化学反应工程大题习题

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'化学反应工程大题习题'
习题1 化学反应式与化学计量方程有何异同?化学反应式中计量系数与化学计量方程中的计量系数有何关系?答:化学反应式中计量系数恒为正值,化学计量方程中反应物的计量系数与化学反应式中数值相同,符号相反,对于产物二者相同。2 何谓基元反应?基元反应的动力学方程中活化能与反应级数的含义是什么?何谓非基元反应?非基元反应的动力学方程中活化能与反应级数含义是什么?答:如果反应物严格按照化学反应式一步直接转化生成产物,该反应是基元反应。基元反应符合质量作用定律。基元反应的活化能指1摩尔活化分子的平均能量比普通分子的平均能量的高出值。基元反应的反应级数是该反应的反应分子数。一切不符合质量作用定律的反应都是非基元反应。非基元反应的活化能没有明确的物理意义,仅决定了反应速率对温度的敏感程度。非基元反应的反应级数是经验数值,决定了反应速率对反应物浓度的敏感程度。3 若将反应速率写成,有什么条件?答:化学反应的进行不引起物系体积的变化,即恒容。4 为什么均相液相反应过程的动力学方程实验测定采用间歇反应器?答:在间歇反应器中可以直接得到反应时间和反应程度的关系,而这种关系仅是动力学方程的直接积分,与反应器大小和投料量无关。5 现有如下基元反应过程,请写出各组分生成速率与浓度之间关系。 (1)A+2B?C A+C? D (2)A+2B?C B+C?D C+D→E (3)2A+2B?CA+C?D解.(1) (2) (3) 6 气相基元反应A+2B→2P在30℃和常压下的反应速率常数kc=2.65×104m6kmol-2s-1。现以气相分压来表示速率方程,即(?rA)=kPpApB2,求kP=?(假定气体为理想气体)7 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。8 反应A(g) +B(l)→C(l)气相反应物A被B的水溶液吸收,吸收后A与B生成C。反应动力学方程为:?rA=kcAcB。由于反应物B在水中的浓度远大于A,在反应过程中可视为不变,而反应物A溶解于水的速率极快,以至于A在水中的浓度恒为其饱和溶解度。试求此反应器中液相体积为5m3时C的生成量。已知k=1m3kmol-1hr-1,cB0=3kmol·m-3,cA饱和=0.02 kmol·m-3,水溶液流量为10m3hr-1。解9 反应,在恒容下用等摩尔H2,NO进行实验,测得以下数据总压/MPa0.02720.03260.03810.04350.0543半衰期/s26518613510467求此反应的级数。解Y = A + B * XParameterValueErrorA1.602170.01399B-1.99460.0083410 考虑反应,其动力学方程为试推导在恒容下以总压表示的动力学方程。解11 .A和B在水溶液中进行反应,在25℃下测得下列数据,试确定该反应反应级数和反应速度常数。时间/s116.8319.8490.2913.81188∞cA/kmol·m-399.090.683.070.665.342.4cB/kmol·m-356.648.240.628.222.90解由cA-cB=42.4可知反应应按下列方式A+B→产物进行设为二级反应积分得:以对t作图若为直线,则假设正确。由cA0-cB0=42.4整理得数据如下:t116.8319.8490.2913.811880.01320.01490.01690.02160.0247线性回归:Y = A + B * XParameterValueErrorA0.011661.84643E-4B1.08978E-52.55927E-712 丁烷在700℃,总压为0.3MPa的条件下热分解反应:C4H10→2C2H4+H2(A) (R) (S)起始时丁烷为116kg,当转化率为50%时,求此时。解13 某二级液相不可逆反应在初始浓度为5kmol·m-3时,反应到某一浓度需要285s,初始浓度为1kmol·m-3时,反应到同一浓度需要283s,那么,从初始浓度为5kmol·m-3反应到1kmol·m-3需要多长时间?解t=285-283=2s反应前后体积不变的不可逆反应,已经反应掉的部分不会对反应产生任何影响。反应过程中的任意时刻都可以作为初始时刻和终了时刻。14 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: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15 反应(CH3CO)2O+H2O→2CH3COOH在间歇反应器中15℃下进行。已知一次加入反应物料50kg,其中(CH3CO)2O的浓度为216mol·m-3,物料密度为1050kg·m-3。反应为拟一级反应,速率常数为k=5.708×107 exp(?E/RT) min-1,E=49.82kJ·mol-1。求xA=0.8时,在等温操作下的反应时间。解16 在100℃下,纯A在恒容间歇反应器中发生下列气相反应:2A→R+SA组分分压与时间关系见下表:t/sec020406080100120140160pA /MPa0.10.0960.0800.0560.0320.0180.0080.0040.002试求在100℃,0.1MPa下,进口物流中包含20%惰性物,A组份流量为100mol·hr-1,达到95%转化率所需的平推流反应器的体积。解17 间歇操作的液相反应A→R,反应速率测定结果列于下表。欲使反应物浓度由cA0=1.3kmol·m-3降到0.3 kmol·m-3需多少时间?cA/kmol·m-30.10.20.30.40.50.60.70.81.01.32.0(?rA)/kmol·m-3min-10.10.30.50.60.50.250.100.060.050.0450.042解图解积分0.10.20.30.40.50.60.70.81.01.32.0103.332.01.672.04.01016.720.022
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