分離過程計算題(1)

1、2007) 1、液相平行反應Pr P=2CAmol/L min-1RrR= 1mol/L min-1SrS=1CA2mol/L min-1CAo=2mol/ L, CPo = CRo = Co = 0 , P 為目的產物，求：(1) 在全混流反響器(CSTR中能得到P的最大濃度;(2) 在平推流反響器(PFR中能得到P的最大濃度;答：解：瞬時選擇性Sp =2Ca2(1+Ca)dCP-dC A分)(1) CSTR(全混流反響器)中：平均選擇性=瞬時選擇性分)(1(1Cp-Cpo 2CA2CA=2 Cp = (C A0 - CA )2Cao - Ca(1 + Ca)2p A0(1 + Ca)2dC

2、p=0 ? Ca =1.5mol/l ? Cp,max = 1.2mol/l(3dC A分)(2) PFR(活塞流反響器)Cp =Cp =Ca02Ca人喬edCA令2CaA 2dCA = (1 + Ca)2dCpdC?0? Ca = 02l n(1 +4) +21+4-2 = 1.6mol/l2、根據(jù)反響的T-X關系圖，答復以下問題:M溫度.T1AB線、NP線各稱作什么線？2在等溫線上，A、D、0、E、M點中，那點速率最大？那點速率最?。? 在等轉化率線上，H、C、R、0、F、B點中，那點速率最大？那點速率最小?4在C、R兩點中，那一點速率大？答:(1 )AB是平衡曲線，NP是最正確溫度曲線；

3、(2分(2)M點速率最大，A點速率最??；(2分(3)O點速率最大，B點速率最??；(2分4 R?C; 2分5M點速率最大。2分3、在間歇攪拌釜式反響器中，用己二酸 硫酸催化下進行，其動力學由實驗測得：CAo=CBo=0.004kmol/L, k=1.97 L / kmol?mi n.A與己二醇B聚縮制醇酸樹脂。反響在-rA=kC aCb,實驗條件：反響溫度70 C,假設每天處理2400Kg己二酸，己二酸轉化率在解：Ca=Cbo2rA = kCA(1 分)分t=CAo /kCAo(VXA)2XakCAo 1-Xa= 5073(mi n)(2t R分507.360= 8.5h(2分Qo =24001

4、46 X24 X0.004=171.叫(2(2V = QO(tR +tO) = 171.2 X(8.5 + 1) = 1.6m3分= 1.60.75=2.2m34、對一級反響 AtR,反響速率常數(shù) k=1 min-1，采用空時均為1 min的全混流反響器CAo=2 kmol/m與平推流反響器相互串聯(lián)操作，計算以下兩種串聯(lián)方式的轉化率。其中(a)解：對情況a：1 X1對情況C A1C aoeC A10 .736X1b:C A 2 = C A1 e = 1 XeC A0 C A2C A0=0.736 kmol0.368 kmol2- 0.3680.8163=1 .0 kmol / m X11 X3

5、=0.368kmol /m32-0.36820.816兩種情況有相同的轉化率，混合早晚無影響。2 分1 分1 分1分2022 三、全混流反響器體積Vm=2m3,平推流反響器體積Vp=1m3,對一級反響1 AR,在相同的溫度、進料流率條件下，求：1采用“先全混后平推的順序串聯(lián)操作時，出口轉化率為X1是多少？2假設采用“先平推后全混的順序操作時，出口轉化率X2又將是多少？進料體積流率為 V0=1 m3/h，反響速率常數(shù)為1h 1°14解方程得：Xa= 0.816 = 81.6 %分kCA01XA1 1 k 1V11 111hX A150%2 分V011 1 1XAC A0 XdxA丄in

