2行这一反应。 A???R???Sk32A???T
12【习题2-46】 复杂反应 A???R???Skkk3A???S
n1=2，n2=1，n3=0，
E1=25，E2=15，E3 = 45，如何选择反应器及操作条件，使有利于目的产物Ｒ的生成。
【习题2-47】有一液相复杂反应，原料A的浓度CA0=6mol/l，流量Q0=1 l/s， 在室温下测其反应速度rA与CA的关系如下，求转化率达83.3％时所需的平推流反应器体积。 CA0
【习题2-48】全混流反应器中进行一均相液相反应，A→R，rA=kCA2，转化率50％， ⑴如果反应器体积为原来的六倍，其它保持不变，则转化率为多少？ ⑵如果是体积相同的平推流反应器，其它保持不变，则转化率为多少？
【习题2-49】一平行分解反应A→S
A→T，rS =2CA，rR=1，rT =CA2， 在下列反应器中进行：⑴全混流反应器；⑵平推流反应器。已知CA0=2mol/l，预测CSmax为多少？
【习题2-50】用一只20升的全混流反应釜，进行一级分解反应：A→R， A→S
rR= (4/hr)CA，rS = (1/hr)CA，为获得最大利润，求每小时反应物的进料量及转化率。已知CA0=1mol/l，进料 A的价格为 0.5美元/mol，产品R的售价为5美元/mol，S没价值，反应器和产物分离器的总操作费为：25美元/时+1.25美元/(molA进料)，未反应的A不循环使用。
【习题2-51】对一可逆放热反应，从热稳定观点如何考虑散热方案，请用Q～T图表示之。
【习题2-52】均相气相反应Ａ→3Ｐ，服从二级反应动力学，在 5atm、350℃和Q0=4m3/hr下，用一个2.5cm内径，2m长的实验反应器能获得60％的转化率。为设计工业规模反应器，当处理量为320 m3/hr，进料含50％A，50％惰性组分，在25atm，350℃下反应，为获80 ％的转化率，问：⑴需用2.5cm内径，2m长的管子多少根？⑵这些管子应串联还是并联连接。
【习题2-53】在平推流反应器中进行液相反应 Ａ→Ｂ，反应压力为2大气压(绝)， 进料流率600 kmol/ks，进料温度200℃，Ａ、Ｂ的比热都10.04cal/mol,Ａ的比容为0.056 m3/kmol，在200℃时的反应热为(－△HA)=3585 kcal/kmol，反应速度常数为： k=110+0.8 (T-200)，式中T的单位是℃，k的单位是ks-1，反应器为绝热操作，最高允许温度为400℃，试求在反应达到400℃时，所需反应器体积为多少？
【习题2-54】在一间歇反应器中进行某液相反应 Ａ→Ｂ，A→Ｃ， rB=k1CA ，k1=20ks，rC =k2CA2，k2=2
m3/(kmol?ks)，原料中Ａ的浓度为 2kmol/m3，当A的转化率xA=0.5时终止反应，计算此时反应器中的物料浓度各为多少？
【习题2-55】在全混流反应器中进行一强放热反应，研究其热稳定性时得下图， 图中
Qg线代表反应放出的热量速率，直线QT代表散失或移去热量的速率。假定操作过程为绝热过程：⑴请指出真、假稳定操作点及相应的操作温度；⑵说明目前操作下的进料温度；⑵说明目前操作下的进料温度；
【习题2-56】在平推流反应器中进行反应：Ａ＋Ｂ→Ｃ，Ａ和Ｂ等摩尔在450℃和常压下进入反应器。试分别计算在恒温和绝热两种情况下，为使Ａ的转化率达10％所需的停留时间τ。已知数据如下：
rA=107.5exp(-13848/T)
－△HA= 125.6 kJ/mol
J/(mol?K) CPA=154.1
J/(mol?K)，CPC=249.1 J/(mol?K)
【习题2-57】在全混流反应器中进行可逆反应：Ak1
k2B反应原料为纯Ａ。已知正、
逆反应速度常数及Ａ和Ｂ的热容分别为：CPA=1225 J/(mol?K)，CPB=1172J/(mol?K)，
－－k1=8.83×104exp(－6290/T)s1，k2=4.17×1015exp(－14947/T)s1。试回答下述问题：
(1) 该反应是放热反应还是吸热反应？其标准反应热△H0298为多少？
(2) 在340K，Ａ的最大转化率为多少？
(3) 在340K，如果停留时间为480s，那么转化率为多少？
(4) 如果停留时间保持为480s，画出在320K至370K之间转化率和温度的关系曲线。
(5) 如果停留时间为480s，为使Ａ的转化率达到最大值，那么入口温度应为多少？
【习题2-58】在内径为75平推流反应器中，进行丁烯脱氢制丁二烯的反应：
C4H8→C4H6+H2+26360kcal/kmol
丁烯与水蒸汽以1：10(mol比)的比例混合均匀预热至650℃后,进入反应器，流量为5kmol/h。由于该反应为吸热反应，反应管外以800℃的等温热源供热，载热体与反应
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