【正文】 進(jìn)行。10. 一級(jí)反應(yīng)A→P，進(jìn)料溫度為150℃。在PFR中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)器體積為VP ，如改為CSTR，其體積為VM，為達(dá)到同樣的轉(zhuǎn)化率90％，則VM／VP之值應(yīng)如何？為使VM／VP＝1，反應(yīng)溫度應(yīng)如何變化？→P,擬用兩臺(tái)活塞流反應(yīng)器串聯(lián)操作。已知CA0=1mol/L，Vr1=120 L,溫度T1時(shí)，k1=1L/(h?mol)，溫度T2時(shí)，k2=2L/(h?mol)，進(jìn)料流量Q0＝60L／h。試問(wèn)下列兩種操作何種為優(yōu)？T1 Vr1T2 Vr2（1） Q0 CA0 CA1 CA2T1 Vr1T2 Vr2（2） Q0 CA0 CA1 CA2 ，進(jìn)行液相一級(jí)不可逆反應(yīng)：，當(dāng)處理量Q0＝1m3/h時(shí)，出口轉(zhuǎn)化率達(dá)80%?，F(xiàn)在原反應(yīng)器后串聯(lián)一只反應(yīng)器，反應(yīng)溫度相同。若為了使處理量增加一倍，則問(wèn)：（1）串聯(lián)一只全混流反應(yīng)器，總出口轉(zhuǎn)化率仍為80％，該反應(yīng)體積為多大？（2）若串聯(lián)一只2 m3的全混流反應(yīng)器，總出口轉(zhuǎn)化率可達(dá)多少？解：13. 某液相均相反應(yīng)A ＋ B → P，(RA)=kCACB；當(dāng)反應(yīng)溫度100℃時(shí)，（mol/L），進(jìn)料混合物中A、B的初始濃度均為2mol/L。要求P的產(chǎn)量為80mol/h，最終轉(zhuǎn)化率為80％。求下列幾種情況下的反應(yīng)體積：（1）反應(yīng)在間歇釜式反應(yīng)器中進(jìn)行，輔助時(shí)間為1h。（2）反應(yīng)在全混流釜式反應(yīng)器中進(jìn)行；（4） 反應(yīng)在活塞流管式反應(yīng)器中進(jìn)行。解：一液相基元反應(yīng),在兩只串聯(lián)的攪拌釜(可視為CSTR)中等溫反應(yīng)，經(jīng)分析測(cè)試，得到如下數(shù)據(jù)：第一只釜：體積30L，進(jìn)料流量900L／h（純A），出口轉(zhuǎn)化率60％；第一只釜：體積40L，出口轉(zhuǎn)化率80％。（1）求該反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程式。（2）先采用一只40L的釜（在前）和一只新釜（在后）串聯(lián)，在反應(yīng)溫度和總出口轉(zhuǎn)化率不變的情況下，是純A處理量提高一倍，求新釜的體積。（3）若采用一活塞流反應(yīng)器來(lái)完成與（2）相同的生產(chǎn)任務(wù)，求該反應(yīng)器的體積。解：在一體積為120L的全混釜中進(jìn)行一液相反應(yīng)：14．在反應(yīng)體積為1m3的釜式反應(yīng)器中，進(jìn)行的反應(yīng)，該反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)，,A的最終轉(zhuǎn)化率為90％。（1）采用間歇操作，則P的日產(chǎn)量是多少？（2）若改用單釜連續(xù)操作，其它條件不變，則P的日產(chǎn)量又是多少？（3）為什么這兩種操作方式產(chǎn)量不同？，長(zhǎng)為200cm的閉式反應(yīng)器中進(jìn)行一級(jí)不可逆反應(yīng)A→P。進(jìn)料流量為200cm3/s，若將該反應(yīng)器作全混釜處理，得出口轉(zhuǎn)化率為80％。（1）若用軸向擴(kuò)散模型處理，則在相同反應(yīng)條件下，反應(yīng)器的出口轉(zhuǎn)化率為多少？(2) 若用多釜模型處理，出口轉(zhuǎn)化率又為多少？解：16. 