3-1 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 該反應(yīng)對環(huán)氧丙烷為一級，反應(yīng)溫度下的速率常數(shù)為0.98，原料液中環(huán)氧丙烷的濃度為2.1kmol/，環(huán)氧丙烷的最終轉(zhuǎn)化率為90%。若輔助時(shí)間為0.65h，一天24h連續(xù)生產(chǎn)，試求丙二醇的日產(chǎn)量為多少？ 解 ( A ) ( B ) 一級反應(yīng)丙二醇日產(chǎn)量= = 丙二醇日產(chǎn)量 3-2一個(gè)含有A和B液體以體積流量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)A2B+C。已知由反應(yīng)器流出的物料中含有A、B和C，。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) 3-3 一個(gè)液相反應(yīng)：A+BR

2、+S 其中，。 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 因B的濃度低，所以為指定組分，兩條線混合后兩組份的濃度各降一半，因此，有： 因此， 出口初始 1.4 0.8 0 0 反應(yīng)掉 0.6 0.6 生成 0.6 0.6 總加料速率每條線加料流量3-4 某液相二級反應(yīng)A+BR+S，其速率常數(shù)，在全混流反應(yīng)器中進(jìn)行，要使出口A的轉(zhuǎn)化率達(dá)0.875。求（1）在單個(gè)全混釜中進(jìn)行

3、，進(jìn)料體積為，求全混釜體積？（2）當(dāng)進(jìn)料體積流量不變，用兩個(gè)相等體積的釜串聯(lián)，求全混釜總體積。解 1. ， 釜體積為 2. 兩釜串聯(lián) 因此，采用兩個(gè)等體積釜相串聯(lián)，反應(yīng)器的總體積減小近3倍。3-5 在等溫全混流釜式反應(yīng)器中進(jìn)行下列液相反應(yīng)： A+RP（目的） 2AR 試計(jì)算反應(yīng)2h時(shí)A的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物P的收率？ 解 A+RP（目的） 2AR ， 3-6 圖解設(shè)計(jì)一個(gè)四釜等體積串聯(lián)釜式反應(yīng)器，A初始濃度為2mol/L，要求轉(zhuǎn)化率為80%，求每釜的空時(shí)和總反應(yīng)空時(shí)。解 圖解法公式 ，式中左邊為反應(yīng)速率線，右邊為釜間的操作線，兩個(gè)釜有一個(gè)交點(diǎn)即為方程的解，其垂直向下做橫坐標(biāo)的垂線垂點(diǎn)的濃度值就是該釜的

4、出口濃度值。 ， ，所以,出口濃度為CAf=0.4mol/L以濃度CA為橫坐標(biāo)，以反應(yīng)速率為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)上繪通過原點(diǎn)的直線，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)釜入口為CA0=2mol/L時(shí)，以它為起點(diǎn)，以-1/i為斜率向左上方作直線與線相交于一點(diǎn)，用該點(diǎn)向下作垂線，求得第一釜的出口濃度，再以該濃度為起點(diǎn)繼續(xù)做平行第一條線的平行線，以此類推，要做出四條平行線，來調(diào)節(jié)平行線的斜率使第四釜的出口濃度正好等于CAf=0.4mol/L即為結(jié)束，然后在坐標(biāo)上求得平行線的斜率值就為-1/i，定出i值，總空時(shí)為4i。經(jīng)畫圖求得斜率近為6，的空時(shí)為1/6min，總空時(shí)為2/3min。注意：當(dāng)相串聯(lián)的反應(yīng)釜體積不相等時(shí)，通過各釜的空時(shí)不

5、等，直線的斜率就不等。3-7 在等溫操作下的間歇釜中進(jìn)行某一級液相反應(yīng)，13min后反應(yīng)物轉(zhuǎn)化了70%，若把此反應(yīng)移到平推流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器中進(jìn)行，達(dá)到相同的轉(zhuǎn)化率所需的時(shí)空和空速為多少?解 間歇釜 ， t=13min， ， 平推流 全混流 3-8 在某一全混流反應(yīng)器中進(jìn)行均相液相反應(yīng)AR，轉(zhuǎn)化率，其他值不變，（1）若把反應(yīng)器的體積增大到原來的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 AR ， ， （1） ，此時(shí) 解得 （2） ， ， 3-9 在555K、0.3MPa的平推流管式反應(yīng)器中進(jìn)行AP的氣相反應(yīng)。已知進(jìn)料中含30%(摩爾分?jǐn)?shù))A，其

