1在反應(yīng)體積為的間歇操作釜式反應(yīng)器中,環(huán)氧丙烷的甲醇溶液與水

1、3-1在反應(yīng)體積為1/的間歇操作釜式反應(yīng)器中，環(huán)氧丙烷的甲醇溶液與水 反應(yīng)生成丙二醇H2COCHCH 3 + H20H2COHCHOHCH 3該反應(yīng)對(duì)環(huán)氧丙烷為一級(jí)，反應(yīng)溫度下的速率常數(shù)為0.98t,原料液中環(huán)3氧丙烷的濃度為2. lkmol/m ,環(huán)氧丙烷的最終轉(zhuǎn)化率為90%。若輔助時(shí)間為 0.65h, 天24h連續(xù)生產(chǎn)，試求丙二醇的日產(chǎn)量為多少？解 H.COCHCH 3 + H2O H2CX)HCHOHCH 3(A )( B )一級(jí)反應(yīng)1 , C401 ,11 t 1CPt = In 一- = In=In= 2.35/zk C”k 1 xAj- 0.98 1 0.9lm3(2.35 + 0

2、.65)/?-m3/h3丙二醇日產(chǎn)量=24voCao/.24x1x2.1x0.9 = 15.12/Mb = 76kg/ kmol丙二醇日產(chǎn)量Q = 76x15.12 = 114912kg/天3-2 一個(gè)含有A 和 B 液體(cao = O.lOmol /L cB0 = 0.04mol /L)以體積流量2L/min流入容積VR=10L的全混流反應(yīng)器，物料在最佳的條件下進(jìn)行 反應(yīng)A-2B+C。已知由反應(yīng)器流出的物料中含有A、B和C,CAf = 0.04,770/厶。試求：在反應(yīng)器內(nèi)條件下，A、B和C的反應(yīng)速率？解空時(shí)vo10L2厶/min=5 minT(0.1-0.04)加厶5 minCao -

3、Af=0.01 2/ho/ 厶 minrBf = 2rA/- = 0.024 mol /(L min)rcf = rAf = 0.012 mol /(Lmin)3-3 個(gè)液相反應(yīng):A+B-R+S其中，kA = IL/(mol enin) , k2 = 3L/(mol emin) o反應(yīng)是在一個(gè)容積為120L的穩(wěn)態(tài)全混流反應(yīng)器中進(jìn)行的，兩條加料線，一個(gè) 保持2. 8mol/L反應(yīng)物A的加料濃度，另一個(gè)保持1. 6mol/L反應(yīng)物B的加料濃 度，兩條線分別以等體積速率進(jìn)入反應(yīng)器，要求指定組分轉(zhuǎn)化率為75%。求每條 線的加料流量？假設(shè)反應(yīng)器內(nèi)密度為常數(shù)。解A + BR + S因B的濃度低，所以為指定

4、組分，兩條線混合后兩組份的濃度各降一半, 因此，有：XBf=CB_CBf J 魚=75%CB0CB0cBf = Q.2mol / LcAf = C,w CbXBf =1.4 0.8 x 0.75 = O.Smol / L因此， A + B R + S出口J初始 i. 4 o. 8 o o cAf = 0.8mcAf =5o(l w)= O.3Oso:.k = 0.093mm1 , rA =kcA平推流T _ 嚴(yán) dxA*J() yAOr A-也lnW = 13min% kcA k %全混流r = 5嚴(yán)、=25.09minlf%(1 切丿3-8在某一全混流反應(yīng)器中進(jìn)行均相液相反應(yīng)AfR, G =

5、鳥詩(shī)，轉(zhuǎn)化率 = 50 ,其他值不變，（1）若把反應(yīng)器的體積增大到原來(lái)的6倍，轉(zhuǎn)化率為多少？（2）若反應(yīng)在一個(gè)與其容積相同的平推流反應(yīng)器中進(jìn)行，轉(zhuǎn)化率為多少？解 Af R , rA k盤,XAf - 5CA0 CAfCAOX/f _2*5o(l - aJ Mao一込二k = 6x丄n% 嚴(yán)上rAfCA0 “(1 切)Mao解得XAf0.75 =75%(2)= Vrp_ p dxA _ 嚴(yán) 1 2kCA01CAf =亍 SoxAf =66.67%3-9在555K 0.3MPa的平推流管式反應(yīng)器中進(jìn)行A-P的氣相反應(yīng)。己知進(jìn) 料中含30%（摩爾分?jǐn)?shù)）A，其余為惰性物料，A的加料流量為6. 3mol

