第六章理想流动反应器习题精讲
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各章习题⼀、名词解释1. 项⽬建议书4. 两阶段设计⼆、简答题第⼀章制药⼯程设计概述2. 可⾏性研究报告5. 试车3. 设计任务书1. 简述⼯程项⽬从计划建设到交付⽣产所经历的基本⼯作程序。
2. 简述可⾏性研究的任务和意义。
3. 简述可⾏性研究的阶段划分及深度。
4. 简述可⾏性研究的审批程序。
5. 简述设计任务书的审批及变更。
6. 简述设计阶段的划分。
7. 简述初步设计阶段的主要成果。
8. 简述初步设计的深度。
9. 简述初步设计的审批及变更。
10. 简述施⼯图设计阶段的主要设计⽂件。
11. 简述施⼯图设计阶段的深度。
12. 简述制药⼯程项⽬试车的总原则。
第⼆章⼚址选择和总平⾯设计⼀、名词解释1. 等⾼线4. 风玫瑰图7. 绿地率10. 公⽤系统12. 空⽓洁净度⼆、简答题2. 风向频率5. 建筑系数8. ⽣产车间10. 地理测量坐标系13. 洁净⼚房3. 主导风向6. ⼚区利⽤系数9. 辅助车间11. 建筑施⼯坐标系1. 简述⼚址选择的基本原则。
2. 简述⼚址选择程序。
3. 简述⼚址选择报告的主要内容。
4. 简述总平⾯设计的依据。
5. 简述总平⾯设计的原则。
6. 简述总平⾯设计的内容和成果。
17. 简述GMP对⼚房洁净等级的要求。
8. 简述洁净⼚房总平⾯设计的⽬的和意义。
9. 简述洁净⼚房总平⾯设计原则。
第三章⼯艺流程设计⼀、名词解释1. 报警装置2. 事故贮槽3. 安全⽔封4. 爆破⽚7. 阻⽕器10. 仪表位号⼆、简答题5. 安全阀8. 载能介质10. 就地仪表6. 溢流管9. 设备位号11. 集中仪表1. 简述⼯艺流程设计的作⽤。
2. 简述⼯艺流程设计的任务。
3. 简述⼯艺流程设计的基本程序。
4. 简述连续⽣产⽅式、间歇⽣产⽅法和联合⽣产⽅式的特点。
5. 简述⼯艺流程设计的成果。
三、设计题1. 离⼼泵是最常⽤的液体输送设备，常通过改变出⼝阀门的开度来调节其输出流量，试确定该⽅案带控制点的⼯艺流程图。
第三章理想流动反应器习题精讲教材
10
AB
r2
k e167368/( 20
RT
)CRCB
选取最佳的操作方式。
B
解：对于A, A n12 R n 2 1 S
A
应选用高CA0, PFR反应器。
m11 R 对于B, B m22 S
CB与生成R无关，尽管B可以任意方式加入,为 维持高CA,考虑B分段加入为佳
习题-1请考虑化学反应：
A B 催化剂DC
该反应在全混流反应器中进行，反应温度为20℃， 液料的体积流量为0.5m3/h, CA0=96.5mol/m3, CB0=184mol/m3,催化剂的浓度CD=6.63mol/m3。实 验测得该反应的速度方程为：
rA=kCACD
式中k=1.15*10-3m3/(mol.ks)。若要求A的转化率 为40%，试求反应器的体积。
490.2
913.8
1188 ∞
-0.55591
-0.6311
-0.7151
-0.9177
-1.0479
99
90.6
83
70.6
65.3
42.4
-0.55591
-0.6311
-0.7151
-0.9177
-1.0479
0 0
-0.2
500
1000
1500
-0.4
-0.6
-0.8
-1 y = -0.0005x - 0.4912 R2 = 0.9987
V0
(2) 两个CSTR串联
CSTR-1: CSTR-2:
V0CA0 xA1 kCA20 (1 xA1)2VR1
1
VR1 V0
x A1 kCAo (1
第六章理想流动反应器习题精讲.
