聚合物反應(yīng)設(shè)備大題

1、聚合反應(yīng)設(shè)備I 51.某廠生產(chǎn)醇酸樹脂是使己二酸與己二醇以等摩爾比在70用間歇釜并以H2SO4作催化劑進(jìn)行縮聚反應(yīng)而生產(chǎn)的，實(shí)驗(yàn)測(cè)得反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程為：cA0=4 kmol.m-3若每天處理2400kg己二酸，每批操作輔助生產(chǎn)時(shí)間為1h，反應(yīng)器裝填系數(shù)為0.75，求：(1)轉(zhuǎn)化率分別為xA=0.5，0.6，0.8，0.9時(shí)，所需反應(yīng)時(shí)間為多少?(2)求轉(zhuǎn)化率為0.8，0.9時(shí)，所需反應(yīng)器體積為多少?1.解： (1)達(dá)到要求的轉(zhuǎn)化率所需反應(yīng)時(shí)間為： xA=0.5xA=0.6 tr=3.18hxA=0.8 tr=8.5hxA=0.9 tr=19.0h （2分）2)反應(yīng)器體積的計(jì)算xA= 0.8時(shí)：t

2、t=tr+t=8.5+1=9.5h （1分）每小時(shí)己二酸進(jìn)料量FA0，己二酸相對(duì)分子質(zhì)量為146，則有：處理體積為：反應(yīng)器有效容積VR： （2分）實(shí)際反應(yīng)器體積VR： （1分）當(dāng)xA=0.9時(shí)：t=19+1=20hVR=0.171×20=3.42m3VR=3.420.75=4.56m3 （2分）2. 某二級(jí)液相反應(yīng)A+BC，已知CAO=CBO ，在間歇反應(yīng)器中達(dá)到x=0.99，需反應(yīng)的時(shí)間為10min,問(wèn)：(1) 在全混流反應(yīng)器中進(jìn)行時(shí)， 應(yīng)為多少？(2) 在兩個(gè)串聯(lián)全混流反應(yīng)器(反應(yīng)體積相等)中進(jìn)行時(shí)，又是多少？2.解：在間歇反應(yīng)器中，對(duì)二級(jí)反應(yīng)：(1)在單個(gè)CSTR中 (1)=(

3、2) 則 (2)兩個(gè)CSTR串聯(lián)CSTR-1: CSTR-2 代入(3) x2=80%x1=60%211. 在二級(jí)理想混合反應(yīng)器中，己二酸與己二醇以等摩爾比，在70度下進(jìn)行縮聚反應(yīng)，生產(chǎn)聚酯樹脂。第一級(jí)反應(yīng)器中己二酸的轉(zhuǎn)化率為60；第二級(jí)中己二酸的轉(zhuǎn)化率為80。計(jì)算多級(jí)理想混合反應(yīng)器的有效體積。已知：x1=0.6，x2=0.8，CA0=0.004 kmol/l，k=1.97l/kmolmin每天處理己二酸2400 kg，即每小時(shí)處理100 kg（24小時(shí)/天），己二酸分子量MW146，則每小時(shí)己二酸用量FA0=100/146=0.684 kmol/h。1.解： 己二酸的濃度CA0=0.004

4、kmol/l，則反應(yīng)物平均每小時(shí)處理量V0=FA0/CA0=0.684/0.004=171 l/h0.171m3第一級(jí)理想混合反應(yīng)器有效體積1.36m3 （3分）第二級(jí)反應(yīng)器：（3分）第二級(jí)理想混合反應(yīng)器有效體積1.81m3因此，對(duì)于二級(jí)串連理想混合反應(yīng)器而言，總有效體積為：V1+V2=1.361.813.17 m3 （2分）2. 有一容積為12 m3的反應(yīng)器，流體以0.8m3/min的流量流入，今以脈沖示蹤法注入鹽水，測(cè)得出口處的鹽水濃度如下： 按表所列數(shù)據(jù)作E(t), F(t)曲線，并求，2. 解 若流體的體積流量為v0，則流入系統(tǒng)鹽的總量Q為： 根據(jù)可求出不同時(shí)間的E(t),如t=20m

