11. 高温下二氧化氮的分解为二级不可逆反应，在活塞流反应器中，101.3kPa和627.2K下等温分解。已知k = 1.7m3·(kmol·s)-1，处理量为120m3·h-1（标态），使NO2分解率为70％。求：

（1）当不考虑体积变化时反应器的体积； （2）考虑体积变化时，反应器的体积。

12. 气相反应A → 3R，在215℃反应，动力学方程为rA = 10CA0.5mol·(m3·s)-1，原料气中有50%A和50％惰性气体。其中CA0=62.5mol·m-3, 求转化率为80％时，物料通过平推流反应器所需的时间。

13. 某气相一级分解反应A → 3P，在等温活塞流反应器中进行，加入原料含A50%，含惰性物料50%，物料流过反应器的时间为10min，系统出口体积流量变为原来的1.5倍。求此时A的转化率及该反应在实验条件下的反应速率常数。

14. 根据习题7给出的反应条件和产量，用连续反应釜生产醋酸丁酯，试计算反应釜的有效容积。并根据题7、题10和本题计算结果，试比较在相同操作条件下，所需三种反应器体积大小顺序。

15. 有一液相反应， A＋B

S＋R k1 = 7m3·(kmol·min)-1， k2 = 3m3·(kmol·min)-1

在容积为0.12m3的连续搅拌釜中进行，两种原料液分别以相同的体积导入反应釜中，其中一种原料液含A: 2.8kmol·m-3，另一种含B: 1.6kmol·m-3，当欲使反应物B的转化率为75％时，试求各原料液加入反应器的流量应为若干？假定反应时反应体积不变。

16. 在全混流反应器中进行等温反应A→B，测得反应速率(-rA)与CA的关系如下： cA,f(kmol·m-3) (-rA) (kmol·m-3·min-1) 1 1 2 2 3 3 4 4 5 4.7 6 4.9 8 5 10 5 （1）若要达到xA,f = 80％，反应器体积为0.25m3，CA,0=10kmol·m-3，求进料体积流量。 （2）若要达到xA,f = 80％，CA,0=15kmol·m-3， qV,0=1m3·min1，求反应器体积。

（3）若反应器体积为3m3，qV,0=1m3·min-1，CA,0=8kmol·m-3，求反应器出口反应物A的浓度。

17. 过氧化氢异丙苯（CHP）在硫酸催化作用下，发生如下反应：

CH3CCH3OOHH2SO455 COOHO+H3CCCH3

该反应为一级反应，已知在反应温度55℃时的反应速度常数 k = 0.23s-1, 若要求转化率达90％，试计算：

（1）目处理189m3 CHP，所需单个全混流反应器的体积；

（2）如果操作条件和转化率都不变，反应釜改为两个等体积釜串联，则反应器的总体积是多少？

18. 根据习题7给出的反应条件与产量，用二级串联反应釜产生产CH3COOC4H9。已知第一级反应釜HAc的转化率为35％，第二级反应釜HAc转化率为50％，计算反应釜的有效容积。

19. 已知某均相反应，(-rA)= kCA2, 式中k = 0.0174m3·(kmol·min)-1, 假定? ＝ const, 其值为750kg·m-3, 加料速率为7.14×10-3m3·min-1，CA0＝7.14kmol·m-3，反应在等温下进行，试计算下列方案中反应转化率各为多少？

（1）串联两个0.25m3的CSTR； （2）串联两个0.25m3的PFR；

（3）一个0.25m3的PFR，后串联一个0.25m3的CSTR； （4）一个0.25m3的CSTR，后串联一个0.25m3的PFR。

20. 一级反应 A → B，设计一个等温等压的活塞流反应器，要求达到63.2%转化率，已知原料是纯A，流量为1.5×10-4m3·h-1，在反应温度下, k = 5.01h-1。但是反应器安装后，在操作过程中发现转化率仅达到设计值的92.7%，认为这是由于反应器内的扰动，产生某个区域的返混所致。若该区域的返混像一个CSTR，则整个反应器可视作PFR→CSTR→PFR。试估计发生扰动该部分区域占反应器总体积的分率。

21. 有一全混流反应器，已知反应器体积为0.10m3，流量为0.01m3·min-1，试求离开反应器的物料中，停留时间分别为0～1min、 2～10min、大于30min的物料所占的分率。

