化学反应工程 第二版课后习题 下载本文

《化学反应工程》第二版习题

第六章习题

1. 在一总长为4m的填充床中,气体以2500kg·mhr的质量流率通过床层。

床层体安装直径为3mm的球形催化剂颗粒,空隙率为0.45,气体密度为

2.9kg·m,其粘度为1.8╳10kg·ms。求床层的压降。

2. 不可逆反应2A+B→R,若按均相反应进行,其动力学方程为:

?rA=3.8×10pApB mol·Lhr

在催化剂存在下,其动力学方程为:

?rA?10?2-2-1

-3-5-1-1

-32-1-1

pApB2A256.3?22.1p?3.64pR?1?1mol?hrgcat

若反应在101.33kPa下恒温操作,进料组分中pA=5.07kPa,pB=96.26kPa,催化剂的堆积密度为0.6g·cm-3。试求在一维拟均相反应气中为保证出口气体中A的转化率为93%,两种反应器所需的容积比。(式中,p的单位为kPa)

3. 在铝催化剂上进行乙腈的合成反应

C2H2+NH3→CH3CN+H2+92.14kJ

(A) (B) (R) (S)

设原料气的体积比为C2H2:NH3:H2=1:2.2:1。采用三段绝热式反应器,段间间接冷却,使各段出口温度均为550℃,每段入口温度也相同,其反应动力学方程可近似表示为:

??7960?4?rA?3.08?10exp???1?xA?T??kmol?hrgcat

?1?1流体的平均热容CP=128J·mol-1K-1。若要求乙腈的转化率为92%,且日产乙腈20吨,求各段的催化剂量。

4. 在一固定床反应器中,填充5.40m3的催化剂。在550℃,101.33kPa下进行

2A→2R+S的反应,用水蒸汽作稀释剂,反应物A与水蒸气的配比为1:4(摩尔比)。标准状态下加料量为1.0m3hr-1,出口转化率为50%,当反应

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《化学反应工程》第二版习题

速率采用?rA??1dnAVdt(其中V是催化剂填充体积)的定义时,550℃

-1

下的反应速率常数为1.0hr。若忽略外扩散的影响,并假定有效因子在床层内为一常数,求其有效因子。

5. 在T?x图上,①为平衡曲线,②为

x ① 最佳温度曲线,AMN为等转化率曲

线,指出最大速率点和最小速率点。A ② D M BCD为等温线,指出最大速率点和C N 最小速率点。

B T 6. 在T?x图上,定性绘出三段间接换

热SO2氧化反应的操作线。

在T?x图上,定性绘出三段原料气冷激的合成氨反应的操作线。

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第七章习题

1. 某合成反应的催化剂,其粒度分布如下:

6

dp╳10/m 40.0 31.5 25.0 16.0 %/(wt) 4.60 27.05 27.95 30.07

10.0

6.49

5.0 3.84

已知εmf=0.55,ρP=1300kg.m-3。在120℃及101.3kPa下,气体的密度ρ=1.453

-3-2

kg.m,μ=1.368╳10mPa·s。 求初始流化速度。

-6

2. 计算粒径为80╳10 m的球形颗粒在20℃空气中的逸出速度。颗粒密度

ρP=2650 kg·m-3,20℃空气的密度ρ=1.205 kg·m-3,空气此时的粘度为μ=1.85

-2

╳10mPa·s。

3. 在流化床反应器中,催化剂的平均粒径为51╳10-6m,颗粒密度ρP=2500

kg·m,静床空隙率为0.5,起始流化时床层空隙率为0.6,反应气体的密度为1 kg·m,粘度为4╳10mPa·s。试求: 1.初始流化速度 2.逸出速度 3.操作气速

4. 在一直径为2m,静床高为0.2m的流化床中,以操作气速u=0.3m·s-1的空

气进行流态化操作,已知数据如下: dp=80╳10-6 m,ρP=2200 kg·m-3,ρ=2 kg·m-3,μ=1.90╳10-2mPa·s,εmf=0.5

求床层的浓相段高度及稀相段高度。

5. 例7-3中如果要求出口气体中关键组分转化率为xAf=0.98,催化剂用量应取多少?

