化学反应工程试题

1、乙烯直接水合制乙醇可视为对乙烯的一级不可逆反应，在300 ℃ 、7.09MPa下，k=0.09s-1,Deff=7.04×10-4cm2/s，采用直径与高均为5mm的圆柱形催化剂，求内扩散有效因子。

解： 由已知条件：对于不同形状的催化剂颗粒，西勒模数均可表示为: T300273.15K573.15K;P7.09MPa; kV0.09s1;Deff7.04104cm2/s

VppSgksVpkVC  SpDeffSpDeff

323

(2.510)(510)0.09  2(2.5103)22(2.5103)(5103)7.04108

0.942 111 th(3)3

1e30.942e30.9421

30.94230.942 0.942ee30.942

2、用阶跃法测定一闭式流动反应器的停留时间分布，得到离开反应器的示踪剂与时间0.693的关系如下： t,s 1234567915 5 5 5 5 5 5 0 00 CC(t),g/cm 3012456777.5 .0 .0 .0 .5 .5 .0 .7 .7 试求该反应器的停留时间分布及平均停留时间。 解：（1）由式（5.17）计算出反应器的停留时间分布，即： F(t)=C(t)/ C(∝)=C(t)/7.7 所得数据见下表所示： t015 25 35 45 55 65 75 91,s 5 00 00.0.0.0.0.(t) 09 1299 2597 5195 7143 将上述数据作图即为反应器停留时间分布。 根据F0.8442 0.9091 1.00 .00 1ttdF(t)t101

由右图可知，可用试差法得到t，使两块阴影面积相等。由图试差得t46s。

3、为了测定一闭式流动反应器的停留时间分布，采用脉冲示踪法，测得反应器出口物

料中示踪剂浓度如下： t,min 0 1 C(t),g0 /l 试计算： 0 2 3 3 5 4 6 5 6 7 3 8 2 9 10 1 0 6 4.5 （1） （1） 反应物料在该反应器中的平均停留时间t和方差。 （2） （2） 停留时间小于4.0min的物料所占的分率。 解：（1）根据题给数据用（5.13）式即可求出E(t)，其中m可由（5.14）式求得。本题可用差分法。

mQC(t)t(35664.5321)Qt(35664.5321)1Q30.5QQC(t)QC(t)C(t)m30.5Q30.5

然后按照（5.20）和（5.21）式算出平均停留时间和方差。此处用差分法，即：

tE(t)ttE(t)t （A） E(t)2t2t2E(t)tt22 (B)

为了计算t和，将不同时间下的几个函数值列与下表中：

将上述数据代入（A）和（B）式得平均停留时间和方差： T/min 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ∑ C(t)/g/l 0 0 3 5 6 6 4.5 3 2 1 0 E(t)/min1 E(t)△t 0 0 0.09836 0.1639 0.1967 0.1967 0.1475 0.09836 0.06557 0.03279 0 0.99988 tE(t)△t/min 0 0 0.1967 0.4917 0.7968 0.9835 0.8850 0.6885 0.5246 0.2951 0 4.852 tE(t)△t/min0 0 0.3934 1.475 3.147 4.918 5.310 4.8195 4.197 2.656 0 26.92 22 0 0 0.09836 0.1639 0.1967 0.1967 0.1475 0.09836 0.06557 0.03279 0 t4.852/0.999884.853mint226.924.85323.372min2t2/t3.372/4.85320.1432

（2）以E(t)～t作图（略），用图解积分法的：

所以，停留时间小于4.0min的物料占的分率为36.2%。

02F(4.0)4.0E(t)dt0.3624、已知某均相反应，反应速率-rA=kCA2，k=17.4mL/(mol·min)，物料密度恒定为0.75g/mL，加料流率为7.14L/min，CA0=7.14mol/L， 反应在等温下进行，试计算下列方案的转化率各为多少？

⑴ 两个体积0.25m3的全混流反应器串联；

⑵ 一个0.25m3的全混流反应器，后接一个0.25m3的平推流反应器； ⑶ 一个0.25m3的平推流反应器，后接一个0.25m3的全混流反应器； ⑷ 两个0.25m3的平推流反应器串联。

5、现有反应体积为1m的活塞流反应器两个，拟用来分解浓度为3.2kmol/m的过氧化氢异丙苯溶液以生产苯酚和丙酮。该反应为一级不可逆反应，并在86℃等温下进行，此时

-13

反应速率常数等于0.08s。过氧化氢异丙苯溶液处理量为2.4m/min。试计算下列各种情况下过氧化氢异丙苯溶液的转化率。

（1） （1） 两个反应器串联操作；

（2） （2） 两个反应器并联操作，且保持两个反应器的原料处理量相同，即均

3

等于1.2 m/min；

解：（1）两个反应器串联操作如图示：

总反应体积为：

3

3

VrVr1Vr2FA0将有关数据代入即得：

XA10XAfdXXAfdXdXAAAFA0FA0XA1(R)0(RA)(RA) AXAf1ek1e6、有一个反应器测其方差

0.0822.4/6098.17%

t2112.5min2,t15min，如果这个反应器可以用等体

积多釜串联模型来描述，并在这个反应器中进行液相反应A + B → 2R，已知rAkCACB，

CA0CB012mol/l，k1l/molmin，求反应器的出口转化率？

解：

2t2t2112.50.5152

21N2N

则每个反应器的停留时间为对第一个釜进行物料衡算

t157.5minN2

2CA0CA1(rA1)1CA1kCA11

27.5CA1CA110 整理得

解得CA10.30mol/l 同理对第二个釜进行物料衡算

2CA1CA2(rA2)2CA2kCA22

解得CA20.144mol/l

xACA0CA210.14485.6%CA01

v00.8l/min，

应用脉冲示踪法测定一容积为12 l的反应装置，进入此反应器的流体流速

在定常态下脉冲的输入80克的示踪剂A，并同时测其出口物料中A的浓度CA随时间的变化，

实测数据如下： t（min） 0 CA（g/l） 0

5 3

10 5

15 5

20 4

25 2

30 1

35 0

22t 试根据实验数据确定E（t）曲线的方差和。

)解：首先对实验数据进行一致性检验，此时应满足：

0CAdtM80C0100v00.8 ①分

2t05CAdt[02(541)4(3520)]1003 ①分

∴实验数据的一致性检验是满足的。 ∵

t2E(t)dtt20 ②分

t其中

V1215(min)v00.8 ①分

5 0.03

0.75

10 0.05 5

15 0.05 11.25

20 0.04 16

25 0.02 12.5

30 0.01 9

35 0 0

由数据计算得如下表： ②分 t（min）

0

E（t）=CA/C0 0 2

tE（t） 0

05t2E(t)dt[02(5169)4(0.7511.2512.50)]2633 ①分

∴

2t2263(15)238t2t2380.169152

①分