22. 在一个体积为VR=0.577m3的管式反应器中，进行物料停留时间分布的测定，采用水为主流体，高锰酸钾溶液为示踪剂，在水流量qV=6.61ml·s-1的稳定情况下，脉冲法加入示踪液，在出口流中间隔取样分析，应用分光光度法测定各试样的光密度ε，实验数据如下表：

序号 时间(s) 光密度ε 序号 时间(s) 光密度ε 1 20 0.00 10 120 2 40 3 50 4 60 5 70 6 80 7 90 8 100 9 110 0.007 0.300 0.800 0.850 0.760 0.610 0.455 0.354 11 130 12 140 13 150 14 160 15 170 16 190 17 210 18 230 0.255 0.195 0.153 0.115 0.085 0.061 0.029 0.028 0.027 试求停留时间分布密度函数，并作出分布密度函数曲线；验证实验的正确性。 23. 某连续操作的反应器，已知其物料停留时间分布函数为：

（1）该反应器属于何种流动模型？ （2）物料在反应器内的空间时间是多少？

（3）若以（t/τ）为随机变量，E（t/τ）的表达式是什么？

24. 设F(?)、 E(?)分别为闭式流动反应器的停留时间分布函数及停留时间分布密度函数，?为对比时间。

（1）若该反应器为活塞流反应器，求：

(a) F(1) (b) E(1) (c) F(0.8) (d) E(0.8) (e) E(1.2)

（2）若该反应器为全混流反应器，求：

(a) F(1) (b) E(1) (c) F(0.8) (d) E(0.8) (e) E(1.2) （3）若该反应器为一非理想流动反应器，试求：

(a) F(∞) (b)F(0) (c)E(∞) (d)E(0) (e) E(t)=16t·exp(-4t) (min-1) 试求：(1) 平均停留时间；

(2) 停留时间小于1min的物料所占分率； (3) 停留时间大于2min的物料所占分率；

(4) 若用多釜串联模型拟合，反应器内进行一级液相反应，k = 0.6min-1，出口转化率为多少？

（5）若反应器内进行一级液相反应，k = 0.6min-1，试用凝聚流模型求反应器出口转化率。

26. 有一进料组成为A的饱和溶液， 其初始浓度为CA0=0.1kmol·m-3 的反应物成本是￥A=500元·kmolA，反应费用（包括安装、辅助设备等）为￥=10元·(m3·h)-1。试求在最佳条件下操作时所需的反应器容积、进料流量和转化率为若干？若未反应的A不加以回收，试求在此条件下单位产量R的成本为多少？

27. 在10m3的绝热釜式反应器中进行一级反应，反应速度常数为 k = 1013e-12000/T s-1。原料浓度为5kmol·m-3, 加料量为10-2m3·s-1，流体密度为850kg·m-3，比热为2.201JkJ·kg-1·℃-1, 反应放热量为20000kJ·mol-1。当反应釜进口原料温度为下列数值时，求稳定状态的反应温度和转化率。

（1）290K （2）300K

（3）310K

28. 在30°C、101.33kPa下，CO2向镍铝催化剂中的氢进行扩散。已知催化剂的孔容Vg=0.36cm3·g-1，比表面sg=150m2·g-1，颗粒密度?p=1.4g·cm-3，曲折因子? = 3.9 ，试求CO2的有效扩散系数。

29. 压下正丁烷在镍铝催化剂上进行脱氢反应。该反应为一级不可逆反应，在500°C时反应速率常数k = 0.94cm3·s-1·g-1(cat)。若采用直径为0.32cm的球形催化剂，其平均孔径为1×10-9m，孔容为0.35m3·g-1，曲折因子为2，孔隙率为0.36，试计算催化剂的内扩散有效因子。

30. 在?5mm×5mm圆柱形催化剂颗粒上，进行A的等温一级不可逆反应 A → B。已知在某一温度下以催化剂颗粒体积计的反应速率常数k = 6.2s-1，有效扩散系数De为0.0017cm2·s-1。试计算催化剂的内扩散有效因子，并判断内扩散对过程的影响程度。

31. 某一级不可逆气固相催化反应，(-rA)= 2×10-6mol·m3·s-1。当CA=2×10-2mol·L-1、总压为0,1013MPa、温度为400℃时，若要求催化剂内扩散对总速率基本上不发生影响，如何确定催化剂颗粒的内径？（已知De=1×10-3cm2·s-1）

32. 某等温下的一级不可逆反应，以反应体积为基准的反应速率常数k = 2s-1，催化剂为?5mm×5mm圆柱体，床层空隙率? = 0.5，测得其内扩散有效因子?内 = 0.638。试计算下述两种情况下的宏观反应速率常数k/：

???0E(?)d? (f)

?0?E(?)d?

