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宏观流体反应计算
试证明在一连续釜式反应器中进行的均相反应和宏观流体反应，当反应为一级不可逆时，其反应结果相同。
答案
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第1题
rB=2400cA[kmol/(m3·h)]
式中，cA为液相中氧气的浓度，单位为kmol/m3。空气加入量为理论用量的1.25倍。要求邻二甲苯氧化率为16%，试计算反应体积。
数据：氧在邻二甲苯中的扩散系数DAL=1.44×10-5cm2/s，氧的溶解度系数HA=7.875×10-8kmol/(m3·Pa)，气含率εG=0.2293，液相传质分系数kL=0.07702cm/s，比相界面积a=8.574cm-1，液相密度ρL=0.75g/cm3。气膜阻力可以忽略。
第4题
在管式反应器中于4.05MPa，936K等温下进行三甲基萘脱烷基反应。这三个反应的速率如下：
式中，T代表三甲基萘；D代表二甲基萘；M代表一甲基萘；H代表氢；G代表甲烷；N代表萘。各反应的速率常数单位均为kmol/(m3·s)，K为第三个反应的平衡常数。反应温度下，
K=5 k1=5.66×10-6m1.5/(mol0.5·s)
k2=5.866×10-6m1.5/(mol0.5·s)
原料气组成(摩尔分数)为：三甲基萘25%，氢75%。在操作温度及压力下，以0.1m/s的流速送入反应器，要求三甲基萘的转化率达80%，试计算
(1)所需的反应器长度；
(2)二甲基萘、一甲基萘及萘的收率。
第5题
为了提高目的产物的收率，将第二题的釜式反应器改为半间歇操作，反应温度不变。先把1m3，4kmol/m3的B放入釜内，然后将1m3，4kmol/m3的A于3h内连续均匀地加入，使之与B反应。试问A加完时，组分A和P的浓度各为多少？并与第二题的结果相比较。
第6题
在实验室用机械搅拌釜25℃等温下进行亚油酸甲酯催化加氢反应实验，获得数据(见下表)。其中下标A代表氢，该反应为1级反应。
序号 | pA/MPa | c_{AL}^{*}/left(kmol/m^{3} right) | (-Re_{A})[kmol/left(m^{3}cdot minright)] | Ws/(kg/m3) | dp/μm |
1 | 0.303 | 0.007 | 0.014 | 3.0 | 12 |
2 | 1.82 | 0.042 | 0.014 | 0.5 | 50 |
3 | 0.303 | 0.007 | 0.0023 | 1.5 | 50 |
4 | 0.303 | 0.007 | 0.007 | 2.0 | 750 |
所用催化剂为球形，颗粒密度为2g/cm3。试计算
(1)本征反应速率常数；
(2)使用750μm催化剂时的液固相传质系数，设梯尔模数等于3；
(3)讨论强化操作的措施。
第7题
于1.479MPa和35℃等温下以直径为2×10-3cm的钯催化剂在机械搅拌釜内进行丁炔二醇(B)的加氢(A)反应
CH2OH—C≡C—CH2OH+H2→CH2OH—CH===CH—CH2OH
含氢摩尔分数为80%的气体进釜流量为5000m3(标准状态)/h。进釜的液体中丁炔二醇的浓度为2.5kmol/m3，流量为1m3/h。该反应对氢及丁炔二醇均为1级。假定液相呈全混流，气相为活塞流。催化剂密度为8kg/m3，试计算丁炔二醇转化率为90%时所需的反应体积。
数据：k=5×10-5m6/(mol·s·kg)，kLaL=0.277s-1，ρb=1.45g/cm3，kLS,A=kLS,R=6.9×10-4m/s，HA=56.8cm3(液)/cm3(气)。
第8题
在一管式反应器中进行一放热反应。实测得管壁的温度Tw为470K，管中心最高温度Tc为770K，反应活化能为86360J/mol，求：
(1)管壁上的反应速率与管中心反应速率之比；
(2)若取流体的平均温度
第9题
在实验室中用外循环式无梯度反应器研究2级气相反应2A→P+Q，原料为纯A。设kcA0τ=1，试计算下列情况下A的转化率。
第10题
反应α-葡萄糖
β-葡萄糖是一对行反应，正、逆反应均为一级，试证明：
式中，cβ，cβ,e分别代表时间t及反应达平衡时β-葡萄糖的浓度。
第11题
在机械搅拌釜中于0.891MPa及155℃等温下用空气氧化环己烷。液相进料中环己烷浓度为7.74kmol/m3，氧含量为零。液体与空气的进料量分别为26.76m3/h和161m3/h，要求出口的液体中环己烷浓度为6.76kmol/m3。假定气相及液相均呈全混流，气膜阻力可以忽略不计，试计算所需的反应体积。
已知数据：该反应对氧及环己烷均为1级，操作条件下的反应速率常数k=0.2m3/(mol·s)，氧的溶解度=1.115×10-4kmol/(m3·Pa)。液侧传质系数kL=0.416cm/s，比相界面积a=6.75cm-1，气含率εG=0.139，氧在液相中的扩散系数DAL=2.22×10-4cm2/s。
