问答题和习题.docx
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问答题和习题
习题
简述Langmuir等温吸附方程的基本特点。
试回答弗隆德里希（Freundlish）真实吸附理论
什么是自催化反应？
什么是全混流假定？
简述连续流动釜式反应器的特点
简述理想管式反应器的特点？
什么是拟一级反应，有什么作用？
对大部分反应来说，返混可使转化率降低，试用所学知识讨论如何减少气液鼓泡反应器返混。
停留时间分布函数F（t）的含义？
停留时间分布密度函数E（t）的含义？
简述改善颗粒内传质的措施。
C2H4，H20LC2H5OH是可逆放热反应，如何优化管式反应器温度？
试描述催化剂在催化反应中的作用。
简述气一固相催化反应的动力学步骤？
串连反应Ak1>Pk2>S，P组分是目的产物，主反应活化能小于副反应活化
能，考虑收率和产量要求，如何优化反应器温度?
试简述丹克莱尔（Damkohler）准数物理意义，并写出其表达式
在管式反应器中400C等温下进行气相均相不可逆吸热反应，该反应的活化能等
于39.77kJ/mol。
现拟在反应器大小，原料组成和出口转化率均保持不变的前提下（采用等温操作），增产35%，请你确定一具体措施（定量说明）。
设气体在反应器内呈活塞流。
在进行一氧化碳变换反应动力学研究中，采用E106催化剂进行试验，测得正反应活化能为9.629104J/mol，如果不考虑逆反应，试问反应温度是550E时的速率比反应温度是400°C时的反应速率大多少倍？
氧化碳变换反应:
CO（A）H2O（B）>CO2（C）H2（D）
在较低温度下，其动力学方程可表示为：
.一一kpAPB
r
1FaPabePc
以苯甲酸为示踪剂，用脉冲法测定一反应体积为1735cm3的液相反应器的停留时间分布，流体流量为40.2cm3/min，示踪剂用量为4.96g,不同时刻出口流体中示踪物的浓度c（t）如表所示。
若用多釜串联模型来模拟该反应，试求模型的参数N。
在温度25C时，当温度升高10C反应速率增加一倍，则该反应活化能应为多少?
拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应：
CH2CI—CH2OH+NaHCO3—CH2OH—CH2OH+NaCI+CO2
以生产乙二醇产量为20kg/h,使用15%（重量）的NaHCOs水溶液及30%（重量）的CH2CI—CH2OH水溶液作原料，反应器装料中CH2CI—CH2OH和NaHCOs的摩尔比为1:
1,混合液的比重为1.02g/cm3，该反应对CH2CI—CH2OH和NaHCO3均为1级，在反应温度下反应速率常数为5.2I/（moI•h），要求转化率达95%，试问：
（1）若辅助时间为0.5h，试计算反应器的有效体积。
（2）若装填系数取0.75,试计算反应器的实际体积。
用脉冲示踪法测得实验反应器的停留时间分布关系如表所示：
t（s）
1
2
3
4
5
6
8
10
15
20
30
41
52
67
c（t）
9
57
81
90
86
77
67
47
32
15
7
3
2
1
今有一液相反应，AB>P，已知Ca°LCb。
，若此反应在具有相同平均停留时
间的PFR中进行，该转化率可达99%，计算：
（1）该反应器中的平均停留时间及方差？
（2）若实验反应器以多釜串联模型描述，则可达到的转化率为多大？
合成聚氯乙烯所用的单体氯乙烯，多是由乙炔和氯化氢以氯化汞为催化剂合成得到，反应式
如下：
C2h2hcic=HCHCI
由于乙炔价格高于氯化氢，通常使用的原料混合气中氯化氢是过量的，设其过量10%
若反应器出口气体中氯乙烯摩尔分数为90%试分别计算乙炔的转化率和氯化氢的转化率。
（6分）
气相二甲醚热分解反应可以通过管式反应器的压力变化来研究。
在504°C和41.59
kPa的初压下得到如下数据：
t（s）
390
777
1195
3155
QO
Pt（kPa）
54.39
65.05
74.91
103.84
124.10
起始时只有醚存在，其反应为
（ch3）2o>ch4h2co
（A）（B）（C）（D）
试确定分解速率方程。
用脉冲法测定一流动反应器的停留时间分布，得到出口流中示踪剂的浓度c（t）与
时间t的关系如下：
t/min
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
c（t）/（g/m3）
0
