1.串聯-A+B==R，A+R==S，原料中各組分的濃度為CA0=2.0mol/L，CB0=4.0mol/L，CR0=CS0=0，在間歇反應器中恒容操作一定時間后，得到CA=0.3mol/L，CR=1.5mol/L，計算此時組分B和S的濃度。在恒容條件下：ΔCA1=CB0-CB；ΔCA2=CS；CR=(CB0-CB)-CS；CA0-CA=ΔCA1+ΔCA2得到：CS=(CA0-CA-CR)/2=(2.0-0.3-1.5)/2=0.1mol/LCB

=CB0-CR-CS=4.0-1.5-0.1=2.4mol/L反應工程習題1

在等溫恒容條件下進行下列氣相反應：A→2R其反應速率方程為，

試推導：

(1)以A組分轉化率xA表示的反應速率方程；

(2)以總壓P表示的速率方程。

假定原料組分為50%A和50%惰性氣體，氣體為理想氣體。解：（1）（2）δA=(2-1)/1=1yA0=0.5

n=n0(1+yA0δAxA)

=n0(1+0.5xA)xA=2n/n0-2=2P/P0-2反應工程習題1

某氣相恒容反應在400K時的速率式為：

MPa/h，（1）試問反應速率常數的單位是什么？（2）若速率式寫成kmol/(m3·h)，試問此反應的速率常數為多少？解：（1）反應速率常數的單位：(h·MPa)-1（2）

m3/(kmol·h)反應工程習題1

在間歇反應器中進行等溫2級、1級、0級均相反應，分別求出轉化率由0至0.9所需的時間與轉化率由0.9至0.99所需時間之比。解：在間歇反應器`中：

0級反應：1級反應：2級反應：，

，

，

反應工程習題1

液相自催化反應A==B的速率方程為

mol/(L·h)，在等溫間歇釜中測定反應速率，CA0=0.95mol/L，CB0=0.05mol/L，經過1小時后可測得反應速率最大值，求該溫度下的反應速率常數k。解：CB=CA0+CB0-CA=1-CA

反應速率最大時：得到CA=0.5mol/L

對反應速率式積分得到，代入數據得到k=2.944L/(mol·h)反應工程習題1

在平推流反應器中進行等溫一級不可逆反應，反應物初濃度為CA0，轉化率為xA，當反應器體積增大到n倍時，反應物A的出口濃度為

，轉化率為

。CA0(1-xA)n

1-(1-xA)n

反應工程習題1

在全混流反應器中進行等溫一級不可逆反應，反應物初濃度為CA0，轉化率為xA，當反應器體積增大到n倍時，反應物A的出口濃度為

，轉化率為

。反應工程習題1

在間歇反應器中進行等溫二級反應A==B，反應速率：

當CA0分別為1、5、10mol/L時，分別計算反應至CA=0.01mol/L所需的時間。解：在間歇反應器中可視為恒容反應可視為：當CA0=1mol/L時，t=9900s當CA0=5mol/L時，t=9950s當CA0=10mol/L時，t=9990s反應工程習題1

等溫下在間歇反應器中進行一級不可逆液相分解反應A==B+C，在5min內有50%的A分解，要達到分解率為75%，問需多少反應時間？若反應為2級，則需多少反應時間？解：一級反應：二級反應：反應工程習題1

對于氣相反應：A→3P其反應速率方程為-rA=kCA，在一平推流反應器中進行等溫恒壓反應。已知反應器體積為V，原料體積流量為v0，初始濃度為CA0。試推導：其反應器設計方程，并以A組分轉化率xA表示成易積分的形式。假定原料為純A，氣體符合理想氣體。解：δA=(3-1)/1=2yA0=1等溫恒壓：v=v0(1+yA0δAxA)

=v0(1+2xA)反應工程習題1

對于氣相反應：A→3P其反應速率方程為-rA=kCA，試推導在恒容條件下以總壓P表示的反應速率方程。假定原料為50%A和50%惰性組分，氣體符合理想氣體。解：在恒容條件下δA=(3-1)/1=2yA0=0.5n=n0(1+yA0δAxA)

