化学反应工程许志美课后习(课堂PPT)

1-5循环操作，原料分离回收循环操作，甲醛初始浓度10%（质量比），出反应器1.6%，丁炔二醇初浓度0，出口浓度7.65%，求第1章绪论授课：XX2-4间歇反应器：CA0和xA相同（T1=20℃时，反应时间t1=8d；T2=120℃时，反应时间t2=10min），试估算Ea第2章化学反应动力学授课：XX2-5C2H4二聚反应：(1)T=200℃，Ea=156.9kJ/mol；C2H6二聚反应：(2)T=200℃，Ea=104.6kJ/mol。为使反应速率加倍，要提高多少温度？（1）（2）若使反应速率提高一倍，活化能愈大，所需提高的温度愈小授课：XX2-6反应温度上升10℃，反应速率加倍，Ea与T之间的关系？当T1(K)=300、400、600、800和1000K时，求EaT（K）3004006008001000Ea（kJ/mol）53.5994.51210.92373.43582.05授课：XX3-1间歇反应器，n=2，t1=5min时，转化率xA=50%;若要xA=75%，需增加多长时间？第3章理想间歇反应器授课：XX3-2n=1，等温，xA=99.9%时所需反应时间是xA=50%时所需反应时间的10倍等温时，k一定授课：XX3-3n=1/2，10min后xA=0.75,30min后转化率xA=?xA2无解假设xA=1时，时间为t330min后反应物A完全转化，xA=100%授课：XX3-4间歇反应器，cA0=1mol/L，t=8min后，xA=0.8；t=18min后，xA=0.9，求该反应的动力学关系？n=2授课：XX在间歇反应器中进行二级反应，反应速率为当分别为1，5，10mol/L时，求反应到=0.01mol/L时，所需反应时间。并对计算结果进行讨论。3-8对于二级反应，若1/CA>>1/CA0，反应时间t与反应物初始浓度无关。授课：XX生物化工中胰蛋白原转化成胰蛋白酶时，在间歇反应实验中测得不同温度下反应速率于某时刻达到最大值3-10授课：XX在间歇釜式反应器中进行液相反应，测得二级反应速率常数：，计算当1和5时，转化率分别为0.5，0.9，0.99时所需的反应时间，并对计算结果进行讨论。3-12当CB0/CA0=β越大，达到相同转化率所需的时间越短；当CB0/CA0不变时，随xA的增大，所需t增大，且xA越高，t增加越快授课：XX在3-12题中，若时，用拟一级反应方程式处理，其计算结果与按二级反应处理相比较。当cB0/cA0=5时，二级反应可做拟一级反应处理。3-13授课：XX可逆一级液相反应，已知。当此反应在间歇反应器中进行时，经过8minA的转化率是33%，而此时平衡转化率为66.7%。此反应的动力学方程。3-20*例3-8（p27）《化学反应原理——例题与习题》授课：XX可逆反应，已知。已知210oC时，求在该温度下所能达到的最大转化率为多少？若要使，则需采取何种？3-21若要使xA=0.9，可以降温或者移除产物。授课：XX有一简单反应，原料A，产物P，实验测得下列数据，已知试求平衡转化率和反应速率常数3-22代入数据，求平均值时间01803004201440A转化量00.200.330.431.051.58授课：XX在等温间歇釜式反应器中进行下列液相反应：A和B的初浓度均为2kmol/m^3,P为目的产物，试计算反应为2h的A的转化率和产物P的收率。3-23*授课：XX有一平行反应——串联液相反应：在间歇反应器中，开始时溶液中含有A的浓度及过量的B，得到如下数据：试问:的比值为多少？间歇反应器中P的最大浓度为多少？