6、/s,動(dòng)力學(xué)方程為：rA = 0.27勺加。/ /（莎 s）為了達(dá)到95%的轉(zhuǎn)化率，試求反應(yīng)器的容積大小?A-P （氣相總摩爾數(shù)不變的反應(yīng)）rA 027c& （mol / m s）平嘶 T =蟲In加平推流CAf匚 0.27 cAfxAf = 0.95/. r = In = 11.090.27 cd 兀對(duì)）如二竺= 0.3x100.3 = 95 沏朋RT RT 8.314x555vo =6.3195=0.32m / s tv q 355,3-io 級(jí)氣相反應(yīng)24 t R + 2S在平推流管式反應(yīng)器中進(jìn)行，當(dāng)空速為 lmin-1時(shí)，純a進(jìn)料的轉(zhuǎn)化率為90%,求A的轉(zhuǎn)化率為95%時(shí)，該反應(yīng)器的單

7、位體積進(jìn)料量。解 2A t R + 2S （氣相等壓變摩爾數(shù)反應(yīng)）其膨脹率為：2+1-2i/=2吹利用一級(jí)等壓變?nèi)莨剑簁u = （l + ）ln（l 兀對(duì)）一勺X”代入萬(wàn)=lmin, sA = 0.5,x* = 90%Z = _（1 + 0.5） ln（l- 0.90） - 0.5 x 0.90解得k = 3min_1同理 k-3min-1,5 0.5,xAfi = 95%r2 = 1.34 min又匕=叫=廠2弘2二耳2 = 0746叫單位反應(yīng)器體積進(jìn)料量為/V“ t 2=0. 746m7ms3-11均相反應(yīng)A-3R,服從二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，在0.5MPa、623K和 VQ =4m7A純A進(jìn)料

8、下，采用一內(nèi)徑為2.5cm、長(zhǎng)2m的實(shí)驗(yàn)反應(yīng)器能獲得 60%轉(zhuǎn)化率。為設(shè)計(jì)工業(yè)規(guī)模的反應(yīng)器，當(dāng)處理量為320m3/?時(shí)，進(jìn)料中含 50%A和50%惰性物，同樣在05MPa、623K下反應(yīng)，要達(dá)到80%轉(zhuǎn)化率，試問： 需內(nèi)徑2.5cm、長(zhǎng)2m的管子多少根？解 此題為二級(jí)等壓變?nèi)莘磻?yīng)過程=1 , % =80%icaoi = W 5 + 胃曲+ 211 (1 + % )臥1 一 J=x ：6 + 22 X 0.6 + 2 X 2 X 3In 0.4 0.4=4.905 OOOOOO(1)在進(jìn)料含50%A和50%惰性物4-2.= 10.362 CA0 Paq 2CA02PA021(1)tcaq 二 0

9、.473(3)(2)2CA02oooooooo.=:VO1 Tv 丁_ v R2T2 _V02v，且 )1 =V02=4m7t,v02 = 320 m3 / h式得X 2 = 0.437. n = 338根，并聯(lián)阻力小較好。11V013-12該體系為間歇等溫恒容過程，反應(yīng)前后分子數(shù)沒有變化，因此可用濃度來(lái) 表達(dá)，根據(jù)Pi V=niRT關(guān)系，變?yōu)镻i =CiRTo假設(shè)該反應(yīng)為一級(jí)，將其積分關(guān)系式變?yōu)椋篶P燈=ln山=14CaPa以lnP/P對(duì)反應(yīng)時(shí)間匕作圖可得一條直線，其斜率為：k=0. 0278s-1，該一級(jí) 反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程為：rA=0. 0278G將該反應(yīng)用于平推流反應(yīng)器中，用類似的公式(

10、t In。八 in ioc P，可求出反應(yīng)空時(shí)。FrAf平推流反應(yīng)條件為:初始分壓PM=0. 1*0. 8Mpa,轉(zhuǎn)化率為0.95, P疋二P(l-xJ =0. 004 Mpa,所以空時(shí)為 1/0. 0278*ln0. 08/0. 004=107. 76s=l. 8min,反應(yīng)器體積為：Vx= T Fao/Cao.Fw=100mol/h,Cw=Pao/RT=O. 08/(8. 314 *373)=25. 8mol/ms所以，反應(yīng)器體積為1. 8*100*25. 8=0.116 m83-13 一個(gè)平推流管式反應(yīng)器，AR的一級(jí)可逆反應(yīng) 其反應(yīng)速率方程 為：口 = 0.04O.OIcr , m7/(

11、L-min _,) 進(jìn)料中含有cA() =0.1 mol/L的a水溶液。求：(1) 平衡轉(zhuǎn)化率；(2) 在反應(yīng)器中的實(shí)際轉(zhuǎn)化率。解：該反應(yīng)為一級(jí)可逆反應(yīng)，恒容過程(1) 平衡轉(zhuǎn)化率k + k _ cAq當(dāng)反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)”=廠又/ k = 0.04火=0.01 . cAe = 0.2cAo = 0.02 mol/L(2)在反應(yīng)器中轉(zhuǎn)化率：將口 =0.04ca-0.01, m/(L-min_,)變?yōu)?a 濃度關(guān)系式,即:rA 二豊=0.04ca-0.01(Ci -CA)二 0.05CA-0.001積分上式得：Ln(0.05Cq 0.0010.05CA-0.001整理上式有:Ln(11-1.25XVv

