第三章-理想流動(dòng)均相反應(yīng)器設(shè)計(jì)題解(共9頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第三章 理想流動(dòng)均相反應(yīng)器設(shè)計(jì)題解 1、間歇反應(yīng)器與全混釜恒容一級(jí)有一等溫操作的間歇反應(yīng)器進(jìn)行某一級(jí)液相反應(yīng)，13分鐘后,反應(yīng)物轉(zhuǎn)化了70%.今擬將此反應(yīng)轉(zhuǎn)至全混流反應(yīng)器,按達(dá)到相同的轉(zhuǎn)化率應(yīng)保持多大的空速?解:=kt, =0.7 ， CA=0.3CA0間歇釜中0.3=13k， k=0.0926 min-1 在全混釜中=25.2 min-1空速S=0.0397min-12、平推流恒容一級(jí)有一個(gè)活塞流管式反應(yīng)器于555K,0.3MPa壓力下進(jìn)行AP氣相反應(yīng),已知進(jìn)料中含30%A(mol)，其余70%為惰性物料.加料流量為6.3mol/s.該反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程為rA=0.2

2、7CA mol/m3·s,要求達(dá)到95%轉(zhuǎn)化.試求所需的空時(shí)? 反應(yīng)器容積?解: P =11.1 SVR =P·v0=P而CA0=0.0198mol/L=19.8mol/m3VR=11.1s×=3.53m33、平推流變?nèi)葸^程一級(jí)有一純丙烷裂解反應(yīng)方程式為C3H8C2H4+CH4.該反應(yīng)在772等溫條件下進(jìn)行,其動(dòng)力學(xué)方程式為-dPA/dt=kPA,忽略存在的副反應(yīng),并已知k=0.4h-1 反應(yīng)過程保持恒壓0.1MPa. 772和0.1MPa下的體積進(jìn)料量為800L/h,求轉(zhuǎn)化率為0.5時(shí)所需的平推流反應(yīng)器的體積.解: A=0.5kP=(1A)(1-A)- AAf0

3、.4P=(1+0.5)(1-0.5)-0.5×0.5P=1.974hVR=Pv0=1.974×800=1579L=1.579 m34、間歇釜變?nèi)菀患?jí)一級(jí)氣相反應(yīng)A2R+S ,在等溫等壓間歇實(shí)驗(yàn)反應(yīng)器中進(jìn)行,原料中含75%A(mol),25%(mol)惰性氣體,經(jīng)8分鐘后,其體積增加一倍.求此時(shí)達(dá)到了多大的轉(zhuǎn)化率? 速率常數(shù)多大?解: 膨脹因子 A=2膨脹率 A=yA0A=0.75×2=1.5對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)化率XA的反應(yīng)體積 V=V0(1AA)所以，A=66.7%K=0.0735 min-15、全混流恒容二級(jí)反應(yīng)在全混流反應(yīng)器中進(jìn)行液相均相二級(jí)反應(yīng):A+BC,在298K下的

4、動(dòng)力學(xué)方程式為rA=0.6CACB mol/(L.min),該反應(yīng)的進(jìn)料速率為0 =0.018m3/min.A,B 的初始濃度相同,均為0.1mol/L,要求出口的轉(zhuǎn)化率為90%,求需多大的全混釜?解: =mm =150 minVR=v0m=0.018 m3/min×150min=2.7 m36、多釜串聯(lián)液相二級(jí)某一液相反應(yīng)A+BR+S,其速率常數(shù)k=9.92m3/(Kmol·KS),初始濃度為0.08Kmol/m3 ，在兩個(gè)等體積的全混釜中進(jìn)行反應(yīng),最終出口轉(zhuǎn)化率0.875.進(jìn)料體積流量為0.278m3/KS .求全混釜的總體積?解： 1= 2= 1=2 兩釜相同所以，

5、=, 而xA2 =0.875整理有 (1-0.875)2 xA1=(0.875- xA1)(1- xA1)2試差解得 xA1=0.7251所以，VR1=4.16 m3總反應(yīng)器體積 VR=2VR1=2×4.16=8.33 m37.【自催化反應(yīng)優(yōu)化】自催化反應(yīng) A+RR+R，速度方程為-r=kCACR，體系總濃度為C0= CA+CR 。若給你一個(gè)管式反應(yīng)器和一個(gè)釜式反應(yīng)器，為滿足同一生產(chǎn)要求怎樣聯(lián)結(jié)設(shè)備費(fèi)較少？（5分） 解：A+R R+R -rA =kCACR C0 =CA + CR. 串聯(lián)連接，管式反應(yīng)器加釜式反應(yīng)器 速度較快，同樣轉(zhuǎn)化時(shí)所用的體積較小。 只有當(dāng)CAm = CRm =

