《反应工程答案第三章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《反应工程答案第三章（26页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、(1) 当反应器的反应体积为1m3时，需要多长的反应时间？(2) 若反应器的反应体积为2m3，所需的反应时间又是多少？t = C 丘土 = C K虬xJLA0 0 (-Ra)A0 0 k；0C：0(1 - XA)2xkCA0 1 - XA0.95解：(1) 2.83h。=x= 169.6min(2.83 h)5.6 x 0.02 1 - 0.95因为间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关,所以反应时间仍为3釜式反应器3.1在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应：CH COOC H + NaOH t CH COONa + C H OH325325该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级。反应开始时乙酸
2、乙酯及氢氧化钠的浓 度均为0.02mol/l，反应速率常数等于5.6l/mol.min。要求最终转化率达到95%。试问：(1)(2)3.2拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应:CH ClCH OH + NaHCO t CH OHCH OH + NaCl + CO 以生产乙土醇，产2量为20 fe/h，使3用 15% 2重量)有NaHCO水溶液及30% (重 量)的氯乙醇水溶液作原料，反应器装料中氯乙醇和碳酸氢南的摩尔比为1： 1， 混合液的比重为1.02。该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为一级，在反应温度下反 应速率常数等于5.2l/mol.h，要求转化率达到95%。(1) (1)若辅助时间为0
3、.5h，试计算反应器的有效体积；(2) (2)若装填系数取0.75，试计算反应器的实际体积。解：氯乙醇，碳酸氢钠，和乙二醇的分子量分别为80.5,84和62kg/kmol,每小 时产乙二醇：20/62=0.3226 kmol/h0.3266 x 80.5=91.11kg / h每小时需氯乙醇：95 x 30%0.3266 x 84=190.2kg / h每小时需碳酸氢钠：0-95x 15%Q= 91.11 +190.2 = 275.8l / h原料体积流量:氯乙醇初始浓度: 反应时间：t = C J XAfCA01.020.3266 x 1000 =1.231mol/l0.95 x 275.8
4、dX a- kCCB1 X dXJ XAfAkC 0A0(1 - X )2 5.2 x 1.231 1 - 0.95 反应体积：V =Q0(t +1) = 275.8x(2.968 ：0.5) = 956.51V = V = 9565 = 1275l(2)(2)反应器的实际体积：f.75=2.968h3.3丙酸钠与盐酸的反应：C H COONa + HCl。C H COOH + NaCl时间，min0102030508NaOH 用量，ml52.232.123.518.914.410.5为二级可逆反应2对丙酸钠和盐酸均为一级2,茬实验室中用间歇反应器于50C 等温下进行该反应的实验。反应开始时两
5、反应物的摩尔比为1,为了确定反应进 行的程度，在不同的反应时间下取出10ml反应液用0.515N的NaOH溶液滴定， 以确定未反应盐酸浓度。不同反应时间下，NaOH溶液用量如下表所示：现拟用与实验室反应条件相同的间歇反应器生产丙酸，产量为500kg/h,且丙酸 钠的转化率要达到平衡转化率的90%。试计算反应器的反应体积。假定（1）原 料装入以及加热至反应温度（50C ）所需的时间为20min，且在加热过程中不进 行反应；（2）卸料及清洗时间为10min； （3）反应过程中反应物密度恒定。解：用A,B,R,S分别表示反应方程式中的四种物质，利用当量关系可求出 任一时刻盐酸的浓度（也就是丙酸钠的浓
6、度，因为其计量比和投量比均为1： 1） 为：CA = CB =端5 X VN Hmol /152.5 -10.5于是可求出A的平衡转化率：X = CA0 - = 525 一 105 = 0.8& C52.5Xa = Xa x 90% = 0.8 x 90% = 0.720.515Ca = CA 0 (1 - XA) = IQ x 52.5 x (1 - 0.72) = 0.0515 x 14.7mol /1 现以丙酸浓度对时间作图： 由上图，当C =0.0515 X147mol/l时，所对应的反应时间为48min。由于在同 样条件下，间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关，所以该生产规模反应
7、器的反应时间也是48min。丙酸的产量为：500kg/h=112.6mol/min。所需丙酸钠的量为：112.6/0.72=156.4mol/min。原料处理量为：% 二七 /CA0 = 156-4/（0-0515 + 陇5）- 57-84反应器体积：Vr = Q0（ （ + 匕）=57.84 X （18 + 20 +10） = 45121实际反应体积：4512/ 0.8 = 564013.4在间歇反应器中，在绝热条件下进行液相反应:A + B RrA = 1.1 x 1014 exp(- 1T)C AC Bkmol / m 3.h式中组分A及B的浓度C及C以kmol/m为单位，温度T的单位为