=n0(1+xA)xA=n/n0-1=P/P0-1反應工程習題1

在一全混流反應器中進行下列一級不可逆串聯反應：

目的產物為P，反應器體積為V，體積流量為v0，進料為純A組分，濃度為CA0。

（1）各組分的濃度表達式；

（2）導出產物P的總收率、選擇性表達式；

（3）導出產物P濃度達到最大所需的空時，即最優空時。解：全混流反應器中對A組分作物料衡算k1k2APS

對P組分作物料衡算：

反應工程習題1P的總收率：

P的總選擇性：

P的濃度達到最大需滿足：

得到最優空時：反應工程習題1

某一級氣相反應A==2P，反應速率常數k=0.5min-1，按下列條件進行間歇恒容反應，1min后反應器內的總壓為多少？反應條件：(1)1atm純A；(2)10atm純A；(3)1atmA和9atm惰性氣體。解：一級反應：

δA=(2-1)/1=1n=n0(1+δA

yA0xA)=n0(1+yA0xA)P=P0(1+yA0xA)1atm純A：yA0=1P=P0(1+yA0xA)=1.393atm10atm純A：yA0=1P=P0(1+yA0xA)=13.93atm1atmA和9atm惰性氣體：yA0=0.1P=P0(1+yA0xA)=10.393atm

反應工程習題1

對于反應速率方程為的液相反應，為達到一定的生產能力，試討論當n＞0、n=0和n＜0時，如何選擇型式（平推流或全混流）使反應器體積最小，并簡單說明理由，并在圖上表示反應器的體積。解：當n=0時，反應速率與反應物濃度無關，故與反應器型式無關。當n＞0時，反應速率與反應物濃度呈正效應，而平推流反應器的濃度水平明顯高于全混流型式，故選擇平推流反應器。當n＜0時，反應速率與反應物濃度呈負效應，而平推流反應器的濃度水平明顯高于全混流型式，故選擇全混流反應器。xAFA/(-rA)n＞0xAFA/(-rA)n=0xAFA/(-rA)n=0反應工程習題1

某二級液相反應A+B==C，CA0=CB0已知在間歇全混釜反應器中達到xA=0.99需反應時間為10min，問：（1）在平推流反應器中進行時，空時τ為多少？（2）在全混流反應器中進行時，空時τ為多少？（3）若在兩個等體積串聯全混流反應器中進行時，空時τ又為多少？解：

（1）在平推流反應器中：（2）在全混流反應器中：（3）兩個等體積串聯全混流反應器中：第一個釜

第二個釜由試差法計算得到：XA1=0.95τ=76min反應工程習題1

一級等溫反應A==P，活化能為83140J/mol，在平推流反應器中進行反應，反應溫度為420K，反應器體積為Vp，如改為全混流反應器，其體積為Vm，為達到相同的轉化率xA=0.6，（1）若反應操作溫度相同，則Vm/Vp之值應為多少？（2）若Vm/Vp=1，則全混流反應器的操作溫度應為多少？解：（1）

（2）Vm/Vp=1，同樣得到：

代入數據得到：Tm=440K反應工程習題1

等溫二級反應，依次經過體積相等的平推流反應器和全混流反應器，出口轉化率為0.99，若將兩個反應器改換次序，問出口轉化率為多少？將平推流反應器+全混流反應器時的條件代入，計算得到：kCA0τ=61.53全混流反應器+平推流反應器：先計算全混流出口xA=0.884全混流出口xA就是平推流進口xA，計算平推流出口xA=0.986解：等溫二級反應得到，平推流全混流：反應工程習題1