6、余為惰性物料，A的加料流量為6.3mol/s，動(dòng)力學(xué)方程為： 為了達(dá)到95%的轉(zhuǎn)化率，試求反應(yīng)器的容積大小？ 解 AP（氣相總摩爾數(shù)不變的反應(yīng)） ， 平推流 3-10一級氣相反應(yīng)在平推流管式反應(yīng)器中進(jìn)行，當(dāng)空速為時(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)器的單位體積進(jìn)料量。解 (氣相等壓變摩爾數(shù)反應(yīng))其膨脹率為： 利用一級等壓變?nèi)莨剑?代入 解得 同理 又 單位反應(yīng)器體積進(jìn)料量為v02/VR=1/2=0.746m3/m33-11 均相反應(yīng)A3R，服從二級反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，在0.5MPa、623K和純A進(jìn)料下，采用一內(nèi)徑為2.5cm、長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)

7、規(guī)模的反應(yīng)器，當(dāng)處理量為時(shí)，進(jìn)料中含50%A和50%惰性物，同樣在0.5MPa、623K下反應(yīng)，要達(dá)到80%轉(zhuǎn)化率，試問：需內(nèi)徑2.5cm、長2m的管子多少根？ 解 此題為二級等壓變?nèi)莘磻?yīng)過程 一根管子時(shí)： ， 。 （1）在進(jìn)料含50%A和50%惰性物 ， 。 (2) ， 。 (3) ， ，且 ，并聯(lián)阻力小較好。 3-12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，因此可用濃度來表達(dá)，根據(jù)Pi V=niRT關(guān)系，變?yōu)镻i =CiRT。假設(shè)該反應(yīng)為一級，將其積分關(guān)系式變?yōu)椋阂詌nPA0/PAi 對反應(yīng)時(shí)間ti作圖可得一條直線，其斜率為：k=0.0278s-1 ,該一級反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程為：r

8、A=0.0278CA將該反應(yīng)用于平推流反應(yīng)器中，用類似的公式，可求出反應(yīng)空時(shí)。平推流反應(yīng)條件為：初始分壓PA0=0.1*0.8Mpa，轉(zhuǎn)化率為0.95，PAf=PA0（1-xA）=0.004 Mpa，所以空時(shí)為1/0.0278*ln0.08/0.004=107.76s=1.8min，反應(yīng)器體積為:VR=FA0/CA0,FA0=100mol/h,CA0=PA0/RT=0.08/(8.314 *373)=25.8mol/m3所以，反應(yīng)器體積為1.8*100*25.8=0.116 m33-13 一個(gè)平推流管式反應(yīng)器，的一級可逆反應(yīng) 其反應(yīng)速率方程為：，進(jìn)料中含有的A水溶液。求：（1） 平衡轉(zhuǎn)化率；（

9、2） 在反應(yīng)器中的實(shí)際轉(zhuǎn)化率。解：該反應(yīng)為一級可逆反應(yīng)，恒容過程（1） 平衡轉(zhuǎn)化率 當(dāng)反應(yīng)達(dá)平衡時(shí) 又mol/L （2） 在反應(yīng)器中轉(zhuǎn)化率：將，變?yōu)锳濃度關(guān)系式，即：積分上式得： 整理上式有：，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)v0=2L/min時(shí)，轉(zhuǎn)化率為0.5063-14在一平推流反應(yīng)器中進(jìn)行下列反應(yīng)： 反應(yīng)均為一級反應(yīng)，反應(yīng)溫度下，進(jìn)料A的濃度為,進(jìn)料流量為150。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。 解：對于一級連串反應(yīng)的中間產(chǎn)物R，令，則其收率計(jì)算公式為：代入收率計(jì)算公式中最佳轉(zhuǎn)化率： 所以，此時(shí)總選擇性為3-14 二級液相反應(yīng)，反應(yīng)

10、物濃度為1,進(jìn)入兩個(gè)相串聯(lián)全混流反應(yīng)器中，在第一反應(yīng)器出口A的濃度為0.5求第二個(gè)反應(yīng)器出口A的濃度。解根據(jù)已知條件列方程式為： 3-15 有一個(gè)二級液相反應(yīng) 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在全混釜出口處A的濃度經(jīng)測定為1平推流管式 反應(yīng)器的體積是全混流反應(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。解 全混釜平推流反應(yīng)器 3-17下列反應(yīng) (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？(2) 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： 隨的濃度降低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。（3） 目的產(chǎn)物D的瞬時(shí)選擇率定義為： 隨的濃度降低和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)式操作，與上述加料相反。3-18有一個(gè)自催化反應(yīng)，其速率方程為，反應(yīng)溫度下，處理量為1，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C0=CA0+Cp0=