已知一閉式液相反應(yīng)器在流量為5L／s下進(jìn)行脈沖失蹤，得到停留時(shí)間分布密度函數(shù)E(t)= s1，試求：（1）平均停留時(shí)間。（2）該反應(yīng)器的反應(yīng)體積為多少？（3）E(θ)、F(θ)和（4）若將該反應(yīng)器用多釜串聯(lián)模型描述，其模型參數(shù)N為多少？解：（1）（2） （3），全混流反應(yīng)器＝1模型參數(shù)N＝1對(duì)一閉式反應(yīng)器進(jìn)行脈沖失蹤，瞬時(shí)加入示蹤劑量為3克，在反應(yīng)器出口測(cè)定示蹤劑濃度與時(shí)間關(guān)系如圖所示，求：（1） 該反應(yīng)器的反應(yīng)體積為多少？(3) 若用多釜模型描述，其模型參數(shù)N為多少？(4) 若在此裝置內(nèi)進(jìn)行二級(jí)不可逆反應(yīng)，物料處理量于示蹤時(shí)流體流量相同，若該裝置用軸向擴(kuò)散模型處理，則反應(yīng)器的出口轉(zhuǎn)化率為多少？解：由C(t)～t圖，可知，在反應(yīng)溫度150℃下，測(cè)得kP=5s1,有效擴(kuò)散系數(shù)DeA=。求：(1)，內(nèi)擴(kuò)散影響是否已消除？(2)，則顆粒直徑應(yīng)不大于多少？18．在實(shí)驗(yàn)室固定床管式反應(yīng)器中，等溫進(jìn)行一級(jí)不可逆反應(yīng)A→P，采用球形顆粒催化劑。當(dāng)氣體A以100cm3/s通過(guò)催化劑床層時(shí)，出口轉(zhuǎn)化率達(dá)50％。若外擴(kuò)散阻力可忽略不計(jì)，104cm2/s。試求在上述反應(yīng)條件下，催化劑的內(nèi)擴(kuò)散有效因子η值和反應(yīng)速率常數(shù)kP值。 可視為一級(jí)不可逆吸熱反應(yīng)。在一活塞流管式反應(yīng)器中反應(yīng)，進(jìn)料溫度為680℃，,。求：①若在680℃下等溫操作，當(dāng)反應(yīng)體積為1m3時(shí)，可達(dá)到的轉(zhuǎn)化率為多少？②若絕熱操作，進(jìn)口溫度為680℃，求出口轉(zhuǎn)化率為13％時(shí)的出口溫度。已知18℃時(shí)該反應(yīng)的反應(yīng)熱為23720kJ/kmol，各組份在上述溫度范圍內(nèi)的熱容分別為：PH3(g) , H2 , P4(g) kJ/kmol ℃。解：(2) 4PH3(g) → P4(g) + 6H2 ΔH=0 T0=953K,xA0=0 → T , xA=13% ↓ΔH1 ↑ΔH3 ΔH2 Tr=291K,xA0=0 → Tr=291K ,xA=13% ΔH1+ΔH2+ΔH3=ΔH=0 ΔH1=FA0CPA(TrT0)=(291953)= kmol/h ΔH2=FA0xA(ΔHr)291K=(23720)= kmol/h ΔH3=[FA0(1xA)CPA+(1/4)FA0xACPB +(6/4) FA0xACPC](TTr) =(T291) kmol/h (T291)= ∴ T=(K)= (℃)20．一氣固催化反應(yīng)A→P,為一級(jí)不可逆反應(yīng)。采用球形顆粒催化劑，在450℃，106m2/s。求：① 內(nèi)擴(kuò)散有效因子值η為多少？② ，106m2/s，則此時(shí)催化劑的用量為原用量的多少？③ ，106m2/s，要求η同①，則此時(shí)催化劑顆粒大小為多少？21．在一固定床反應(yīng)器中等溫進(jìn)行一級(jí)不可逆氣固催化反應(yīng)A→P，在消除外擴(kuò)散阻力和CAG=10 mol/m3時(shí)測(cè)得某處宏觀反應(yīng)速度(RA)=1mol/ (m3床層s)。催化劑有效擴(kuò)散系數(shù)DeA=108 m2/s。求： (1)該處催化劑的內(nèi)擴(kuò)散有效因子η值 (2)反應(yīng)器中所裝催化劑顆粒的半徑。→P，催化劑為球形dp=6mm，DeA=108 m2/s，在消除外擴(kuò)散阻力和CAG=10 mol/m3時(shí)測(cè)得某處宏觀反應(yīng)速度(RA)=1mol/ (m3床層s)。