25. 已知一等温闭式反应器的停留时间分布密度函数为

(1) 催化剂颗粒改为?3mm×3mm圆柱体； (2) 粒度不变，改变装填方式，使? = 0.4。

33. 在直径为2.4mm球形催化剂上进行一级不可逆反应 A → B 。气流主体中A的浓度为0.02kmol·m-3。测得单位床层内宏观反应速率为60 kmol·m-3·h-1，空隙率? = 0.4，组分A在颗粒内的有效扩散系数为5×10-5cm2·h-1，气膜传质系数kg为300m·h-1，试分析内、外扩散对过程的影响。

34. 由直径为3mm的多孔球形催化剂组成的等温固定床，在其中进行一级不可逆反应，基于催化剂颗粒体积计算的反应速率常数为0.8s-1，有效扩散系数为0.013cm2·s-1。当床层高为2m时，可达到所要求的转化率。为了减小床层压力降，改用直径为6mm的球形催化剂，其余条件均保持不变，流体在床层中的流动均为层流。试计算： (1) 催化剂床层高； (2) 床层压力降减小的百分率

思 考 题

1. 间歇反应器物料停留时间和连续反应器物料的平均停留时间，二者有何区别？ 2. 某一液相基元反应 A + B → R + S ,由于B大大过量,所以可视为拟一级反应,让物料依次通过一个全混流反应器和一个活塞流反应器,现调换两个反应器顺序,对出口转化率xA,f有否影响?

3. 有人用一根很长的管道作为反应器。用泵将管道内的反应物料循环，其中连续进料一份，出料一份，泵循环量为70份。那么，此装置等效于平推流反应器还是全混流反应器。

4.一个有效容积为1m3的搅拌釜和一个容积为0.5m3的管式反应器，串联一起，如下图所示，组成成套设备。

思考题 4 附图

现将某物料通入整套设备中，此物料的体积流量为1m3·h-1。设此物料在釜中和管式反应器中的流动型态各为理想混合和活塞流。

（1）此物料在釜中的平均停留时间为__________小时；在管式反应器中的平均停留时间是_________小时；在整套设备中的平均停留时间是__________小时；离开C处时，物料在这套设备中的停留时间至少需___________小时。

（2）请定性绘出此物料在整套设备中的停留时间分布密度函数曲线。 （3）求出t = 0、0.5、1、1.5小时处的E(t)值。

(4) 当物料离开C时，在整套设备中停留时间t≤0.5小时的物料占进料的分率为________。

5. N个PFR串联，总体积为V，其最终转化率与一个体积为V的单个PFR所获得的转化率相同；N个CSTR串联，总体积为V，其最终转化率与一个体积为V的单个CSTR所获得的转化率相同。上述结论是否正确？

6. 气固接触催化反应：(1) 表观动力学接近本征动力学；(2) 表观动力学接近扩散动力学；（3）表观动力学级数趋向一级，而且表观活化能明显降低。以上三种情况分别属于什么控制？

7. 气固相催化反应过程属于反应控制步骤的，采用哪些实验方法证明？ 8. 采用什么方法改善外部阻力和内部阻力？ 9. 温度对反应速率和扩散速率的敏感程度是否相同？

10. 下列反应特征中（1）催化剂强度差；（2）反应热效应大；（3）反应对温度敏感；（4）反应对返混敏感。问选用流化床还是固定床反应器？

第六章 非均相物系的分离

例1. 某一锅炉房的烟气沉降室，长、宽、高分别为11×6×4m，沿降尘室高度的中间加一块隔板。烟气温度为150℃，风机风量为12500m3·h-1（标），试核算该降尘室能否沉降35?m以上的尘粒。

已知 ?P = 1600kg·m-3 ? = 1.29kg·m-3 ? = 0.0225×10-3Pa·s

解：设在斯托克斯区沉降

2dp(?p??)gut?

18?