t
1 在一反应器中进行2A→D+C恒温恒容反应。已知 CA0=25mol/m3，分解动力学方程为r =0.025CA mol /(m3.min)。该反应器有效容积VR=1m3，送 入液体的流量为1.8m3/h，进行脉冲示踪法测得 =33.33min，δt2=272.22min2。请分别用： (1)多级混合槽模型；（2）平推流模型；（3）全混 流模型；(4)轴向扩散模型。 计算出口物料中A组分的浓度(轴向扩散模型只用开开式条件)。
ห้องสมุดไป่ตู้
例2 反应A+B→R+S，已知 V 1L，物料进料速率 C C 0.005mol/L动力学方程式 V0 0.5L/min， 为 (rA ) kCACB ，其中k 100L/(mol.min)。试 求： （1）反应在平推流反应器中进行时出口转化率为多 少？ （2）欲用全混流反应器得到相同的出口转化率，反 应体积应多大？ （3）若全混流反应器=1L，可达到的转化率为多少？
1 1 1 1 1 1 tanh( 3 ) 3 4.38 tanh( 3 4 . 38 ) 3 4 . 38 0.2109
习题-2 铬铝催化剂上进行丁烷脱氢反应
常压773 K
1 rA kW c A mol.s .g1
0
（4分）
C A C A0 exp(k ) 25 exp(0.05 33.33) 4.723m ol/ m3
（5分）
(3)全混流模型
C A0 C A ( rA ) f C A0
C A0 C A kC A （5分）
CA
25 9.3756 m ol/ m 3 1 k 1 0.05 33.33 ( 4)轴向扩散模型 2 2 ) 2( ) 2 0.245 Pe Pe
化学反应工程练习题解答
第一章习题1 有一反应在间歇反应器中进行，经过8min 后，反应物转化掉80％，经过18min 后，转化掉90％，求表达此反应的动力学方程式。
解2A A min 18A0min 8A0AA A0d d 219.019.0181)(218.018.081)(11kc tc kc kc x x c kt =-=-⋅==-⋅=-⋅=为假设正确，动力学方程2 在间歇搅拌槽式反应器中，用醋酸与丁醇生产醋酸丁酯，反应式为：()()()()S R B A O H H COOC CH OH H C COOH CH 2943SO H 94342+−−→−+反应物配比为：A(mol):B(mol)=1:4.97，反应在100℃下进行。
A转化率达50％需要时间为24.6min，辅助生产时间为30min，每天生产2400kg醋酸丁酯（忽略分离损失），计算反应器体积。
混合物密度为750kg·m-3，反应器装填系数为0.75。
解3313111111i 1.2m 0.750.8949总体积反应0.8949m 0.910.9834有效体积反应0.91hr6054.6折合54.6min 3024.6总生产时间hr 0.9834m 750737.5换算成体积流量hr 737.5kg 634.1103.4总投料量hr 634.1kg 744.97724.1B 4.97:1B :A hr 103.4kg 601.724折算成质hr 1.724kmol 0.50.862的投料量A ，则50%转化率hr 0.862kmol 116100hr 100kg 2400/24R 116 74 60 M S R B A ==⨯==+=⋅=+⋅=⨯⨯=⋅=⨯⋅=⋅=⋅=+→+-------器器投料量则量流量产量3 反应(CH 3CO)2O+H 2O →2CH 3COOH 在间歇反应器中15℃下进行。
已知一次加入反应物料50kg ，其中(CH 3CO)2O 的浓度为216mol ·m -3，物料密度为1050kg ·m -3。
理想流动非理想流动理想流动反应器的分类和应用
➢气液鼓泡反应器 因为气泡搅动所造成旳液体反向流动，形成很大旳液相循环
流量。所以，其液相流动十分接近于理想混合。 ①放置填料 ②设置多孔多层横向挡板，把床层提成若干级 ③设置垂直管
理想流动反应器旳分类和应用
分类 ➢ 理想混合流反应器 ➢ 理想平推流反应器 应用
实际生产中，连续操作釜式反应器能够近似看作是理 想混合流，连续操作管式反应器能够近似看作是理想平 推流。
降低返混程度旳措施
返混对反应器旳意义 ➢ 对反应过程产生不同程度旳影响 在返混对反应不利旳情况下，要使反应过程由间歇操作转 为连续操作时，应该考虑返混可能造成旳危害。选择反应器旳 型式时，应尽量防止选用可能造成返混旳反应器，尤其应该注 意有些反应器内旳返混程度会随其几何尺寸旳变化而明显增强。
