反应工程习题课内容

第一次习题课（1-3）

一、填空：

（1）以浓度c i 、mol 分率y i 和分压p i 表示的反应速率式中，反应速率常数为k c 、k y 及k p ，k c 与k y 的关系

为 ,y c k p RT p α

⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛= ; k c 与k p

的关系为 ()p c k RT k α

= （2）R ln ～1/T 直线，有时在高温区发生转折或弯曲，其原因可有是：采用的速率方程不合适，或反应机理发生了变化。

（3）三种方式的的反应速率表达式： "'A b A V A r p r a r == （a w —比外表面积，p b —堆密度）。

二、在间歇式反应器中进行等温二级、一级、0级均相反应，分别求出转化率由0～0.9所需时间与转化率

由0.9～0.99所需时间之比。

解：设转化率由0～0.9所需时间为t A ，转化率由0.9～0.99所需时间t B ，则转化率由0.9～0.99所需的反应时间为（t B -t A ） 对二级反应：

1.0111111111=⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫

⎝⎛-=-B B Bo B B Bo A A Ao A B A x x c K x x c K x x c K t t t

对一级反应：

111ln

111ln 111

ln

1=----=-B

B A

A

B A x K x K x K t t t 对零级反应：

10=-=-B Ao B Ao

A

Ao

A B A x K

c x K c x K c t t t

三、在间歇反应器中进行等温二级反应A →B ，反应速率r A =0.01c A 2mol/l.s;

当C Ao 分别为1、5、10mol/l 时,求反应C A =0.01 mol/l 时所需的反应时间分别为9900、9980、9990 解：C Ao =1 mol/l 时

2

s c c k t AO A .99001101.0101.01111=⎪⎭

⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=

C Ao =5 mol/l 时

9980=⎪⎭

⎫

⎝⎛-=

510.0110.011t s C Ao =10 mol/l 时

S t 99091010.0110.011=⎪⎭

⎫

⎝⎛-=

四、某反应化学计量式为 1/2A+B=R+1/2S

其速率方程式-r A =2c A 0.5c B 如计量式写成，A+2B=2R+S 速率式是什么? 答：不变，化学计量关系式不影响速率式。

五、在一均相等温液相聚合反应中，单体的初始浓度为0.04 mol/l 和0.08 mol/l 时，在34分钟单体均消失

20%，问单体的消失速率是多少？

解：因消失速率与浓度无关，所以此反应为一级反应 即：kt

c

c

kc dt

dc

==-

ln

()

min

/00657.0min 00657.0348

.0ln 34

.2.01ln

1Cmol dt dC

r k k c c o o

==-∴=-=

∴=-∴-

P58(e.3.1 e.3.4 e.3.6)

e.g.用间歇式反应器进行乙酸和乙醇的酯化反应，每天生产乙酸乙酯12000kg ，其化学反应式为

S

R B A

O H COOEt CH OH H C CHCOOH 2352+→+

原料中反应组分的质量比为A ：B ：S=1：2：1.35，反应液的密度等于1020kg/m 3，并假定在反应过程中不

习题课

3 变，每批装料、卸料及清洗等辅助操作为1h ，反应在100℃下等温操作，其反应速率方程如下：

()K c c c c k r S R B A A /1-=

100℃时，m in

./1076.441

mol l k -⨯=,平衡常数K=2.92。

（1）计算乙酸转化35%时所需反应体积。

（2）根据物料性质、反应器填充系数取0.75，则反应器实际体积是多少？ （3）采用连续釜式反应器生产，计算所需体积。 （4）采用三个等体积的釜式反应器串联，总体积是多少？ 解：（1）首先计算原料处理量Q o

根据题给条件，可算出每小时乙酸需用量

h kmol /23.1635

.024*******

=⨯⨯

式是88为乙酸乙酯的分子量，由于原料中乙酸：乙醇：水=1：2：1.35，所以1+2+1.35=4.35kg 原料器中合1kg 乙酸，由此可求单位时间的原料器量。

h m /155.41020

35

.46023.163=⨯⨯

式中60为乙酸的分子量，原料器的起始组线如下：

l mol c /906.3155

.423

.16==

乙醇散水的分子量为46和18，通过乙醇的起始浓度和原料中各组分的质量比，可求出乙醇和它的起始浓度为：

l

mol c l

mlo c

/59.171835.160906.3/2.1046

2

60906.3=⨯⨯==⨯⨯=

c A =c Ao (1-X A ) c B =c Bo -c Ao X A

c R =c Ao X A c s =c so +c Ao X A 代入速率方程中得(

)2

2

1c

cX

bX a k r ++=

式中6.2906.3/2.10/===c c

a ()()15.592.2908.359.17906.32

.101//1-=⎥⎦

⎤⎢⎣⎡⨯++-=++-=k c c c

c

b 6575.092.2/11/11=-=-=k c