等溫一級反應，依次經過體積相等的平推流反應器和全混流反應器，出口轉化率為0.99，若將兩個反應器改換次序，問出口轉化率為多少？

將平推流反應器+全混流反應器時的條件代入，計算得到：kτ=3.175

全混流反應器+平推流反應器：先計算全混流出口xA=0.760

全混流出口xA就是平推流進口xA，計算平推流出口xA=0.99解：等溫一級反應得到，平推流全混流：反應工程習題1平行反應：

其中P為目的產物，在等溫操作中，證明：采用全混流反應器最大產物濃度CPmax=CA0；采用平推流反應器最大產物濃度CPmax=CA0/(1+CA0)。APrP=1SrS=2CATrT=CA2反應工程習題1液相反應

從有利于產品分布的觀點，（1）將下列操作方式按優→劣順序排列，并說明理由。

（2）若反應活化能E1>E2，應如何選擇操作溫度？A+BS(副反應)rS=k2CA2.0CB0.2R(主反應)rR=k1CA0.6CB1.2反應工程習題1等溫一級不可逆平行反應：

進料為純A濃度為CA0，連續操作空時為τ，試分別推導出反應器出口各組分的濃度：（1）平推流反應器；（2）全混流反應器。APrP=k1CASrS=k2CA反應工程習題1

自催化反應A+R→2R其速率方程為：-rA=kCACR

(1)在等溫條件下進行反應，已知CA0和CR0，要求最終轉化率為xAf。為使反

應器體積最小。試問：最合適的理想反應器組合方式；

(2)此最小反應器總體積表達式；

(3)在FA0/(-rA)～xA圖上表示各反應器的體積。解：（1）最合適的理想反應器組合方式：全混釜反應器串聯平推流反應器

（2）反應速率最大點是兩個反應器的分界點。CA+CR=CA0+CR0

CR=CA0+CR0-CA=CM-CA反應速率最大時，d(-rA)/dt=0CA=0.5CM①若CAf≥0.5CM，即，僅用一個全混釜即可反應工程習題1②若CAf＜0.5CM，即全混釜體積：平推流體積：

V=Vm+VP反應工程習題1F(θ)和E(θ)分別為閉式流動反應器的無因次停留時間分布函數和停留時間分布密度函數。（1）若反應器為平推流反應器，試求：(a)F(1)；(b)E(1)；(c)F(0.8)；(d)E(0.8)；(e)E(1.2)（2）若反應器為全混流反應器，試求：(a)F(1)；(b)E(1)；(c)F(0.8)；(d)E(0.8)；(e)E(1.2)（3）若反應器為一非理想反應器，試求：(a)F(∞)；(b)E(∞)；(c)F(0)；(d)E(0)；(e)；(f)

反應工程習題1試分別在圖上畫出下列流動模型的停留時間分布函數F(t)和停留時間分布密度函數E(t)

VmPFRCSTRVpv0曲線：舉出與它有相同停留時間分布的另一種流動模型，這說明了什么問題。反應工程習題1丁烯在某催化劑上反應的到丁二烯的總反應為C4H8(A)==C4H6(B)+H2(C)假設反應按如下步驟進行：A+σAσAσBσ+CBσB+σ假定符合均勻吸附模型，試分別推導動力學方程：A吸附控制；B脫附控制；表面反應控制。反應工程習題1在氣固相催化劑表面進行下列氣相可逆反應：A+B==R其反應機理為：A+σ1＝Aσ1B+σ2＝Bσ2Aσ1+Bσ2→Rσ1+σ2(速率控制步驟)Rσ1＝R+σ1試用Langmuir均勻吸附模型導出該反應的本征動力學方程。

反應工程習題1工業催化劑所必備的三個主要條件

、

和

。化學吸附的吸附選擇性要

物理吸附的吸附選擇性。化學吸附的吸附熱要

物理吸附的吸附熱。化學吸附常為

分子層吸附，而物理吸附常為

分子層吸附。操作溫度越高物理吸附

，化學吸附

；在氣固相催化反應中動力學控制包括

、

和

。氣固相催化反應本征動力學指消除

影響