以催化劑床層計(jì)的本征反應(yīng)速率常數(shù)kV為。求： (1)該處催化劑的內(nèi)擴(kuò)散有效因子η值 (2)在進(jìn)料量為20 L／s，ρp =1200 kg/m3，反應(yīng)器出口轉(zhuǎn)化率為80％時(shí)催化劑的裝填量。，在反應(yīng)溫度150℃下，測(cè)得kP=5s1,有效擴(kuò)散系數(shù)DeA=。求：（1） ，內(nèi)擴(kuò)散影響是否已消除？（2） ，則顆粒直徑應(yīng)不大于多少？解：24. 一級(jí)不可逆氣固催化反應(yīng)A—R，在不同反應(yīng)條件下測(cè)得如下數(shù)據(jù)(外擴(kuò)散阻力已排除)： dp(mm) CA(mol／m3) T(k) (—rA)(mol／LS，m3催化劑) 6 　　　　　 1 　　　　 400 1 0．1 1 400 10 0．2 0．5 430 20(內(nèi)擴(kuò)阻力已排除) 試求：(1)本征速率常數(shù)，本征反應(yīng)活化能，(2)粒徑為6mm時(shí)的催化劑有效系數(shù)η, 在進(jìn)料量為20 L/s，ρp=1200kg/m3，反應(yīng)器出口轉(zhuǎn)化率為80％時(shí)催化劑的裝填量。25．?dāng)M設(shè)計(jì)一固定床反應(yīng)器，在350℃下等溫進(jìn)行一氣固催化反應(yīng)，可視為一級(jí)不可逆反應(yīng)。純A氣體以Q0＝100m3/h的流量通過(guò)催化劑床層。此時(shí)外擴(kuò)散阻力可忽略不計(jì)。已知催化劑為球形顆粒，直徑為4mm，床層堆積密度為1300kg/m3,。 26. 一級(jí)氣固催化反應(yīng)，在消除了內(nèi)、外擴(kuò)散阻力后，測(cè)得如下數(shù)據(jù)：T(℃)CA(mol/L)(RA)(mol/)300135012現(xiàn)將這種催化劑裝在固定床中進(jìn)行等溫反應(yīng)(300℃)，可視為活塞流。（此時(shí)外擴(kuò)散可忽略不計(jì)）時(shí)，反應(yīng)器出口轉(zhuǎn)化率為80％。已知顆粒直徑為5mm，球形，催化劑量為100kg，顆粒密度，求：（1）300℃時(shí)的內(nèi)擴(kuò)散有效因子η值（2）若將反應(yīng)溫度提高到350℃，出口轉(zhuǎn)化率仍為80％，求催化劑裝填量。解：28. 一級(jí)氣固催化反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得如下數(shù)據(jù)：dP(mm)CA(mol/L)(RA)(mol/gcats)T(℃)120148024014802403500假設(shè)外擴(kuò)散阻力可忽略不計(jì)，A在顆粒內(nèi)的有效擴(kuò)散系數(shù)DeA不隨溫度變化。求：反應(yīng)活化能。解：29. 一級(jí)氣固催化反應(yīng)，在50atm下，測(cè)得如下數(shù)據(jù)：CA(mol/L)(RA)(mol/)T(℃)dP(mm)120667粉末11625粉末116676已知催化劑為粉末狀時(shí)已消除了內(nèi)擴(kuò)散的影響,催化劑密度為1000kg/m3。求：（1）反應(yīng)的活化能（2）為使dP＝6mm時(shí)也能消除內(nèi)擴(kuò)散阻力的影響，則應(yīng)采用什么反應(yīng)溫度？解：31．某氣固催化反應(yīng)，為一級(jí)不可逆反應(yīng)，在絕熱式固定床反應(yīng)器（可視為活塞流）中進(jìn)行，如圖所示。已知催化劑為球形顆粒，直徑為4mm，DEa為10－5cm2/s，以顆粒體積計(jì)的本征反應(yīng)速率常數(shù)（s1）。若在反應(yīng)器中絕熱溫升可作為常數(shù)，求轉(zhuǎn)化率為20％處的催化劑有效因子η值。解：32．