6. 例7-3中如果将操作气速由u=0.12m·s-1提高到0.2 m·s-1,出口气体中关键

组分转化率是多少?床层高度有何变化?

-3

-2

-3

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第八章习题

1. 以25℃的水用逆流接触的方法吸收空气中的CO2,试求在操作时

(1) 气膜和液膜的相对阻力是多少?

(2) 采用哪种最简单形式的速率方程来设计计算吸收塔。 已知CO2在空气和水中的传质数据如下: kAG=0.789mol·hr-1m-2kPa-1 kAL=25L·hrmHA=3039.9kPa·L·mol-1

-1

-2

2. 若采用NaOH水溶液吸收空气中的CO2,反应过程属瞬间反应

CO2+2OH-=2H++CO32-

吸收温度为25℃(题1数据可用),请计算: (1) 当pCO2=1.0133kPa,cNaOH=2mol·L-1时的吸收速率; (2) 当pCO2=20.244kPa,cNaOH=0.2mol·L时的吸收速率; (3) 他们与纯水吸收CO2比较,吸收速率加快了多少倍?

3. 用纯水吸收CO、O2等气体中少量的NH3,已知在操作温度(10℃)下NH3

的亨利系数HA=1.01kPa·L·mol-1;CO2,O2亨利系数HA=1.01╳105 kPa·L·mol-1。试求

假定NH3,CO,O2在水中即液相中传质系数相等,且kAG=4.05╳10-3 mol·cm·kPa-1L-1s-1;kAL=0.01cm·s-1。 (1) 气膜和液膜阻力各为多少? (2) 应采用哪种形式的速率式? (3) 采用化学吸收是否都可用?为什么?

4. 在填料塔中用浓度为0.25mol·L-1的甲胺水溶液来吸收气体中的H2S,反应

式如下:

H2S+RNH2→HS-+RNH3+

(A) (B) (R) (S)

-3-2-1

反应可按瞬间不可逆反应处理,在20℃时的数据如下:F=3╳10mol·cms;cT=55.5mol·L-1;pT=101.3kPa; kALσ=0.03s-1;kAGσ=5.92╳10-7mol·cm-3kPa-1s-1;DAL=1.5╳10-5cm2s-1;DBL=1╳10-5cm2s-1;HA=11.65kPa·L·mol-1。为使气体中

-1

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《化学反应工程》第二版习题

H2S浓度由1╳10-3降到1╳10-6,求最小液气比和所需填料高度。

-3-1

5. 已知气液反应A(g)+B(l)→P(l)的本征动力学方程是?rA=k2cAcB mol·cms,

反应在70℃下进行时,k2=20cmmols。在一搅拌充分的反应器内,将含

2-3

A为20%的气体在总压为101.33kPa下通入,若比表面积σGL=3.0cmcm,εL=0.85,DAL=2.2╳10cms,HA=1.12╳10kPa·L·mol,kAL=0.07cm·s。气相阻力可忽略不计,求当cB=4.0╳10-3mol·cm-3时的以单位容积床层计的宏观反应速率。

6. 在半间歇鼓泡塔中进行苯氯化生产一氯化苯的反应:

Cl2(G)+C6H6(L)→C6H5Cl+HCl

(A) (B) (R)

为了控制副反应,确定苯的最终转化率为0.45。某装置年生产能力为8万吨一氯化苯(每年以7000小时计)。反应生成一氯化苯的选择性SR=0.95。在操作条件下,已知DAL=7.57╳10-9m2s-1;cAI=1.03kmol·m-3;kAL=3.7╳10-4 m·s;?rA=?rB=kcAcB; k=2.08╳10 mkmols;ρB=810kg·m;比表面积σ=200m2m-3;装填系数υ=0.7;平均气含率εG=0.2,每批料辅助生产时间t’=15min,计算所需鼓泡塔反应器容积。

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-4

-3

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2-1

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3

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