合工大反应工程期末考试计算题部分
(0)今有变摩尔气相反应A+B→C,求膨胀因子δA。另,假如进行等压反应,初始物料中A与B的摩尔比为1:2,试计算,当A物质的转化率达到60%时,反应体系的体积变为初始体积的多少倍? 解:δA=1-(1+1)=-1 由公式可知: 即,变为初始体积的0.8倍。 (1)某反应 2,测得的试验结果如下: 时间 9.82 59.60 93.18 142.9 294.8 589.4 1000 2000 B生成量 4.2 23.64 34.8 49.08 80.64 106.68 120 120 求该反应的反应级数与速率常数。 解:将数据加以处理如下表,从而可作图,如下图。 图中得到一条直线,可见,该反应为1级不行逆。 时间 9.82 59.60 93.18 142.9 294.8 589.4 /% 96.5 80.3 71.0 59.1 32.8 11.1 -0.0356 -0.2194 -0.3425 -0.5259 -1.1147 -2.1982 从图中可以求得其斜率为: 于是, 可见: (2)在某反应器中进行等温恒容一级不行逆反应,脉冲试验数据如下: 时间() 0 5 1 0 浓度(g 3) 0 3 5 5 4 2 1 0 0 1,用表格的形式给出E(t) 与F(t); 2,求停留时间介于10~15之间的物料所占的分率; 3,试求平均停留时间、空时、空速、与方差、。 4,假设在同样的空时下,用全混流反应器,转化率可达0.8,试用多级模型计算该反应器能达到的转化率。 解:1 =(1) 数据计算结果如下: 时间() 0 5 1 0 浓度(g 3) 0 3 5 5 4 2 1 0 0 E(t) 0 0.03 0.05 0.05 0.04 0.02 0.01 0 0 F(t) 0 0.15 0.4 0.65 0.85 0.95 1.00 1.00 1.00 2、0.65-0.4=0.25 3、平均停留时间: 方差与无因次方差分别为: 空时=15分钟,空速=0.067分-1,或0.0011秒-1 4,模型参数: 对于全混流反应器: ,即:,故=0.267;或 转化率 : (3)某气固相非催化反应,固体呈活塞流。颗粒组成(按体积):半径为50微米的颗粒占40%,100微米的颗粒占30%,200微米的颗粒占30%。已知三种粒度完全反应时间分别为5分钟、10分钟、20分钟。 试应用缩芯模型: 1,推断此反应的限制步骤(讲出理由)。 2,分别计算反应时间为8分钟、10分钟、20分钟时固体的转化率。 3,假如要求固体物料转化率达到98%,计算所须要的反应时间。 解: 1, 由题给数据,发觉如下规律: 5分钟:10分钟:20分钟=50微米:100微米: 200微米 即: 可见属于动力学限制。 2, 这时,缩芯模型公式简化为:,即: 8分钟后,, 10分钟后,, 20分钟后,, 3, 由2的结果知,要求固体转化率达到98%,须要的时间必定大于10分钟,这时,就只剩下最大的颗粒了。 或,设最大颗粒的转化率为,则有: ,解得 (4)一级不行逆液相反应A→P,活化能83140 ,反应温度 150℃。在体积为的等温平推流反应器中可达转化率 = 0.6。 1,若将反应改在150℃的间歇反应器中中进行。为使转化率能达到 = 0.6,若k=0.916 1,求间歇反应器所需的反应时间。 2,若将反应改在150℃的全混流反应器(体积为)中,为使转化率能达到 = 0.6,求体积之比 3,为使1,该全混流反应器的温度应作如何改变? 4,采纳等体积的平推流与全混流串联(总体积为)操作,则转化率可达多少? 解:解:令 由题意,知: 即: 1, 由,知, 2, 在另一温度t下,必需满意: t温度下全混流体积与活塞流相等,故知:, 以上两式相除得: 解得:℃ 4, 这时反应器体积为原体积的一半,故: 由: 得: 故: (5)在常压下,在氧化铬/氧化铝催化剂上,丁烷脱氢反应为一级不行逆反应。 反应在装有直径为0.4的球形催化剂的固定床反应器中等温进行,催化剂的比表面积为100m2,颗粒密度为1.2g3,有效扩散系数为,床层空隙率ε为0.5, 530℃时反应速率常数为0.303/(m2·s)。 1,求13体积床层所包含的催化剂内表面积 2,计算内扩散有效因子 3,假设外扩散阻力可忽视不计,给出以单位床层体积为基准的宏观动力学方程式。 1,(m23) 2, (=0.120) 3,外扩散阻力忽视不计, (6)在绝热固定床催化反应器中进行某氧化反应,入口温度为度420 ℃,入口气体A浓度为7%(%)。出口气体的温度为590℃,出口气体A的浓度成为2.1%(%),在床层内三点A、B、C进行测定。 1.测得A点温度为620℃,你认为是否正确?为什么? 2.测得B点转化率位80%,你认为是否正确?为什么? 3.测得C点转化率位50%,经一再检验结果正确无误,估算C点温度 ? 解:1.由于反应器为绝热操作,反应放热,反应器内温度不行能大于出口温度,因此测量有误。 2 (7-2.1)/ 7=0.7 , 80%不正确。 3. 由绝热温升,知,得 故所求的C点温度:=540.2℃