大连理工大学反应工程2_5章习题课_1

《《反应工程反应工程》》习题课习题课2.化学反应动力学基础2.1在一等温等压管式反应器中进行下述气相反应：2SO2+O2─→2SO3(2A+B─→2C)原料气中含25%SO2和75%空气，总压为2000kPa，反应温度为532K试推导各组分浓度与xA的关系式解】原料气中SO2（A）的初始分压：pA0=20000.25=500kPa原料气中O2（B）的初始分压：pB0=20000.750.21=315kPa原料气中SO3（C）的初始分压：pC0=0kPa原料气中N2（I）初始分压：pI0=20000.750.79=1185kPa可见，反应组分中O2过量，选取SO2（A）为关键组分气相体系中各组分的分压与摩尔数成正比，yA0=0.25化学计量系数分别为：a=2b=1c=2膨胀因子：A=(-2-1+2)2=-0.5膨胀率：A=yA0A=0.25(-0.5)=-0.125所以，B=71.22113.04=0.63C=0I=267.91113.04=2.372.2在管式反应器中进行下述气相反应：2A+B─→C+D假定A和B按化学计量比混合，惰性气体的体积流量为原料总流量的50%。

已知：反应器入口压力为2atm，温度为400K，出口压力为2atm，温度500K求转化率为80%时各组分的浓度解】a=2b=1c=1d=1选取A为关键组分，B=0.5C=0D=0因原料气中惰性气体占50%，I=32=1.5，yA0=2(2+1+3)=13A=(-2-1+1+1)2=-0.5A=yA0A=13(-0.5)=-0.167总压力pt=21.013105=2.026105PapA=yApt=0.0772.026105=1.56104PapB=yBpt=0.03852.026105=7.8103PapC=yCpt=0.1542.026105=3.12104PapD=yDpt=0.1542.026105=3.12104PapI=yIpt=0.57752.026105=1.17105Pa2.3乙烷裂解反应的活化能为300kJmol-1，该裂解反应在650C的反应速率是500C时的多少倍？3.理想反应器3.1在间歇反应器中进行反应A→R，其速率方程为：moll-1h-1，组分A的初始浓度CA0为1moll-1求反应1h后A的转化率。

解】首先推导操作方程：3.2气相反应：AcC在一等温等压的CSTR反应器中进行其反应速率方程为(-rA)=k(CA-CCK)试推导组分A的转化率xA与空间时间t的关系式解】a=1c=cA=(-1+c)1=c-1yA0=1C=0A=yA0A=c-11+AxA=1+(c-1)xA3.3液相2级不可逆等温反应（-rA=kCA2）拟在连续操作的反应装置中进行已知20C时，k=10m3·kmol-1·h-1，CA0=0.2kmol·m-3，进料流量为2m3·h-1比较下列各方案，哪个方案转化率最大？（1）VR为4m3的活塞流反应器；（2）PFR后串联一个CSTR，体积均为2m3；（3）CSTR后串联一个PFR，体积均为2m3；（4）二段CSTR，体积各为2m3；（5）两个CSTR并联，体积均为2m3求得：xAf=0.83.4在CSTR中进行某液相反应：A→C(-rA)=kCA组分A的转化率为20%现拟选用PFR-CSTR反应器组进行该反应，并要求转化率达到80%试求PFR的体积应为CSTR的多少倍【解】根据CSTR的操作方程：第二段为CSTR时：xA1=0.75第一段为PFR：PFR与CSTR的体积比：3.5某气相反应A3P的反应速率方程为：moll-1s-1。

该反应在一管式反应器进行原料气体中组分A的初始浓度为CAO=0.0625moll-1，要求组分A的最终转化率xAf=80%试计算：(1)反应所需要的空间时间t2)如果进料中含50%惰性气体，但组分A的初始浓度仍为0.0625moll-1，则反应所需要的空间时间变为多少？(3)比较原料气中有和无惰性气体时空间时间的相对大小，并分析原因3.6在循环操作的PFR中进行气相不可逆2级反应2A─→R当循环比=1时，组分A的转化率为60%，原料为纯组分A试求操作改为不循环时组分A的转化率变为多少？【解】根据循环操作的PFR操作方程：不循环操作时：xA=0.68知识回顾知识回顾KnowledgeKnowledgeReviewReview。