6、0.5(CA0 + CR0) = 0.5C0 時(shí)速度最快。 或 當(dāng)總空時(shí)= 1+1 最小時(shí)反應(yīng)器體積最小。 對(duì) = + 對(duì)CA1求導(dǎo)時(shí)最小時(shí)VR最少。 此時(shí)的xA為全混釜出口最佳轉(zhuǎn)化率。8. An aqueous feed of A and B (400l/min,100mmolA/l 100mmolB/l) is to be converted to product in a play flow reactor ,the kinetics of the reaction is represented is A + B R -rA = 200CACB mol/l*minFind the vol

7、ume of reactor needed for 99.9% conversion of A to product Answer : k= 1/CA 1/CA0 kCA0 = xAf /1- xAf = 0.999/1-0.999 = 999. K = 200l/mol *min = VR/V0 = 1/k CA0 = 1/200*0.1 = VR/400 VR = 20L9. A gaseous feed of pure A (2mol/l 100mol/min) decomposes to give a variety of product in a plug flow reactor

8、The kinetics of the conversion is represented by A 2.5B -rA = 10(min-1) Find the expected conversion in a 22-liter reactor Answer: CA0 = 2 mol/l FA0 = 100 mol/min -rA = 10(min-1) CA= VR/V0 = = VR CA0 / FA0 = 22*2/100 = 0.44minx A = 1 e-10*0.44 = 1 e-4.4 10、 A liquid reactant stream (mol/l) passes th

9、rough two mixed flow reactors in series The concentration of A in the exit of the first reactor is 0.5mol/l find the concentration in the exit stream of the second reactor .The reaction is second order with respect to A and V2/V1 = 2Answer : -rA = KcA2 =22*2 =44CA22 + CA2 0.5 = 0CA2 = (-1 ±)CA2

10、 = (3-1) = 1/4 = 0.25 mol/l1. 在等溫操作的間歇反應(yīng)器中進(jìn)行一級(jí)液相反應(yīng)，13分鐘反應(yīng)物轉(zhuǎn)化了80%，若把此反應(yīng)移到活塞流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器中進(jìn)行，達(dá)到同樣轉(zhuǎn)化所需的空時(shí)和空速？（20分）解： k=min-1 活塞流：= t = 13min 空速 ：s = 1/= 1/13 = 0.077min-1 全混流：= = 32.3min2. 自催化反應(yīng) A+RR+R，速度方程為-r=kCACR，體系總濃度為C0= CA+CR 。若給你一個(gè)管式反應(yīng)器和一個(gè)釜式反應(yīng)器，為滿足同一生產(chǎn)要求怎樣聯(lián)結(jié)設(shè)備費(fèi)較少？（5分） 解：A+R R+R -rA =kCACR C0 =CA +

11、 CR. 串聯(lián)連接，管式反應(yīng)器加釜式反應(yīng)器 速度較快，同樣轉(zhuǎn)化時(shí)所用的體積較小。 只有當(dāng)CAm = CRm = 0.5(CA0 + CR0) = 0.5C0 時(shí)速度最快。 或 當(dāng)總空時(shí)= 1+1 最小時(shí)反應(yīng)器體積最小。 對(duì) = + 對(duì)CA1求導(dǎo)時(shí)最小時(shí)VR最少。 此時(shí)的xA為全混釜出口最佳轉(zhuǎn)化率。3. An aqueous feed of A and B (400l/min,100mmolA/l 100mmolB/l) is to be converted to product in a play flow reactor ,the kinetics of the reaction is re

12、presented is A + B R -rA = 200CACB mol/l*minFind the volume of reactor needed for 99.9% conversion of A to product Answer : k= 1/CA 1/CA0 kCA0 = xAf /1- xAf = 0.999/1-0.999 = 999. K = 200l/mol *min = VR/V0 = 1/k CA0 = 1/200*0.1 = VR/400 VR = 20L4. A gaseous feed of pure A (2mol/l 100mol/min) decompo

13、ses to give a variety of product in a plug flow reactor The kinetics of the conversion is represented by A 2.5B -rA = 10(min-1) Find the expected conversion in a 22-liter reactor Answer: CA0 = 2 mol/l FA0 = 100 mol/min -rA = 10(min-1) CA= VR/V0 = = VR CA0 / FA0 = 22*2/100 = 0.44minx A = 1 e-10*0.44

14、= 1 e-4.4 5. A liquid reactant stream (mol/l) passes through two mixed flow reactors in series The concentration of A in the exit of the first reactor is 0.5mol/l find the concentration in the exit stream of the second reactor .The reaction is second order with respect to A and V2/V1 = 2Answer : -rA