，進(jìn)料為純A、1atm、336℃，進(jìn)料速度為4mL／s，對(duì)于一級(jí)反應(yīng)，可達(dá)80％轉(zhuǎn)化率。如欲設(shè)計(jì)一工業(yè)反應(yīng)器，進(jìn)料也為純A，操作溫度、壓力、轉(zhuǎn)化率均同上。如采用流化床反應(yīng)器(假設(shè)氣相為全混流)，則粒徑采用lmm的催化劑，如采用固定床反應(yīng)器(氣相為活塞流)，則粒徑用15mm的催化劑。為使催化劑用量最省，應(yīng)采用何種反應(yīng)器？已知催化劑顆粒密度為2000kg／m3，有效擴(kuò)散系數(shù)DeA為3106m2／s。解：所以，為使催化劑用量最省，應(yīng)采用流化床反應(yīng)器。33．現(xiàn)有兩種球形催化劑粒子， ，分別在等溫的固定床反應(yīng)管中進(jìn)行測(cè)試，床層體積為150cm3,所用反應(yīng)物流量均為3cm3/s,反應(yīng)為一級(jí)不可逆。，達(dá)到的轉(zhuǎn)化率為66％，則轉(zhuǎn)化率只能達(dá)30％。求這兩種催化劑的內(nèi)擴(kuò)散有效系數(shù)各為多少？（外擴(kuò)散阻力已消除。）34．一級(jí)不可逆氣固催化反應(yīng)A→R，在不同反應(yīng)條件下測(cè)得如下數(shù)據(jù)(外擴(kuò)散阻力已排除)： dp(mm) CA(mol/m3) T(k) (rA)(mol／lSm3催化劑) 6 1 400 1 1 400 10 430 20(內(nèi)擴(kuò)阻力2排除) 試求：(1)本征速率常數(shù) (2)本征反應(yīng)活化能，(3)粒徑為6mm時(shí)的催化劑有效系數(shù)η→R，實(shí)驗(yàn)測(cè)得如下數(shù)據(jù)。序號(hào)dP(mm)CAG(mol/m3)(RA)(mol/)T(K)123122204040113480480500求:反應(yīng)活化能。(假定外擴(kuò)散阻力已消除,DeA不隨溫度變化。)，在某實(shí)驗(yàn)室催化反應(yīng)器中測(cè)得dS為6mm的催化劑的一級(jí)不可逆反應(yīng)的宏觀反應(yīng)速率常數(shù)為100s1,已知有效擴(kuò)散系數(shù)為2105m2/s，試求直徑為9mm時(shí)的催化劑的內(nèi)擴(kuò)散有效因子與宏觀反應(yīng)速率常數(shù)。P在固定床中等溫進(jìn)行，催化劑為球形dp=6mm，DeA=108 m2/s，在消除外擴(kuò)散阻力和CA=10 mol/m3時(shí)測(cè)得宏觀反應(yīng)速度(rA)=1mol/sm3催化劑，求 (1)該催化劑的m值 (2)在進(jìn)料量為20 l／s，ρp = g/cm3，反應(yīng)器出口轉(zhuǎn)化率為80％時(shí)反應(yīng)器催化劑裝填量。（即5atm）及50℃下，氣體在高度湍流的氣－固相催化反應(yīng)器中操作，外擴(kuò)散阻力可不計(jì)，反應(yīng)為一級(jí)可逆反應(yīng)，50℃時(shí)平衡轉(zhuǎn)化率為85％，在該反應(yīng)條件下，催化劑的顆粒密度為1g/cm3, 不同顆粒大小時(shí)反應(yīng)速率如下：dP/mm(RA)/(mol/)104104104為減少固定床反應(yīng)器壓降,克服內(nèi)擴(kuò)散阻力,希望采用的最大顆粒直徑為多少?39．%NH3，%N2，%H2，%%CH4。該塔是在30MPa壓力下操作。已知催化劑床層中某處的溫度為500℃，反應(yīng)氣體中氨含量為10%（mol），試計(jì)算該處的反應(yīng)速率。在Fe催化劑上氨合成反應(yīng)速率式為：已知500℃時(shí)：。解：求各組分的分壓值：各組分的摩爾分率及分壓值為：NH310%pNH3=3MPaN2%pN2=H2%pH2=反應(yīng)速率為：40．在一個(gè)有效容積為300L的反應(yīng)器中，90℃等溫下將濃度為4 kmol/m3的過(guò)氧化氫異丙苯溶液分解： （A）