5、in將計(jì)算得到的所有時(shí)間點(diǎn)的E(t)列于表，并作圖得停留時(shí)間分布密度函數(shù)E(t):（2分）表中第四列數(shù)據(jù)可由E(t)曲線下的面積求得，第五列 （2分）數(shù)據(jù)由下式求得, 如: （1分）將第五列數(shù)據(jù)對(duì)t作圖，即得F(t)曲線由表可以算出： 1.工廠采用間歇反應(yīng)器以硫酸為催化劑使已二酸與已二醇以等摩爾比在70下進(jìn)行縮聚反應(yīng)生產(chǎn)醇酸樹脂，實(shí)驗(yàn)測(cè)得該反應(yīng)的速率方程式為：（-rA）=kCACB式中：（-rA）-以已二酸組分計(jì)的反應(yīng)速率，kmol.L-1.min-1 k-反應(yīng)速率常數(shù)，1.97L.kmol-1.min-1 CA、CB-分別為已二酸和已二醇的濃度，kmol.L-1 CA0、CB0均為0.004

6、 kmol.L-1求：(1)已二酸的轉(zhuǎn)化率分別為xA=0.5、0.6、0.8所需的反應(yīng)時(shí)間分別為多少？若每天處理已二酸2400kg，轉(zhuǎn)化率為80%，每批操作的輔助時(shí)間為1小時(shí)，試計(jì)算確定反應(yīng)器的體積大小。(2)若在PFR反應(yīng)器中，轉(zhuǎn)化率為80%，操作條件和產(chǎn)量與間歇反應(yīng)器條件一樣，試計(jì)算PFR反應(yīng)器的有效容積。 (3)若在CSTR反應(yīng)器中，轉(zhuǎn)化率為80% ，操作條件和產(chǎn)量與間歇反應(yīng)器條件一樣，試計(jì)算CSTR 反應(yīng)器的有效容積。 1.解：求達(dá)到一定的轉(zhuǎn)化率所需時(shí)間：計(jì)量方程式中， A.B的初始濃度相同，則反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程可寫為： 由于反應(yīng)為液相等溫過(guò)程，故可按恒容處理，可將已知數(shù)據(jù)代入操作方程求解

7、：計(jì)算結(jié)果 xA=0.5 t=2.10h xA=0.6 t=3.18h xA=0.8 t=8.47h反應(yīng)器體積的計(jì)算VT=vT(t+t0) FA0=2400/(24*146)=0.685kmol/hvT=0.685/0.004=171L/h生產(chǎn)周期=反應(yīng)時(shí)間+輔助時(shí)間=t + t0 =8.47+1=9.47h反應(yīng)有效體積： V=vT(t+t0)=171*9.47=1619L 平推流反應(yīng)器全混流反應(yīng)器 間歇反應(yīng)器達(dá)到80%的轉(zhuǎn)化率，V1.63m3 平推流反應(yīng)器達(dá)到80%的轉(zhuǎn)化率，V1.45m3全混流反應(yīng)器達(dá)到80%的轉(zhuǎn)化率，V7.23m3 （3分）2. 計(jì)算六葉圓盤直葉透平渦輪的功率消耗。已知葉輪直徑為1m，葉輪直徑：葉片長(zhǎng)度：葉片寬度=20：5：4，葉輪葉片數(shù)6，4塊0.1T擋板；轉(zhuǎn)速為60r·min-1，容器直徑D為3m，其中液體比重1200kg/m3，粘度為60×10-3 Pa·s,液面高度為3m。2.解 d=1m, n=1 r·s-1, =1200kg·m-3, =0.06Pa·s (2 分)Re=12×