并求此时A的转化率3-26*时间TcAcPt10.0550.038t20.010.042授课：XX授课：XX丙烷热裂化为乙烯的反应，反应在772oC等温条件下进行，其反应动力学方程式为式中k=0.4h-1，若采用理想管式反应器，p=0.1MPa,进料流量，当转化率=0.5时，求所需反应器的体积4-4第4章理想管式反应器授课：XX四氟乙烯是制造聚四氟乙烯所用的担体，可将一氯二氟甲烷进行热分解得到若在0.10133MPa，700oC等温条件下，用直径为100mm的管式反应器进行分解纯的一氯二氟甲烷，其流量为0.4kmol/min，试计算分解率为0.8时所需的管长。已知反应为一级，700oC时的反应速率常数k=0.97s-14-5授课：XX在一活塞流反应器中进行下列反应：反应均为一级，已知。A的最大进料量为3,且不含P与S。试计算P的最大收率和总选择性以及达到最大收率时所需反应器的体积4-15授课：XX4-23*常压法生产稀硝酸时，离开快速冷却器的气体组成是：NO为9%，NO2为1%，O2为8%，其余均为N2等惰性气体（摩尔分率）。此气体浸入氧化塔。在0.10133MPa，20℃的等温条件下进行氧化反应：反应终点要求NO2:NO=5，已知入塔气体流量为10000m3/h，氧化塔中反应体积可用下式计算：式中：VR——反应器体积，m3；G——气体质量流量，kg/s；y——单位质量气体的NO2摩尔量；k——反应速率常数1.4×104m3/(kmol·s)(20℃)。试求反应器体积是多少？授课：XX考虑1kmol气体进入反应器，并设在反应器某一位置生成的NO2为xkmol，得：该位置处体积流量组分进口处kmol某一位置kmolNO0.090.09-xNO20.010.01+xO20.080.08-0.5xN20.820.82total1.001.00-0.5x授课：XX在出口处要求NO2:NO=5，则：授课：XX5-2液相反应，反应速率：，CSTR中，xA=0.5，若CSTR体积扩大6倍，其他条件不变，此时xA=?第5章连续流动釜式反应器授课：XX5-3一级反应，150℃等温PFR中xA=0.6；若用同样大小CSTR，处理量不变，要使xA=0.7，问此时CSTR该在什么温度下操作？（Ea=83.7kJ/mol)反应器体积不变，处理量不变，则不变授课：XX5-5一级反应，Ea=83.7kJ/mol，反应温度150℃，PFR中进行时，其体积为Vp，改用CSTR，其体积为VM，说明Vp/VM表达式。若xA为0.6和0.9，为使VM与Vp相同，则CSTR应在什么温度下进行？Vp=VMT2=468K授课：XX5-8某液相反应实验测得浓度—反应速率数据如下：CSTR，cA0=2mol/L，当出口浓度cAf为0.6mol/L,0.8mol/L,1mol/L时，ν0=120L/min，求所需VR？并讨论计算结果类似于自催化反应cA(mol/L)0.10.20.40.60.81.01.21.41.6(-rA)[mol/(L﹒min)]0.625122.51.51.250.80.70.65授课：XX5-9一级反应，VR=300L，cA0=3.2kmol/m3，k=0.08s-1，xA=98.9%，求反应物A的处理量。（1）间歇操作，辅助时间15min；（2)反应器为CSTR，将结果与（1）比较；（3）A的浓度增加一倍，其他条件不变，结果如何？由于返混的影响，若要获得相同的转化率，CSTR的平均停留时间较大，生产能力较小。由（1）、（2）可见，v0与反应物的初始浓度无关，所以A的浓度增加一倍，结果不变（1）（2）（3）授课：XX5-12体积为VR的反应器中进行液相等温反应，反应速率:（1）CSTR，xAf=0.5，改为同体积PFR，此时xAf=?（2）CSTR，xAf=0.5，若反应器增大10倍，此时xAf=?（3）若反应为零级，求（1)、（2）的计算结果。（4）若反应为一级，求（1)、（2）的计算结果。