化学反应工程07-08A答案

中北大学试题答案及评分标准课程（课程名称须与教学任务书相同） 2009/2010学年第 2 学期

试题类别 A

拟题日期 2010-04-05 拟题教师柳来栓课程编号 02042109 教师编号 1040030 使用班级

备注：试题答案要求按指定规格计算机打印，并将其文本与电子稿一并上交： ① 校级考试课程交评估与考试中心命题科； ② 院级考试课程交院教务科。

一、填空题（30分，每空1.5分）

1、化学反应，工程问题。 2、浓度，温度。

3、拟定常态。4、理想混合反应器（或全混流反应器），平推流。

5、脉冲法，阶跃法。6、0，1。 7、气体，液体。8、实际反应速率，温度，浓度。9、固定床反应器。10、液膜，气膜，气液界面。

二、选择题（30分，每题2分）

1、A；2、A；3、B；4、A；5、B；6、B；7、A；8、A；9、C；10、C；11、B；12、D；13、C；14、B；15、B。

三、证明题(20分)

证明：对反应物A作物料衡算：

vCA0vCA(rA)V (2分) CA1CA01k1V1 （3分） 1k1

对中间产物P作物料衡算：

vCR0vCR(rR)V （2分） 0vCR(k1CAk2CR)V （2分） CRk1 （3分） CA01k11k2上式对τ求导，使其为零，可得主产物P浓度：

Ck(1k1)(1k2)CA0k1[k1(1k2)(1k1)k2]dCR0A01 （5分） d(1k1)2(1k2)2

CR,max

CA01[(k2/k1)1]2 （3分）

四、计算题(20分，每小题10分）

1．在间歇釜中一级不可逆反应，液相反应A →2R，(-rA) =kCA

Kmol/m3·h ，k=9.52×109exp[-7448.4/T] h-1，CA0= 2.3 Kmol/m3，MR= 60，CR0= 0，若转化率XA= 0.7，装置的生产能力为50000 kg 产物R/天。求50℃等温操作所需反应器的容积？（用于非生产性操作时间t0=0.75 h，装料系数0.75）

解：反应过程的反应速率：

k9.52109exp(7448.4/27350)0.92 （2分）物料在间歇釜的反应时间：

tCA0XA

0dxA1XAdxA11lnkCAk01xAk1xA

0.92ln11.31h10.7 （4分）

反应器终了R的浓度：

CR2CA0XA3.22kmol/m3 (1分) 每釜单位时间的处理量

反应物料体积：VRVCRMR5000 （1分） tta2450002.0622.2m3 （1分） 243.2260

VR需要的反应器体积：V22.229.6m330m3 （1分） 0.75

2、液相原料中反应物A 进入平推流反应器中进行2A→R 的反应，CA0= 1 mol/ L，V0=2 L，(−rA)=0.05CA2 mol/L•s 。

求：①当出口浓度CA = 0.5 mol/L时的进料流V0； ②当进料流量V0=0.5 L/min时出口浓度CAf。

解：（1）平推流反应器设计方程：

VFA0CA0XAf0dxArA (2分)

20s （3分） CXAf

A0

0dxACA0dCA1112rACA0.05CA0.05CACA0进料流率：V0V20.1L/s （1分） 20

(2) 进料流率为0.5L/min 1

0.0511V

v260

C240s ACA000.51

C12112113 ACA0

CA1

130.077mol/L （2分）（1分）（1分）