1
4
7
9
8
5
2
1.5
1
0.6
0.2
0
试求该反应器平均停留时间和方差
在银催化剂上进行乙烯氧化反应以生产环氧乙烷，进入催化反应器的气体中各组分的摩尔分数分别为C2H415%,027%,CO210%,Ar12%,其余为N2。
反应器出口气体中含C2H4和02的摩尔分数分别13.1%,4.8%。
试计算乙烯的转化率、环氧乙烷收率和反应选择性。
C2H4+1/202、C2H4O
C2H4+3O2=2CO2+2H20
等温下进行醋酸（A）和丁醇（B）的酯化反应:
CHCO£H9C-HOH3CH+C9OOCHHO
醋酸和丁醇的初始浓度分别是为0.2332和1.16kmol/m3。
测得不同时间下醋
酸转化量如下：
时间
（h）
醋酸转化量
（kmol/m3）
时间
（h）
醋酸转化量
（kmol/m3）
时间
（h）
醋酸转化量
（kmol/m3）
0
0
3
0.03662
6
0.06086
1
0.1636
4
0.04525
7
0.06833
2
0.02732
5
0.5405
8
0.07698
试求该反应的速率方程。
在210C等温下进行来硝酸乙酯的气相分解反应：
11
C2H2NO2>NO—CH3CHO—C2H3OH
22
该反应为一级不可逆反应，反应速率常数与温度的关系为：
k=1.3910exp（-1.897104/T）（s）,
（1）若反应是恒容下进行，系统起始总压为0.1013MPa,采用是纯亚硝酸乙酯,试计算亚硝酸乙酯分解率为80%时，亚硝酸乙酯的分解速率及乙醇的生成速率。
（2）若采用恒压反应，乙醇的生成速率又是多少？
（13分）
在一恒容间歇反应器中进行下列液相反应:
AB—；R
rR=1.6cAkmo/l（3m）h
2A—；D
rD=8.2cAkmo/l（%）h
式中「R,「D分别表示产物R及D的生成速率。
反应用的原料为A与B的混合物，其中A的浓度为2kmol/m3，试计算A的转化率达到95%时的需的反应时间。
在等温间歇反应器中进行如下液相反应:
AB>PR
实验数据如表所示：
33
cA0=0.307kmol/m，cB0=0.585kmol/m
t（h）
0
1.15
2.90
5.35
8.70
cA（kmol/m3）
0.307
0.211
0.130
0.073
0.038
求：
反应动力学方程
以苯甲酸为示踪剂，用脉冲法测定一反应体积为1735cm3的液相反应器的停留时间分布，流体流量为40.2cm3/min，示踪剂用量为4.96g,不同时刻出口流体中示踪物的浓度c（t）如表所示。
若用多釜串联模型来模拟该反应，试求模型的参数N。
t/min
c（t）103
c（t）103
c（t）103
/（g/cm3）
/（g/cm3）
t/min
/（g/cm3）
t/min
10
0
45
2.840
80
0.300
15
0.113
50
2.270
85
0.207
20
0.863
55
1.735
90
0.131
25
2.210
60
1.276
95
0.094
30
3.340
65
0.910
100
0.075
35
3.720
70
0.619
105
0.001
40
3.520
75
0.413
110
0
在473K等温及常压下进行气相反应：
（1）A—；3RrR=1.2cAmo/（LLmin）
（2）A>2S
rS二0.5camo/（|_Lmin）
（3）A「.TrT=2.1camo/（|_Lmin）
式中ca为反应物A的浓度（mol/L）,原料中A和惰性气体各为一半（体积比），试求当A的转化率达到85%时，其转化速率是多少？
某气相一级反应A>2RS在等温、等压的实验室反应器内进行，原料含A75%（摩尔分率），惰性气体25%,经过8min后其体积增加了1倍，求此时的转化率及该反应在此温度下的速率常数。
用阶跃法测定某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物浓度与时间的关系如下：
C（T）
17
试求：
0123t（min）
1）该反应器的停留时间分布函数F（t）及分布密度E（T）；
2）数学期望•和方差二2（）及二2⑴;
3）若用多釜串联模型来模拟该反应器，则模型参数是多少？
4）若在此反应器内进行一级不可逆反应，k=1min-1,且无副反应，试求
反应器出口转化率。
在等温下进行液相反应A+B-C+D，在该条件下的反应速率方程为：
（—rA）=0.8cA5cB.5mol/（ll_min）
