内容发布更新时间 : 2024/5/12 23:27:53星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

第一章 反应器基本理论 一、思 考 题

1、为什么说间歇釜是药厂最常见的反应设备？ 2、间歇反应釜的操作特点是什么？ 3、管式反应器的操作特点是什么？ 4、连续反应釜的操作特点是什么？

5、在停留时间分布中，年龄分布与寿命分布的区别？ 6、产生返混的原因是什么？ 7、返混对化学反应的影响？ 8、理想反应器有哪几种？ 9、均相反应速度及其表达式？ 10、间歇釜式反应器的基础设计式？

11、为什么利用小试实验数据，可以进行反应釜的放大设计？ 12、反应器的有效容积VR 由哪二部分组成的？ 13、平推流反应器的基础设计式？

14、利用间歇反应器中的数据，能否进行管式反应器的设计与放大？ 15、全混釜的基础设计式？

16、多釜串联反应器的浓度变化折线图？ 17、多釜串联反应器的基础设计式？

18、在简单反应中，反应器型式选择的几条常用原则？

19、在平行反应中，反应器的型式和操作方式的选择依据是什么？ 20、在连串反应中，反应器的型式和操作方式的选择依据是什么？ 21、停留时间分布密度函数与分布函数的区别与关系？ 22、平均停留时间和方差的计算？

23、无因次时间表示的停留时间分布及其与停留时间分布的关系？ 24、脉冲法测定停留时间分布的基本原理？ 25、阶跃法测定停留时间分布的基本原理？ 26、在平推流模型中，E(τ)和F(τ)的特征如何？

27、在全混流模型中，当阶跃法进料量，E(τ)和F(τ)的特征如何？

28、如何采用多釜串联模型来判断实际的流动状态？

二、 习 题

1．试证明：在间歇釜中进行一级反应，转化率为99.9％所需的反应时间是转化率为50％时所需反应时间的10倍。

2．在间歇釜中以硫酸作催化剂、使己二酸与己二醇以等摩尔比、在70℃下进行缩聚反应，动力学方程式为 (-rA ) = k · CA2 其中：k =1.97 L / (kmol · min)，CA0 = 0.004 kmol / L。求己二酸的转化率为0.5、0.6、0.8及0.9时所需的反应时间分别为多少？若每天处理己二酸2400 Kg，转化率为80％，每批操作的辅助时间为l h，装料系数加0.75，求反应器的容积为多少？

答：126.9、190.4、507.6、1142.1 min； 2157 L

3．用醋酸和丁醇生产醋酸丁酯，反应式为

CH3COOH + C4H9OH100℃H2SO42

CH3COOC4H9 + H2O

已知其动力学方程式为 (-rA ) = k · CA，式中CA为醋酸的浓度，kmol / L，k =17.4 L／(kmol · min)；反应物料配比为HAc:C4H9OH＝1:4.97 (摩尔比)，反应前后物料的密度为0.75kg / L，醋酸、丁醇及醋酸丁酯的分子量分别为60、74和l16。要求每天生产2400 Kg醋酸丁酯，醋酸的转化率为50％，每批操作的辅助时间为0.5 h，装料系数为0.7，求间歇操作反应器的装料容积和总容积。

答：1029、1470L

4．在平推流反应器中进行等温液相反应 A十B —→ R，速度方程式为 (-rA ) = k · CA· CB，k=1.97×10 L / (kmol · min)，CA0 = CB0 = 4 mol / L，如果反应物的体积流量为171 L／h，求：(1)、要使转化率为80％，反应器的容积为多少？(2)、若其它条件不变，要使转化率为90％，容积又为多少？(3)、如CA0 = CB0 = 8 mol / L，转化率仍为80％，容积为多少？

答：1.45、3.36、0.723 m3

5．用全混釜进行均相液相反应 2A十B —→ R 动力学方程式为 (-rA ) = k · CA2· CB，k=2.5×10 L / (kmol · min)，CA0 = 2.0 mol / L， CB0 = 3.0 mol / L，原料的体积流量为28 L / h，求为使转化率达到60％所需的反应器容积。

-3

2

2

-3

答：145.8 L

6．在等温操作的间歇釜中进行一级液相反应，13 min后反应物转化掉70％。今若将此反应移到平推流或全混流反应器中进行，为达到同样的转化率，所需的停留时间各是多少？

答：13、25.2 min

7．醋酐的水解，当水大量过量时为一级反应，40℃时，k = 0.38 min-1，如进料浓度为2 mol / L，进料量为50 L／min，用3个等温等容串联釜，要求转化率为99％，求反应器的容积为多大？