➢ 在工程放大中产生旳问题
➢ 连续操作旳搅拌釜式反应器 为降低返混，工业上常采用多釜串联旳操作。当串联釜 数足够多时，连续多釜串联旳操作性能就很接近理想置 换反应器旳性能。(横向纵向？)
➢ 流化床 因为气泡运动造成气相和固相都存在严重旳返混。为了 限制返混，对高径比较大旳，常在其内部装置横向挡板 以降低返混；而对高径比较小旳流化床反应器，则可设 置垂直管作为内部构件（横向纵向？）
➢ 间歇反应器中不存在返混 ➢ 理想置换反应器不存在返混 ➢ 理想混合反应器返混到达极限状态 ➢ 非理想流动反应器存在不同程度旳返混
返混对反应过程旳影响
➢ 返混带来旳最大影响是反应器进口处反应物高浓度区旳消 失或减低。 ➢ 返混变化了反应器内旳浓度分布，使器内反应物旳浓度下 降，反应产物旳浓度上升。但是，这种浓度分布旳变化对反 应旳利弊取决于反应过程旳浓度效应。 ➢ 返混是连续反应器中旳一种主要工程原因，任何过程在连 续化时，必须充分考虑这个原因旳影响，不然不但不能强化 生产，反而有可能造成生产能力旳下降或反应选择率旳降低。
理想流动非理想流动理想流动反应器的分类和应用
上述是造成非理想流动的几种常见原因，对一个流 动系统可能全部存在，也可能是其中的几种，甚至有 其它的原因。
返混及其对反应过程的影响
返混含义：专指不同时刻进入反应器的物料之间的混合， 是逆向的混合，或者说是不同年龄质点之间的混合。
理想流动 非理想流动 理想流动反应器的分类和应用
反应器内流体的流动特征主要指反应器内反应流体的流动状 态、混合状态等，它们随反应器的几何结构和几何尺寸而异。
反应流体在反应器内不仅存在浓度和温度的分布，而且还存在流 速分布。这样的分布容易造成反应器内反应物处于不同的温度和浓 度下进行反应，出现不同停留时间的微团之间的混合，即返混。
长径比较大和流速较高的连续操作管式反应器中的流体流 动可视为理想置换流动。
理想混合流动模型
含义：理想混合流动模型也称为全混流模型。反应物料以稳 定的流量进入反应器，刚进入反应器的新鲜物料与存留在其中 的物料瞬间达到完全混合。反应器内物料质点返混程度为无穷 大。
特点：所有空间位置物料的各种参数完全均匀一致，而且出 口处物料性质与反应器内完全相同。
种，其中重要的是__________。 连续搅拌釜式反应器为减少返混，工业上常采用________的操作
由于放大后的反应器中流动状况的改变，导致了返混程度 的变化，给反应器的放大计算带来很大的困难。因此，在分析 各种类型反应器的特征及选用反应器时都必须把反应器的返混 状况作为一项重要特征加以考虑。
降低返混程度的措施
降低返混程度的主要措施是分割，通常有横向分割和纵向分 割两种，其中重要的是横向分割。
理想置换流动模型
含义：理想置换流动模型也称作平推流模型或活塞流模型。 与流动方向相垂直的同一截面上各点流速、流向完全相同， 即物料是齐头并肩向前运动的。
化工原理习题答案第六章
RT n 8.314 10 3 700 0.45 m 3 0.45 kmol ) kw ( ) 0.0535 0.333( ) p 0 .1 kmol kg h
4. 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：
0.5 rA 0.8c1.5 A cB mol/(L min )
所以，反应器出口气体组成为： 组分 CH3OH HCHO H2O CO2 O2 N2 摩尔数（mol） 7.672 18.96 38.3 0.7672 0.8788 43.28 摩尔分率% 6.983 17.26 34.87 0.6983 0.7999 39.39
2. 在一体积为 4L 的恒容反应器中进行 A 的水解反应，反应前 A 的含量为 12.23%（重量） ， 混合物的密度为 1g/mL，反应物 A 的分子量为 88。在等温常压下不断取样分析，测的组分 A 的浓度随时间变化的数据如下： 反应时间（h） cA(mol/L) 1.0 0.9 2.0 0.61 3.0 0.42 4.0 0.28 5.0 0.17 6.0 0.12 7.0 0.08 8.0 0.045 9.0 0.03
(4)以摩尔浓度表示反应物系组成时的速率常数 kC。 解： (1) k v b k w 1.13 103 0.0535 60.64kmol/(m 3 h )
