化学反应工程（本）阶段练习二答案

化学反应工程（本）

阶段练习二

一、填空

1) 可逆反应的浓度效应为浓度愈低，转化率愈大，反应速率愈小。 2) 可逆吸热反应的温度特征为温度升高对动力学、热力学都有利，反应速率变大。

3) 可逆放热反应的温度特征为一定转化率下存在最优温度，反应速率最大。 4) 平行反应的浓度效应是：浓度升高有利于级数高的反应。 5) 平行反应的温度效应是：温度升高有利于活化能高的反应。 6) 串联反应的浓度效应是：任何使串连反应的反应物浓度下降、产物浓度上升的因素，对串连反应总是不利的。

7) 串联反应的温度效应是：温度升高有利于活化能高的反应。 8) 串联反应的重要特征是：存在最优反应时间和最大收率。 9) 对于膨胀因子大于零的气相反应，实际停留时间大于反应器的空时。

10) 空速的含义是单位时间单位反应器体积所能处理的物料量。单位是[时间]-1。

二、单选或多选题

12⑴在PFR中进行气相反应A?B?C，则膨胀因子 B 。

33a. ?A?2 b. ?A??2

c. ?B??23 d. ?B?23

⑵对自催化反应A?P?P?S而言，必然存在最优反应时间使反应的 b 最大。

a. 转化率

b. 反应速率

c. 收率

d. 选择率

⑶物料的混合现象按照混合发生的尺度大小可分为 A，C 。

a. 宏观混合 a. 反应极快

三、图解题

⑴根据下列图形，写出可能的反应

b. 分子扩散

c.微观混合 c. 宏观均匀

d.返混 d.预混合极快

⑷均相反应要求满足条件： B，D 。

b. 物系互溶

(?rA)?TcA ⑵

可逆放热 反应 平行（n1

四、计算题

⑴有一简单反应，原料A，产物为P，实验测得下列数据，已知cA0?1.89mol/l，

cP0?0。 时间（s） A转化量 0 0 180 0.20 300 0.33 420 0.43 1440 1.05 ∞ 1.58 试求：平衡转化率xAe和反应速率常数。 解：xAe?CA0?CA1.58??0.836 CA01.89xk10.836?e??5.1 k21?xe1?0.836对于可逆反应，有：K?C?CAe（k1+k2）?t?lnA0CA?CAe

CAe?CA0?C??0.31molL以第一组数据为例：

k1+k2?11.89?0.31ln?7.52?10?4 180(1.89?0.20)?0.31联立上述两式，可以求得：

k1?6.37?10?4s?1k2?1.25?10s

?4?1

同理，可以计算出其他实验数据的结果，去除偏差较大的，取平均值即可。

⑵在间歇釜式反应器中进行如下反应， 1 P+R

A k2 S 实验测得50℃时

cPcS恒为2，当反应10分钟后，A的转化率为0.50，反应时间

cPcS=3，

k 延长一倍，转化率为0.75，求k1和k2的值，又当温度提高10℃，测得试问哪个反应活化能大？两个反应活化能差多少？ 解：

A.已知50℃时cPcS恒为2，则可以判断平行反应n1?n2。

又根据反应转化率变化，10min时转化了50%，此时cA?0.5cA0；再反应10min，转化率75%，此时cA?0.25cA0，相当于又转化了0.5cA0的50%。可见达到相同转化率所需的时间相同，符合一级反应特征，则n1?n2?1。 设rp?k1cA,rs?k2cA,则lncA0?(k1?k2)tcArP(?rA)?(k1?k2)cA

将10min时数据代入：ln2?(k1?k2)?10?k1?k2?0.0693 又cPcS?2，即

rS?dcPdcS?cPcS?k1k2?2

可得k1?0.0462min?1,B.由75℃时又

cPcS?k1cPcSk2?0.0231min?1

?3，可见升温对主反应有利，则说明E1?E2。 k10k20)e(E2?E1)/RT

k2?(则

?cP?k10(E2?E1)/RT1(E2?E1)?11?()e???c??k2S?1R?20?T1T2???e?k3?cP?(10)e(E2?E1)/RT2k20??cS??211?2???4(E2?E1)??ln??8.314?????3.626?10??3??273.15?50273.15?75?

J/mol即ΔE=36.26（kJ/mol）

⑶在一活塞流反应器中进行下列反应

k1k2A???P???S

反应均为一级，已知k1?0.30min?1，k2?0.10min?1。A的进料量为3m3/h，且不含P与S。试计算P的最大收率和总选择性以及达到最大收率时所需反应器体积。

解：在串联反应中，存在cP,max即??k1k2(k2?k1) ?cA0()k2cp,maxk1k2(k2?k1)0.30.1(0.1?0.3)?()?()?0.577 maxcA0k20.1ln(k2又：t?k)1ln(0.1)optk?0.30.1?0.3?5.4932?k1则此时

xA?1?e?k1t?1?e?0.3?5.493?0.808???0.577

x??0.7145A0.808反应器体积为： VR?v0??3?5.49360?0.2747m3

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