【正文】 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） 。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。（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。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/s(假定外擴(kuò)散阻力已消除,DeA不隨溫度變化。m3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)。）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／l達(dá)到的轉(zhuǎn)化率為66％，則轉(zhuǎn)化率只能達(dá)30％。解：所以，為使催化劑用量最省，應(yīng)采用流化床反應(yīng)器。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。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。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）。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。s)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。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。 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)散阻力可忽略不計(jì)。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)。，在反應(yīng)溫度150℃下，測(cè)得kP=5s1,有效擴(kuò)散系數(shù)DeA=。以催化劑床層計(jì)的本征反應(yīng)速率常數(shù)kV為?！鶳，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床層催化劑有效擴(kuò)散系數(shù)DeA=108 m2/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)。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在一活塞流管式反應(yīng)器中反應(yīng)，進(jìn)料溫度為680℃，,。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。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％。（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=。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％。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％。（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。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％。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。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。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%。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。（2） 反應(yīng)在全混流釜式反應(yīng)器中進(jìn)行；（3） 反應(yīng)在活塞流管式反應(yīng)器中進(jìn)行。要求P的產(chǎn)量為480mol/h，最終轉(zhuǎn)化率為80％。求：反應(yīng)器出口P的總選擇性及A、P、Q的濃度。又當(dāng)溫度升高10℃，測(cè)得＝3，試問(wèn)哪個(gè)反應(yīng)活化能大？?jī)蓚€(gè)活化能差多少？解： ，實(shí)驗(yàn)測(cè)得在400K時(shí)的反應(yīng)物A的消耗速率為： 若反應(yīng)速率方程用如下型式表示－rA = kCA2 mol/求相應(yīng)的速率常數(shù)k的數(shù)值和因次。當(dāng)反應(yīng)10分鐘后，,反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)一倍。解：+B→P，已知CA0 ＝CB0，在間歇反應(yīng)器中達(dá)到xAf=，需反應(yīng)時(shí)間10min。