b b kw k w 1.78 10 6 kmol/(m 2 h ) av b 3 103 1 1 kmol (3) k p ( ) n k w ( ) 0.45 0.0535 0.1508 p 0.1013 kg h (Mpa ) 0.45
(3)求平衡温度 Te
朱柄辰--第四版-化学反应工程思考题详解
4、某可逆反应：的均匀表面吸附机理动力学方程式为：)1()1()/(2R R B B S S A A R S B A A P b P b P b P b K P P P P k r ++++-=试写出反应机理及控制步骤，并证明之。
〖解〗22211112211212122121122(222σσσσσσσσσσσσσ+⇔+⇔++⇔+⇔+⇔+R R S S R S B A B B A A 控制步骤）BB R R V SS A A V V R S B A A P b P b P b P b k k r ++=++=-=1111211221θθθθθθθ，BB R R RR R BB R R BB B SS A A SS S SS A A AA A P b P b P b P b P b P b P b P b P b P b P b P b ++=++=++=++=1111θθθθ，，)1()1()(2B B R R S S A A R S B A A P b P b P b P b K P P P P k r ++++-=5、丁烯在某催化剂上制取丁二烯的总反应方程式为2648412H H C H C k k +↔，假设丁烯脱氢化学反应按如下步骤进行：(a)()()8484H C H C ↔+σσA A ⇔+(b) C B A +⇔σσ (c)σσ+⇔B B写出(b)为控制步骤的均匀吸附动力学方程，若反应物和产物的吸附都很若，问此时反应对丁烯是几级反应。
解〗V B B B V A A A P b P b θθθθ==，BB A A V CB A A P b P b P k k r ++=-=1121θθθBB A A BB B B B A A A A A P b P b P b P b P b P b ++=++=11θθ，BB A A CB A A A P b P b P P k P b k r ++-=121当反应物与产物吸附都很若时，即当11≈++B B A A P b P b 时，动力学方程可写为：P P k P b k r B A A A 21-= 所以此时对丁烯是一级反应。
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p
k k w p 0.92 p s 1
Vs Ss 0.92 p k k 0 .8 L ( )1/ 2 7.86 De De 2 2.38 10 3 p
1 1 1 1 1 1 tanh(3 ) 3 7.86 tanh(3 7.86 ) 3 7.86 0.127
解
C A0 p A / RT (rA ) 7.99 10 7 RTC A 则k 7.99 10 7 8314 (273 630 ) 6.0 s 1 f (C A ) C A , f (C AS ) 1 R 3 k 0.15 6 (C As ) f 4.38 4 De 3 7.82 10
(rA ) 2 0.025C A 0.05C A mol /(m 3 . min) k 0.05 min 1 （1分） VR 1 33.33 min t V0 1.8 / 60
t2 272 .22 2 2 0.245 （1分） 2 33.33 (t ) (1)多级混合槽模型 1 2 0.245, N 4.081 N 一级不可逆反应 CA 25 CA 6.181mol / m 3 k 0.05 33.33 4.081 (1 ) N (1 ) N 4.081 (2)平推流模型
习题-1
在硅铝催化剂上，粗柴油催化裂化反应可认为是一级反应。在温 度630℃时，常压裂解反应的本征动力学方程为：
(rA ) 7.99 10 p A
式中，pA为柴油的分压，kPa
7
mol /(s.cm )
3
采用的催化剂是直径为0.3cm的球体。粗柴油的有效扩散系 数De=7.82×10-4 cm2/s。试计算催化反应的效率因子。
R
A0
B0
VR 1 2 min V0 0.5 C A0 C B0 , A B 1 C A C A0 C A0 x A ; C B C B0 C A C B C A0 (1 x A )