若将A和B的初始浓度均为3mol/L的原料混合在间歇反应器中进行反应，求反应4min时A的转化率。
在等温间歇反应器中进行如下液相反应：
AB>PR
实验数据如表所示：
33
cA0=0.307kmol/m，务=0.585kmol/m
t（h）
0
1.15
2.90
5.35
8.70
cA（kmol/m3）
0.307
0.211
0.130
0.073
0.038
求：
反应动力学方程
在催化剂上进行三甲基苯的氢解反应：
CeH3（CH3）3H2>CeH4（CH3）2CH4
CeH4（CH3）2H2>C6H5CH3CH4
反应器进口原料气组成为66.67%H2，33.33%三甲基苯。
在O.IMPa及523K下
等温反应，当反应器出口三甲基苯的转化率为80%时，其混合气体的氢含量为
20%，
试求：
（1）此时反应器出口的气体组成。
（5分）
（2）若这两个反应的动力学方程分别：
（-rA）=6300cAcB.5kmo/l（3m）h
「e二3400cccB.5kmo/l（%）h
则出口处二甲基苯的生成速率是多少？
在全混流反应器中进行下列反应
A+BL邑R+S
k2
已知k^7.0m3/（kmoLmin）,k2=3.0m3/（kmolLmin），A和B体积流量为
0.004m3/min，加入物料中A和B的浓度为2.8kmol/m3与1.6kmol/m3，且Vr=0.12m3，求B的转化率为多少？
（8分）
设有反应A—B+D，其反应步骤表示如下：
（1）A；「二Ac
（2）A、「BeD
（3）B==Bc
若
（1）是速率控制步骤，试推导其动力学方程。
在PFR中于650C等温条件下进行丁烯氧化脱氢反应生产丁二烯
C4H8rC4H6亠H2
（A）（B）（C）
反应速率方程：
3
（-「a）二kpAkmol/（m?
i）
原料气为丁烯和水蒸气的混合物，其摩尔比为0.5。
操作压力为0.10133MPa,在
650r时，k=106.48kmol/（h?
m3?
MPa）,若要求丁烯转化率为0.9，空时为多少？
在容积为2.5m3的理想间歇反应器中进行液相反应
AB>P
反应维持在75°C等温操作，实验测得反应速率方程式为
（-rA）二kcAcBkmol/（LLs）
k=2.78103L/（molLs），当反应物A和B的初始浓度cA0=cB0=4mol/L,而A
的转化率xA=0.8时，该间歇反应器平均每分钟可处理0.684kmol的反应物A。
今若将反应移到一个管径为125mm的理想管式反应器中进行，仍维持75C等温操作，且处理量和所要求转化率相同，求所需反应器的管长。
在银催化剂上进行乙烯氧化反应：
2C2H4O2>2C2H4O
其反应步骤可表示如下：
（1）A；「二A二
（2）B22；「二2B二
（3）A；「B；:
.：
二Rr；「
（4）B；:
「：
=B亠匚
若是第三步是速率控制步骤，试推导其动力学方程
甲烷与水蒸气在镍催化剂及750°C等温下的转化反应为
CH42H2O>CO24H2
原料气中甲烷与水蒸气的物质的量比为1:
4,若这个反应对各反应物均为I级。
1）反应在恒容下进行，系统的初始总压为0.1013MPa,当反应器出口的CH4转化率为80%时，试求CO2,H2的生成速率。
2）反应在恒压下进行，其他条件如
（1）,CO2的生成速率又是多少？
在管式反应器中400C等温下进行气相均相不可逆吸热反应，该反应的活化能等
于39.77kJ/mol。
现拟在反应器大小，原料组成和出口转化率均保持不变的前提下（采用等温操作），增产35%，请你确定一具体措施（定量说明）。
设气体在反应器内呈活塞流。
在Pt催化剂上进行异丙苯分解反应:
以A，B及R分别代表异丙苯，苯及丙烯，反应步骤如下：
（1）A；丁二A"
（2）A；丁二B匚R
（3）uB匚
若表面反应为速率控制步骤，试推导异丙苯分解的速率方程。
在理想混合反应器中进行液相反应：
A+B-R,反应物中A与B按等分子比配成，其反应速率方程为g=kvCACB=kvCA2，其速率常数kv=9.92m3/（kmol•s），加料速率为0.27m3/s，反应物A的初始浓度为0.08kmol/m3,反应维持在25C的等温条件下进行，当A的转化率为87.5％时，试用分析法计算下列三种情况下的反应体积：
（1）单个反应器；
（2）两个等体积反应器串联操作；
（3）三个等体积反应器串联操作。
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