（PFR的操作壓力為1atm）解：一均相反應(yīng)，其動(dòng)力學(xué)方程式為其中k=1min1,要求，若反應(yīng)分別在等體積的BR、PFR和CSTR中在相同的條件下等溫進(jìn)行，已知BR的輔助時(shí)間為10min，求：（1）這三種反應(yīng)器生產(chǎn)強(qiáng)度之比值（生產(chǎn)強(qiáng)度是指單位時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)R的摩爾數(shù)）（2）求在BR中，生產(chǎn)強(qiáng)度最大時(shí)的最佳反應(yīng)時(shí)間及此時(shí)的轉(zhuǎn)化率。2．在一等溫操作的間歇反應(yīng)器中進(jìn)行某液相一級(jí)反應(yīng)，13分鐘后反應(yīng)物轉(zhuǎn)化掉70％。證明：從有利于P的選擇性角度出發(fā)，最佳溫度為 證明： 六、計(jì)算題1．一級(jí)不可逆反應(yīng)，在150℃等溫PFR中可得轉(zhuǎn)化率60％，現(xiàn)改用同樣大小的CSTR中操作，處理量不變，要求轉(zhuǎn)化率為70％。％時(shí)所需的反應(yīng)時(shí)間為轉(zhuǎn)化率50％時(shí)所需時(shí)間的十倍。則其速率控制步驟可逆是：反應(yīng)①： ；因?yàn)? 反應(yīng)②： ；因?yàn)? 18．液相n級(jí)不可逆反應(yīng)，其和CA具有圖示曲線關(guān)系，將此反應(yīng)分別在平推流和全混流兩種反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行起始濃度C加和終了濃度CAf相同，反應(yīng)溫度也相同，試在圖上表示兩種反應(yīng)器所需空時(shí)大小。問(wèn)得到的E(t)曲線是否相同？F(t)曲線是否相同？若在兩個(gè)系統(tǒng)內(nèi)分別進(jìn)行一級(jí)不可逆反應(yīng)，反應(yīng)條件相同，則出口轉(zhuǎn)化率哪個(gè)大或相等？若進(jìn)行二級(jí)不可逆反應(yīng)，則出口轉(zhuǎn)化率哪個(gè)大或相等？見(jiàn)課本P15414. 對(duì)于乙炔法氯乙烯生產(chǎn)工藝： HgCl2 C2H2 + HCl → C2H3Cl采用流化床反應(yīng)器串聯(lián)固定床反應(yīng)器的裝置已經(jīng)獲得成功，你認(rèn)為該裝置設(shè)計(jì)的基本考慮是什么？、填料塔、板式塔、鼓泡塔、噴霧塔、流化床等各類反應(yīng)器可供選用，試判斷下列各反應(yīng)宜采用何種反應(yīng)器？并簡(jiǎn)述理由。解：所以，采用此建議產(chǎn)量的增加是極有限的。12. 在等溫固定床反應(yīng)器中進(jìn)行一級(jí)不可逆反應(yīng)，床內(nèi)充填顆粒直徑為6mm的球形催化劑，在操作溫度下。（2）在一絕熱反應(yīng)器中，僅當(dāng)進(jìn)行一級(jí)反應(yīng)時(shí)，其反應(yīng)溫度與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系才呈線性。10. 在四段絕熱式固定床反應(yīng)器中進(jìn)行n級(jí)不可逆放熱反應(yīng)，各段的催化劑裝量相同，且控制進(jìn)入各段的反應(yīng)物料溫度相等。P113多找點(diǎn)話說(shuō)絕熱溫升可以作為衡量反應(yīng)放熱程度的指標(biāo)。，不好說(shuō)8．試述多段間接換熱式和多段直接換熱式氣－—固相催化反應(yīng)器的特點(diǎn)，并舉出應(yīng)用實(shí)例。(2)F(100)F(0)。現(xiàn)欲用來(lái)生產(chǎn)乙酸乙酯，由于乙醇大大過(guò)量，該反應(yīng)對(duì)乙酸為二級(jí)反應(yīng)，現(xiàn)要求乙酸乙酯的產(chǎn)量盡可能大，你認(rèn)為應(yīng)采用什么樣的連接方式？為什么？二級(jí)反應(yīng)，小釜在前，大釜在后6. 已知物料在某連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器中的停留時(shí)間分布密度函數(shù)為：E(t)=() L/s試求這個(gè)流動(dòng)體系中停留時(shí)間為（1）90～110s (2) 0~100s (3) 100s 的物料在總物料中所占的比例，并判斷該分布密度是否正確？F（t）=1exp（）。內(nèi)擴(kuò)散阻力不計(jì)，則反應(yīng)物濃度在催化劑中均勻分布。4．設(shè)有三種不同類型的球狀催化劑： “蛋殼”型 “蛋黃”型。在催化劑床層內(nèi)A、B、C三點(diǎn)分別進(jìn)行測(cè)定。（1）測(cè)得A點(diǎn)的溫度為780℃，你認(rèn)為正確嗎？為什么？（2）測(cè)得B點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率為90％，你認(rèn)為正確嗎？為什么？3. 在絕熱式固定床反應(yīng)器中，進(jìn)行一不可逆氣固催化反應(yīng)A→P，反應(yīng)器入口氣體溫度為400℃，A的濃度為5mol/L, 。ηaηb 像這種類型的題目，有8種情形，以上都有涉及，只能根據(jù)已有答案給出答案的只有4種，還有四種不確定按照公式一級(jí)反應(yīng)二級(jí)反應(yīng)絕熱操作吸熱反應(yīng)ab放熱反應(yīng)ab等溫操作吸熱反應(yīng)估計(jì)是相等ab放熱反應(yīng)估計(jì)是相等ab2．在一絕熱式管式反應(yīng)