12、o2voXAf1L25(1-小)即出口轉(zhuǎn)化率與進(jìn)料速率有關(guān)，進(jìn)料速率增大轉(zhuǎn)化率下降。當(dāng)vO=2L/min時(shí)，轉(zhuǎn)化率為03063-14在一平推流反應(yīng)器中進(jìn)行下列反應(yīng)：A反應(yīng)均為一級(jí)反應(yīng)， 反應(yīng)溫度下k =0.3min_1,Z:2 =0.10min-1,進(jìn)料 A 的濃度為-io,進(jìn)料流 量為150厶/Mn。試求目的產(chǎn)物r的最高收率和最大選擇性，以及在 最大收率時(shí)的反應(yīng)體積。如-0解：對(duì)于一級(jí)連串反應(yīng)的中間產(chǎn)物R,令廠U,則其收率計(jì)算公Yr 二二K （嚴(yán)嚴(yán)）k2-k式為：optIn(y-) ln()二2 =0 1 =5.493(min)k-k2 0.3-0.1代入收率計(jì)算公式中Yr =0二,（嚴(yán)一嚴(yán)

13、r “5775最佳轉(zhuǎn)化率:=1-0.192 = 80.8%總71.47%, 此0.5775 +0.8080.2747 (亦)3-14二級(jí)液相反應(yīng)，反應(yīng)物濃度為厶，進(jìn)入兩個(gè)相串聯(lián)全混流反應(yīng)vk器中，廠 =在第一反應(yīng)器出口 A的濃度為0.5加厶,求第V R2二個(gè)反應(yīng)器出口A的濃度。4根據(jù)己知條件列方程式為:vo vcs %*/ cAq -lmol/L, cM - 0.5 mol/L,:,cA2 =0.25 mol/L3-15有一個(gè)二級(jí)液相反應(yīng)AtR,在一個(gè)全混流反應(yīng)器后串聯(lián)一個(gè)平推流管式反應(yīng)器中進(jìn)行。進(jìn)料中A的濃度為4 molL,在全混釜出口處a的濃度經(jīng)測(cè)定為1 mol IL、平推流管式反應(yīng)器的體

14、積是全混流反應(yīng)器 體積的3倍。試求，平推流管式反應(yīng)器出口 A的轉(zhuǎn)化率。丫 5。二 厶,J mol/L, :.cA2 =0.182m, r, = cbc(1) 若R是目的產(chǎn)物，選哪種反應(yīng)器和加料方式好，為什么？ 若D是目的產(chǎn)物，選哪種反應(yīng)器和加料方式好，為什么？解(1)目的產(chǎn)物R的瞬時(shí)選擇率定義為：r _ r 隨Ca的濃度降低R的選擇性提高，若R是目的產(chǎn)物，低高選擇性高，半連續(xù)式操作或平推流反應(yīng)器, 將B 一次加入或從入口加入，二A物料連續(xù)慢慢分散加入。=空=5_(3) 目的產(chǎn)物D的瞬時(shí)選擇率定義為： r CB隨CB的濃度降低和A的濃度提高，D的選擇性提高，即，高低的平推流管式反應(yīng)器或半連續(xù)式操

15、作，與上述加料相反。3-18有一個(gè)自催化反應(yīng)A + A p + py其速率方程為rA = kcAcp,反應(yīng)溫度下 * = hn/（kmol-mn）,勺。=2k mol/m-,處理量為i/2（99%A,1%P）,要求最總轉(zhuǎn)化率為90%。（1）根據(jù)反應(yīng)特征怎樣確定反應(yīng)器型式及組合？計(jì)算反應(yīng)體積？（2）如果采用循環(huán)反應(yīng)器，確定最佳循環(huán)比和它的體積。解：（1）本反應(yīng)為自催化反應(yīng)，因此選擇全混釜串聯(lián)管式反應(yīng)器。（詳見 P56-57）總濃度為 Co=Cao+Cpo= G+C尸2+0. 2=2. 02kmol/ms反應(yīng)過程保持不變。當(dāng)Cm=（CA0+Cm）/2=1. 01kmol/ms時(shí) 反應(yīng)器總體積最小。

16、分別列出全混流和平推流反應(yīng)器設(shè)計(jì)公式：匕_ T _ 5。 51 5。 Si兒 *Gi協(xié)= _加 dc=_i_ “a（Q_U竺匕幾 W 5 cA1 Co - CA2代入上述數(shù)值后得:vo 11.01(2.02-1.01)= 0.97 min丄竺豈4093聞2.02 0.2 2.02-0.2v() = = 0.99 / 2 = 0.495m3 / h = 8.25L / min CSoVlu = 0.97 X 8.25 = 8厶,VR2 = 1.093 x 8.25 = 9L總反應(yīng)器體積為17L(2)循環(huán)反應(yīng)器=心1)Jir；XA2R+1g(i_xjG7o(i_xj對(duì)上式積分并整理得:kAO0.99=(7? + l)Ln0.01 +X/d(0.01 +XA2