答：1437 L

8．已知用硫酸作催化剂时，过氧化氢异丙苯的分解反应符合一级反应的规律，且当硫酸浓度为0.03 mol / L、反应温度为86℃时，其反应速度常数k为8.0×10-2 s-1，若原料中过氧化氢异丙苯的浓度是3.2 kmol／m，要求每小时处理3 m的过氧化氢异丙苯，分解率为 99.8%，求：(1)、采用间歇釜需要的反应容积；(2)、采用平推流反应器需要的容积；(3)、采用全混釜需要的容积；(4)、采用2个等容积全混釜串联需要的容积；(5)、采用4个等容积全混釜串联需要的容积。

答：0.0647、0.0647、5.2、0.445、0.156 m3

9．醋酐稀水溶液在25℃时连续进行水解，其速度方程为 (-rA ) = 0.158CA mol／(cm3 · min)，醋酐浓度为1.5×10-4 mol／cm3，进料流量为500 cm3／min。现有2个2.5L和1个5L的搅拌反应釜可供利用，问：(1)、用1个5 L或2个2.5 L的搅拌釜串联操作，何者转化率高？(2)、若用2个2.5 L釜并联操作，能否提高转化率？(3)、若用1个5 L的管式反应器，转化率为多少？

答：串联高、不能、0.794

10．液相反应 A —→ R，测得反应速度与浓度的关系如下： CA mol / L (-rA ) mol／(L · min) 0.1 0.625 0.2 1 0.4 2 0.6 2.5 0.8 1.5 1.0 1.25 1.2 0.8 1.4 0.7 1.6 0.6 3

3

已知CA0 = 2 mol／L，反应在全混釜中进行，流量为l000 L／min。当转化率分别为0.5、0.6、0.7时，求所需反应器的容积为多少？

答：800、800、 560L；

11．在4个串联的全混釜中进行醋酐水解(一级)反应，各釜的温度如下表：

釜 号 T K k min -11 283 0.0567 2 288 0.0806 3 298 0.158 4 313 0.380 各釜的容积均为800L，进料醋酐浓度CA0 = 4.5 mol / L，进料量为100 L／min，求：(1)、各釜的出口浓度为多少？(2)、如各釜都保持反应温度为288K，要求达到上述相同的最终转化率，需用800L反应器几个？

答：3.096、1.882、0.83l、0.206 mol / L；6.2个

kk'A + B12．液相反应

R + S120℃时，k = 8 L／(mol · min)，k’ = 1.7 L／(mol · min)。若反应在全混釜中进行，其中物料容量为100 L，二股物料流同时等流量导入反应器，其中一股为CA = 3 mol / L，另一股为CB = 2 mol/L，求当xB = 0.88时，每股物料流的流量应为多少?

答：2.5 L／min

13．试证明两釜串联进行一级反应时，两釜容积相等，则所需总容积最小。 （提示：使dVR / dCA=0）。

14．已知物料的停留时间分布函数 E(?)?0.01e?0.01? s-1，求：(1)、停留时间小于100 s的物

料占进料的分率；(2)、停留时间大子100 s的物料占进料的分率；(3)、平均停留时间是多少秒？

答：0.6325、0.368；100 s

15．用脉冲法测得出口流中示踪剂的浓度变化如下：

τ min C(τ) g / L 求E(τ)。

16．用阶跃法测得出口流中示踪剂的浓度变化如下：

0 0 5 3 10 5 15 5 20 4 25 2 30 1 35 0 τ s C(τ) g / L 求F(τ)。

0 0 15 0.5 25 1.0 35 2.0 45 4.0 55 5.5 65 6.5 75 7.0 95 7.7 105 7.7 17．某反应器用脉冲法测定停留时间分布，从注入示踪剂的瞬间开始计时，不断分析出口流中示踪剂浓度的变化，测得结果如下：

τ s C(τ) g / L 10 0 20 3 30 5 40 5 50 4 60 2 70 1 80 0 求：?、??2及 ?2。

答：40 s、190 s2、0.11875

18．某反应器的流动状态符合全混流模型，反应器容积为100 L，流量为10 L／min，试求离开反应器的物料中，停留时间分别为0 ~ 1 min、2 ~ 10 min、15min、大于30 min的物料所占的分率各是多少？

答：9.5％、45.1％、0、5％

19．某一级反应在全混釜中进行，当平均停留时间为40 s时，出口转化率为0.82。若将该反应在题17的反应器中进行，转化率为多少？

答：0.974

20．脉冲法测得某反应器的出口浓度如下表： τ C(τ) 1 9 2 57 3 81 4 90 5 90 6 86 8 77 10 67 15 47 20 32 30 15 41 7 52 3 67 1 今有反应A十B → R，已知CA0＜＜CB0，在平推流反应器中进行时，转化率为99％。若将此反应在上述反应器中进行，转化率可达多少？

答：0.871

21．某一级反应A → R，动力学方程式为 (-rA ) = k CA，k = 0.2 min。现有一非理想反应器，VR = 10 L，v = 1 L/ min，用脉冲法测定停留时间分布后求得??= 20 min2。若CA0=1 mol / L，用多

2-1

釜串联模型计算A的出口浓度为多少？