8、K。该反应的 热效应等于-4000虹/成。仁反应开始时溶液不含日，组分A和B的浓度均等于试计算A的转化率达85%时所需的反应时间及此时的反应温度。 如果要求全部反应物都转化为产物日，是否可能？为什么？0.04kmol/m3，反应混合物的平均热容按4.102kJ/m3.K计算。反应开始时反应混 合物的温度为50C。(1) (1)(2) (2)解：T = r +“CAJCA0THr) (X - X ) = 323厂AA0，F 0Xa,竺 = C j Xaa 竺 0 (-Ra )A0 0 kCCBdX a 110000.04 x-( -4000)+扁X = 323 + 39.01Xa=91.32h1
9、.1 x 1014 exp(- 323 E0X)CA0(1 - XA)2.A(由数值积分得出)T = 323 + 39.01 x 0.85 = 356.2K(2) 若A全部转化为R,即X =1.0，则由上面的积分式知，t-8,这显然是不可能 的。A3.5在间歇反应器中进行液相反应：A + B t Cr = kC CC + B Dr =kC CA的初始浓度为0.1kmol/m3,C, D的初始浓度为零,CB过量,CA=0.055kmol/m3, C =0.038 kmol/m3，而反应时间为 t2 时, C =0.042kmol/m3，试求：C.(1) (1) k/k(2) (2)产物1 C的最
10、大浓度；(3) (3)对应C的最大浓度时A的转化率。解:(1)因为B过量，所以：r = k C , r = k C , r = r - r = k C - k C恒容娘 1 AD 2 CCAD 1 A 2 CdCAdt-隼=k1 CA - k2CC反应时间为t1时，C =0.01 kmol/m3,A(A)(B)(B)式除以(A)式得:dC , k C- C = 1 - 2 C dC kC解此微分方程得：1 AkLE - CA 0(C)kkx = k = 0.525 = k11(2)先求出最大转化率：1k ,k .X = 1 - ( l) k1 = 0.7425 A,maxk2产物C的最大收率：
11、1k1 -2.kYC ,max6-X-辱 4 - X、)=0.4905C上C 1 -互 ki将t1,CA，Cc及t2，CA，Cc数据代入(C)式化简得：0.42 x 0.55/- 0.38 x 0.1x = 0.42 x 0.55 - 0.38 x 0.1 解之得：产物C的最大浓度：CC二 CAYC= 0.1 x 0.4905 二 0.0491kmo m 33.6在等温间歇反应器中进行液相反应A o A k A初始的1反应物料中2不含A2晶A3，A1的浓度为2mol/l，在反应温度下 k =4.0min-i,k =3.6min-i,k =1.5min-i。试求:（1）（1）2反应时间为31.0
12、min时，反应物系的组成。（2）（2）反应时间无限延长时，反应物系的组成。（3）（3）将上述反应改为A1 fTA2 = fTA3反应时间无限延长时, 反应物系的组成。解：根据题中给的两种反应情况，可分别列出微分方程，然后进行求解。 但仔细分析这两种情况，其实质是下述反应的特例：A1 A2 f A3（A）当k2 = 0时，（A）式变为 A1 = A2 T A3（B）当k1 = 0时，（A）式变为 A1 T A2。A3（C）、畛 k 0,k 0A -t A t A当12 时，（A）式变为123（D）其中式（D）即为书讲的一级不可逆连串反应。可见只要得到（A）式的解，则 可容易化简得到（B）,（C）
13、及（D）式的解。 对于（A）式，可列出如下微分方程组：竺2 = kC + k C - k C - kCdt 1 12 31 22 2竺3 =kC -kCdt 2 22 3由题意知初始条件为：C (0) = C , C (0) = C (0) = 0联立求解此微分方程组可得：kk kk (a + k，)eat (p + )ept ap + a-p | a(akJ p(p ；k)(a + k *)ea t (p + k *)e p t 22 aC = C 110C = C210kkkkeateptI式中，a,p由如下式确定：ap = kk + kk + k k 1 21 22 1a + p=(k
14、+ k + k + k *)1122现在可用上述结果对本题进行计算：10(1)(5)(6)(7)(1) k = 4.0min-1,k= 3.6min-1,k = 1.5min-1,k= 0,t = 1min由(5)(9)式得C = 0.5592mol /1C = 0.5098mol /1C = 0.931mol /1(2) 当Ttf8时，由(5)(9)式得七=CA 2 = 0CA 3 2.0 mol /1(3) 此时为k1=的情况，当t-8时，由匕=4-0min-1,k = 1.5min-1,k= 3.6min-1 得C = 0A1C = 1.412mol /1C 3 = 0.588mol /1A + 2 B t RrR= kCCB2 A + B t Sr = kC 2 C目的产物为R, B的价格远较A贵且不易回位，试2就B(1) (1)如何选择原料配比？(2) (2)若采用多段全混流反应器串联，何种加料方式最好？(3) (3)若用半间歇反应器，加料方式又如何？S = 黑二=力v R I kC C2 + 2k C2C 2kCB I Al