（1）k、不变（2）授课：XX（3）（4）n=0由于n=1k、不变k、不变授课：XX5-16*循环流动反应器，自催化反应，cA0=1mol/L，k=1L/(mol﹒s)，进料流率v=1L/s，循环比分别为3，0，，求xA=0.98的反应器体积。当R=3时授课：XXR=0，即平推流反应器情况由于进料中没有产物，该反应无法启动，所以V=。当R=时，即连续流动釜式反应器的情况*例5-4（p118）《化学反应工程原理》授课：XX5-20证明：两釜串联中进行一级反应，一定转化率下，两釜体积相同，则其总体积为最小。转化率一定，则cA0/cA2为定值设授课：XX将上式对cA1求导，可得将代入上式，可得：当且仅当，反应器体积最小此时授课：XX第6章反应过程中的混合现象及其对反应的影响6-6固相反应，测得停留时间分布如图6-4：已知：，求xA?授课：XX6-7CSTR，液固相反应，产物为固相，反应为一级，已知，固体颗粒平均停留时间为100/min，求：（1）平均转化率；（2）若转化率低于30%为不合格，试估计不合格产品所占百分率；（3）若改用2个等体积CSTR串联（总体积不变），估算不合格产品百分率。（1）（2）（3）授课：XX6-8今有硫铁矿焙烧反应，已知该反应为动力学控制，t为反应时间，全部反应所需时间。设反应过程中气相组成不变，离子停留时间分布如图6-5，求平均转化率xA?授课：XX第7章化学反应过程的优化7-3自催化反应，其反应速率方程为，进料A的初浓度，要求达到最终转化率为0.99。为使反应器体积最小，拟用一个CSTR和一个PFR组合。进料流量，速率常数，问应如何组合两个反应器？中间转化率？反应器总体积？自催化反应：CSTR+PFRCSTR:PFR：授课：XX7-6已知分解反应为：25℃：求：（1）该温度下，为使产物P收率最大，应选用什么反应器？（2）所选反应器中，cP,max？平行反应，主反应级数低，CSTR（1）（2）授课：XX7-7有一液相反应，其反应速率方程为现有CSTR和PFR各一个，体积均为0.7m3，试问以下三个中，哪个最好？为什么？（1）CSTR后串联PFR；（2）PFR后串联CSTR；（3）CSTR和PFR并联。（1）（2）等摩尔反应：先CSTR：再PFR：先PFR：再CSTR：授课：XX（3）CSTR与PFR并联第二个方案较好。授课：XX7-9一级不可逆反应：。已知：，反应系统进料体积流量为0.142m3/min，进料组成为，对于产物P的最大收率，下列反应器中哪个比较优？请说明原因。（1）单个CSTR，体积为；（2）两个CSTR串联，每个体积为0.142m3；（3）两个CSTR并联，每个体积为0.142m3；（4）单个PFR，体积为0.284m3。（1）（2）对第二个CSTR中物料P做物料衡算：授课：XX两个CSTR并联，同（1）（4）（3）单个PFR授课：XX7-26对平行反应其中P为目的产物，在等温操作中证明：（1）采用CSTR，则；（2）采用PFR，则。（1）（2）CSTR：PFR：授课：XX7-30CSTR反应器中，复杂反应动力学已测定，已知，进料体积流量v和出口浓度如下：（1）判断反应类型；（2）求动力学方程式。（1）（2）随着cA浓度的减小，cP，cS的浓度均增大，平行反应产物P：同理，序号v（L/min）cA(mol/L)cP(mol/L)cS(mol/L)11000.500.400.10216.70.250.600.1532.220.100.720.18授课：XX7-35两个等体积的PFR和CSTR反应器按图7-4，所示形成七种组合方式，在等温条件下进行一级不可逆反应，反应数率PFR与CSTR的体积均为1L，进入反应器组合系统的流量为1L/min，计算各种组合方式的最终转化率。（a）（b）（c）授课：XX（d）（e）（f）授课：XX（g）各类反应器组合系统的计算基本原则：前一个反应器的出口浓度C（或x)是后一个反应器的进口浓度C（或x)提示：授课：XXThankyou!