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在10L的全混流反应器中，于30℃培养大肠杆菌。其动力学方程符合米氏方程，其中，μmax=1.0h-1，KS=0.2g/L。葡萄糖的进料浓度为10g/L，进料流量为4L/h，YX/S=0.50。
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第1题
在填料塔内，用氢氧化钠水溶液吸收气体中的二氧化碳，反应速率方程为
rA=k2cAcB
式中，cA和cB分别为二氧化碳和氢氧化钠的浓度。在塔内某处相界面上，二氧化碳的分压为2.03×10-3MPa，氢氧化钠水溶液的浓度为0.5mol/L，温度为20℃。假定可按拟1级反应处理，试求该处的吸收速率。已知k1=1×10-4m/s，k2=10m2/(mol·s)，二氧化碳溶解度常数HA=3.85×10-7kmol/(m3·Pa)，二氧化碳在水溶液中的扩散系数DAL=1.8×10-9m2/s。
第2题
尔分数)，处理的空气量为23.5kmol/h，要求净化率达94%，碱液用量为21.59m3/h，密度为1.03g/cm3。塔顶压力为1.013×105Pa，试计算鼓泡塔的直径和塔内气液混合物的高度。
数据：反应对二氧化碳(A)和氢氧化钠(B)均为1级，速率常数为7.75×106cm3/(mol·s)，DAL=1.2×10-5cm2/s，kG=1.036×10-8mol/(m2·s·Pa)，kL=7.75×10-3cm/s，HA=2.753×10-8mol/(cm3·Pa)。当uG=18cm/s时，a=18.6cm-1，其他流速下可按推算。
第3题
对氧气为1级，可按拟1级反应处理，邻二甲苯的转化速率
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
流量为36mol/s。该反应对氢为1级，对不饱和烃为零级。400K时反应速率常数为2.5×10-5m3/(kg·s)，所用的催化剂直径为0.4cm，曲节因子等于1.9。若反应器的直径为2m，试计算氢的转化率为60%时所需的床高。
已知数据：氢在液相中的扩散系数为7×10-9m2/s，kLaL=5.01×10-6m3/(kg·s)，kLSaS=3.19×10-5m3/(kg·s)，气膜阻力可以忽略。氢在液相中的溶解度系数为6.13。催化剂的颗粒密度为1.6g/cm3，孔率为0.45，堆密度为0.96g/cm3，床层压力降为2.0×10-2MPa/m。
第5题
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6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
用1.2mol/m3的氨水吸收某生产装置出口气中的二氧化碳，当气流主体中二氧化碳分压为1.013×10-3MPa时，试问该处的二氧化碳吸收速率为多少?
已知：液相中CO2，NH3的扩散系数均为3.5×10-5cm2/s，2级反应速率常数为38.6×105cm3/(mol·s)，二氧化碳的溶解度系数为1.53×10-10mol/(cm3·Pa)，kL=0.04cm/s，kG=3.22×10-10mol/(cm2·s·Pa)，相界面积aL=2.0cm2/cm3。
第9题
气体A与液体B的反应为不可逆反应，对A为1级，对B为0级。已知3种情况下反应速率常数k，液侧传质系数kL，组分A在液相中的扩散系数DAL以及液相体积与液膜体积之比α值(见下表)。
k/s-1 | kL/(cm/s) | DAL×105/(cm2/s) | α |
400 | 0.001 | 1.6 | 40 |
400 | 0.04 | 1.6 | 40 |
1 | 0.04 | 1.6 | 40 |
试分别计算这3种情况下的增大因子和有效因子值，并对计算结果进行比较与讨论。
第10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。
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