催化反应工程(华东理工大学) 习题及解答

催化反应工程（华东理工大学）习题及解答

习题

1：CO变换反应的平衡常数

KccCO2cH2ccocH2O1

已知原料气中，CO：H2O＝1：2（摩尔比），试确定反应混合物的平衡组成和平衡转化率。

2：等温下在间歇反应器中进行一级不可逆分解反应

ABC

在5min内有50％的A分解，要达到分解率为75％，问需多少时间？若反

应为二级，则需多少时间？

2R, rkcA3：在体积为VR的反应器中进行均相等温反应 A。

（1） 当该反应器为CSTR时，xAf＝50％，若将此反应器改为PFR，xAf等

于多少？

（2） 当该反应器为CSTR时，xAf＝50％，若将此反应器体积增大6倍（仍

为CSTR），xAf等于多少？

（3） 若反应级数为零级，求（1）、（2）的计算结果。

（4） 若反应级数为1级，求（1）、（2）的计算结果。

4：在理想管式反应器中进行两级反应，当进料初浓度从30％降到4％，若要求反应结果的残余浓度维持在0.1％，问进料体积流量应作何调整？

习题 1PcR0cS00，5：下述基元反应A2，原料中cA0＝1，加到两只串联的CSTRS中，12.5min，25min，已知第一只CSTR出口cA10.4，cR10.4，cS10.2，求第二只CSTR出料组成。 6：证明在内、外扩散同时影响宏观速率时， （1）对一级可逆气－固相催化反应，RcAg11kgsekss1； （2）对n级不可逆气－固相催化反应，宏观速率近似按下式计算： R宏cAgn1n1kgsekss1cAg P，颗粒外部传质阻力7：用直径5mm球形催化剂进行一级不可逆反应A可忽略不计，气流主体温度500℃，p=1atm，反应组分为纯A，已知以催化剂颗粒体积为基准的反应速率常数为k=5s-1，组分A在颗粒内的有效扩散系数De＝0.004cm2/s，试计算颗粒内部有效因子与表观反应速率R。 8：推导单段绝热式一氧化碳变换反应器的一维拟均相数学模型。

习题解答 1： nCO2lnCO2l解：KCCO2,lCH2,lcCVVCO,lCH2O,l1nCO1, 得nCO2,l22,l2nCO2,l3 VV即xnCO,0nCO,e)e(n1(1n2CO,e)CO,03 ynCO,eCO,e1nCO2,e1ni,e39n2nCOy2O,e2,e4 H2O,eHni,e39yn2,e2 CO2,eCOni,e9 2： 解：（1）反应为一级不可逆反应： 1 5lnt10.5ln20.5 t210min2ln1ln4 10.75 （2）反应为二级不可逆反应： lnx1 t1t1x11 t215m 2lnx23in1x2 3： 解：（1）n=2, 0.5(10.5)2xAf(1x xAf0.667 Af) （2）n=2, 60.5xAf,2(10.5)2(1x2 xAf,20.75 Af,2)

习题解答 5： CR10.41k＝0.4min1CA110.42.5CR1/1 ， CCs1/10.2kS1＝0.2min12CA110.42.5rRk1CA1解：对#1，rsk2CA1对#2，组分A：rAV0(CA0CA2)(k1k2)CA2 VR20.4CA2， 得CA20.1 (0.40.2)CA2CR2CR1CR20.4，得CR20.6 k1CA20.40.1CS2CS1CS20.2，得CS20.3 k2CA20.20.1 25 组分B：25 组分C：25 6： 解：（1）一级不可逆反应： R宏kgSe(CAgCAs)ksSiCAsCAgCAsCAgCAs 1111kgSeksSikgsekssi （2）n级不可逆反应： CAgCAsnnn1R宏ksSiCAsksSiCAgnCAg(CAsCAg)1kgSe 1CAg(CAsCAg)cAgn ＝ 1n1n1CAgksSin1nkgseksSiCAg 7： 解：Φ＝Rp3kv562.95 Deff320.004102  1111112.95th(32.95)32.950.3 th(3)3