2 ( rA ) k CA C B k CA
习题-3
某催化反应在500℃下进行，已知本征动力学方程:
(rA ) 7.3 10
7
pA
2
பைடு நூலகம்
mol / s.g (cat)
式中pA的单位是kPa,若催化剂是直径和高度均为5mm的原 3 柱体， P 0.8g / cm 密度，粒子外表面处反应物A的分压， 气体在粒子内的有效扩散系数De=0.025cm2/s。试计算催 化剂的效率因子。(0.2016)
2 （
Pe 11 .1
1 4k 1 4 0.05 33.33 / Pe 1.265
P C A0 4 exp( e ) 2 CA P P (1 ) 2 exp( e ) (1 ) 2 exp( e ) 2 2 5.665 mol / m 3 25 4 1.265 exp( (1 1.265 ) 2 exp(1.265 11.1 ) 2
习题-4
常压下正丁烷在镍铝催化剂上进行脱氢反应，反应为一级 不可逆。在500℃反应速度常数为k=0.94cm3/s.g(cat),若 采用直径为0.32cm的圆球形催化剂，其平均孔径为 d0=1.1×10-8 m.孔容为0.35cm3/g,孔隙率为0.36，曲折因 子为2.0。试求催化剂的效率因子
11.1 11.1 ) (1 1.265 ) 2 exp( 1.265 ) 2 2
例2 反应A+B→R+S，已知 V 1L，物料进料速率 C C 0.005mol/L动力学方程式 V0 0.5L/min， 为 (rA ) kCACB ，其中k 100L/(mol.min)。试 求： （1）反应在平推流反应器中进行时出口转化率为多 少？ （2）欲用全混流反应器得到相同的出口转化率，反 应体积应多大？ （3）若全混流反应器=1L，可达到的转化率为多少？
B C A xA CB C A xA ( A )
0 0 0
（3分）
C A0 CA
C A0 dC C A0 dC VR 1 A A (1)活塞流， C A (r ) C A k C2 V0 k CA A A
1 1 k CA k CA0
1 1 1 2 ( ) 100 C A 0.005 C A 0.0025 mol / L x A 0.5 50% （4分）
0
（4分）
C A C A0 exp( k ) 25 exp( 0.05 33.33) 4.723 mol / m 3
（5分）
(3)全混流模型
C A0 C A ( rA ) f C A0
C A0 C A k CA （5分）
CA
25 9.3756 mol / m 3 1 k 1 0.05 33 .33 ( 4)轴向扩散模型 2 2 ) 2( ) 2 0.245 Pe Pe
t
1 在一反应器中进行2A→D+C恒温恒容反应。已知 CA0=25mol/m3，分解动力学方程为r =0.025CA mol /(m3.min)。该反应器有效容积VR=1m3，送 入液体的流量为1.8m3/h，进行脉冲示踪法测得 =33.33min，δt2=272.22min2。请分别用： (1)多级混合槽模型；（2）平推流模型；（3）全混 流模型；(4)轴向扩散模型。 计算出口物料中A组分的浓度(轴向扩散模型只用开开式条件)。
V R C A0 C A C A0 C A ( 2)全混流， 2 V0 ( rA ) f k CA VR 0.005 0.0025 0.5 100 0.0025 2 VR 2 L （4分）
V R C A0 C A C A0 C A (3)全混流，V R 1L, 2 V0 ( rA ) f k CA 0.005 C A 1 0.5 100 C A 2 C A 0.0030901 mol / L C A C A0 (1 x A ) 0.0030901 x A 0.382 38 .2%
Vg 0.35cm3 /g ra 48 1010 m
2.5
2L=0.8cm 试计算内扩散有效因子。
解：
1.013 p 105 cm
105 10.4 10 8 2ra 2 48 10
DK 9700(48 108 )( 775 / 58)1 / 2 1.7 102 cm2 /s
1 1 1 1 1 1 tanh(3 ) 3 4.38 tanh(3 4.38) 3 4.38 0.2109
习题-2 铬铝催化剂上进行丁烷脱氢反应
rA kW c A mol.s 1 .g 1
常压773K kW 0.92cm3 / s g