15、 = KcA2 =22*2 =44CA22 + CA2 0.5 = 0CA2 = (-1 ±)CA2 = (3-1) = 1/4 = 0.25 mol/l第三章均相反應(yīng)器習(xí)題1、在等溫操作的間歇反應(yīng)器中進(jìn)行一級(jí)液相反應(yīng)，13分鐘反應(yīng)物轉(zhuǎn)化了80%，若把此反應(yīng)移到活塞流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器中進(jìn)行，達(dá)到同樣轉(zhuǎn)化所需的空時(shí)和空速？2、在平推流反應(yīng)器進(jìn)行液相均相反應(yīng):A+BR(目的) rR =1.6 CA,Kmol/m3·h CA0=2 Kmol/m32AD rD=8.2 CA2,Kmol/m3·h求A的轉(zhuǎn)化率95%時(shí)所用的時(shí)間? 此時(shí)R的收率? 若處理量為200L/mi

16、n時(shí) VR =?3在反應(yīng)體積為1m3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 H2COCHCH3+H2OH2COHCHOHCH3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0.98h-1，原料液中環(huán)氧丙烷的濃度為2.1kmol/m3，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24小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)，試求丙二醇的日產(chǎn)量是多少?4、一個(gè)含有A和B液體(CA0=0.10mol/L、CB0=0.04mol/L)，以體積流量2L/min流入容積V=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(CAf=0.04mol/L

17、)。試求：在反應(yīng)器內(nèi)條件下，A、B和C的反應(yīng)速率？ 5、一個(gè)液相反應(yīng)：k1 A+BR+S k2 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/LA的濃度，另一個(gè)保持1.6mol/LB的加料濃度，兩條線分別是等體積速率進(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)。6、某液相二級(jí)反應(yīng):A+BR+S，其速率常數(shù),在全混流反應(yīng)器中進(jìn)行,CA0=CB0=2mol/L,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，進(jìn)料體積為0.278m3/KS，求全混釜體積 ； (2) 當(dāng)進(jìn)料體積流量不變，用兩個(gè)

18、相等體積的釜，求全混釜總體積 .7、在等溫全混流釜式反應(yīng)器中進(jìn)行下列液相反應(yīng)： A+BP(目的) ， 2A R ， 試計(jì)算反應(yīng)2hr時(shí)A的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物P的收率？8、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%，rA=3CAmol/Lmin,求每釜的空時(shí)和總反應(yīng)空時(shí)。9、在一等溫操作下的間歇釜中進(jìn)行某一級(jí)液相反應(yīng)，13分鐘后反應(yīng)物轉(zhuǎn)化了70%，今若把此反應(yīng)移到活塞流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器中進(jìn)行，達(dá)到相同的轉(zhuǎn)化率所需的空時(shí)和空速可為多少？10、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=0.50, 其它數(shù)值不變。 (1) 若把反應(yīng)器的體積增大到原來的6倍

19、，轉(zhuǎn)化率為多少？(2) 若反應(yīng)在一個(gè)與其容積相同的活塞流反應(yīng)器中進(jìn)行轉(zhuǎn)化率為多少？11、在555K及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%A(mol%)，其余為惰性物料，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??？12、有一級(jí)氣相反應(yīng)：2AR+2S,在平推流管式反應(yīng)器中進(jìn)行，當(dāng)空速為1min-1時(shí)，純A進(jìn)料的轉(zhuǎn)化率為90%。求在A的轉(zhuǎn)化率為95%時(shí)該反應(yīng)器的單位體積進(jìn)料量。13、均相反應(yīng)：A3R，服從二級(jí)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(zhǎng)2m的實(shí)驗(yàn)反應(yīng)器能獲得60%轉(zhuǎn)化

20、率。為設(shè)計(jì)工業(yè)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，在同樣的0.5MPa和623K下反應(yīng)，要達(dá)到80%轉(zhuǎn)化率，試問：需2.5cm內(nèi)徑2m長(zhǎng)的管子多少根？14、在恒容間歇反應(yīng)器中，氣相反應(yīng)物A在373K時(shí)分解，得到的數(shù)據(jù)列于下表。反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量關(guān)系是2AR+S，在373K，0.1MPa下處理含有20%惰性氣體的進(jìn)料100molA/h，要求A的轉(zhuǎn)化率為95%。問需要多大的平推流反應(yīng)器？t(s)020406080100140200260330420PA×10(MPa)10.80.680.560.450.370.250.140.080.040.0215、一個(gè)2m3的活塞流管式反應(yīng)器，進(jìn)行AR的一級(jí)可逆反應(yīng)，其反應(yīng)速率方程為：，進(jìn)料中含有CA0=0.1mol/L的A水溶液。試求： (1)平衡轉(zhuǎn)化率； (2)在反應(yīng)器中的實(shí)際轉(zhuǎn)化率。16、在一個(gè)活塞流反應(yīng)器中進(jìn)行下列反應(yīng)： k1 k2ARS反應(yīng)均為一級(jí)，反應(yīng)溫度下，k1=0.3min，k2=0.10min，進(jìn)料A的濃度為CA0，進(jìn)料流量為150L/min。試計(jì)算目的產(chǎn)物R的最高收率和最大選擇性以及達(dá)到最大收率時(shí)所需的反應(yīng)體積。17、二級(jí)液相反應(yīng)，反應(yīng)