6、1XaJXa1 分Xa 0kCA0 1Xa kXa11 XaV11 x A1xA21h得方程：ink 21 分V。1Xa1 1 Xa解：1 1cA0Xa1 Xa12 分1 分Cao 0XA1dxA5(1Xa)llnk(2 分)V。X A1 1XA1k1 163.21%(2 分)C A0 (X AkCA0(1Xa1)x71)Xa Xa1k(1 Xa)(1 分)V2V0Xa Xa1Xa(1 分)解方程得：Xa = 0.816= 81.6%(1 分)四、液相平行反響PArp=k1CArR=k2 Ca2k1=1.0h-1, k2/k1=1.5 L mol-1, CAo=2mol Vo=5m3/h，出口

7、 A的轉化率為 90%，試求:(1)(2)(3)L-1, Cpo= Cso =0,要求反響流體的進料速率為在全混流反響器中能得到 P的濃度； 在平推流反響器中能得到 P的濃度； 假設采用兩個全混流反響器串聯(lián)操作，為獲得產物 的 反 應20 分P的最大濃度，每個反響器所需 應總 體 積。解：1CSTR 中:rppmpm(rA )k1C Ak1CAk 2CACpCA0CACp(CA0 Ca ) k 1k1k 2CA(2 0.2) 111.5 0.2(2) PFR 中:dCp pdCAk1CA&Cak 2C ACp0(3 分)1.385mol /111 1.5Ca(2 分)(3 分)CA0d

8、CACa1 1.5CA61 g。丄 ln 1 15 21 1.5Ca1.51 1.5 0.21.50.749mol/13兩個CSTR串聯(lián):(2 分)Cpm1 (C A0 CA1)m2 (CA1 CA)Ca1)kjk 1k 2Ca(CA1 CA )kJ(C(C A0k1 k 2CA1 V11 1.5Cai叫0 得:dCAV2(2 Cai)C A1V0(CA0 CA1 )k1CA1 k 2CA1V 0 (CA1 C A ) k1C A k2CA1 1.5Ca (CA10.853mol /15 (20.853)1 0.853 1.5 0.8532Ca)2.95m35(°.853 巴12.5

9、6m31 0.21.5 0.22(2 分)(1 分)(3 分)(3 分)V 總=V1+V2 = 2.95+12.56= 15.51m3五、在一閉式容器中進行停留時間分布的脈沖實驗，測得數(shù)據(jù)如下：t (mi n)0246810121416CA(kg/m3)06.512.512.510.05.02.51.00求: 1 Et、22假設在該容器內進行-級不可逆反響，rA -kCA,k-0.15mi n-1,假設實測E (t)數(shù)據(jù)可用多釜串聯(lián)模型擬合, 求 N 及Xa。20 分解：(1) C0= 2/2 :0+2 X(6.5+12.5+12.5+10.0+5.0+2.5+1.0 )+0 = 100 Kg

10、/m 3(2 分)t (min)0246810121416Ca06.512.512.510.05.02.51.00E(t)-CA/C000.0650.1250.1250.100.050.250.100t E(t)00.130.50.750.800.500.300.140t 2E(t)00.262.004.506.405.003.601.960(寫出上述表格中的數(shù)據(jù)，即E(t)函數(shù)，2 分)0 tE(t)dt20 2 (0.13 0.50.750.80 0.50 0.30 0.14)02=6.24min(2 分)20 t E(t)dt-2t-0+2X (0.26+2.00+4.50+6.40+5

11、.00+3.60+1.96)+0 6.24222=8.50min(2 分)-2t8.506.2420.218(2) N4.580.218(2 分)(3 分)Xa 1(10.15 6.2450.57657.6%)5(7分，其中寫出公式 3分；正確代公式中數(shù)值 2分;結果正確一一2分)六、氣固相一級不可逆催化反響A B，催化劑為直徑5mm球形顆粒，以單位床層體積為基準的反響速率常數(shù)k=2S-1,床層空隙率& b=0.4 ,測得內擴散效率因子n=0.672,計算以下情況下的宏觀反響速率常數(shù)Kw。(1) 催化劑粒徑改為直徑 3mm，其它條件不變；(2) 改變填充方式，使 £ b=0.

12、5，其它條件不變。解:丄)s0.672 得出：s0 3sdks2 (1 B)De(2 分)(2 分)(1)改變粒徑，而不改變其它條件:那么：s1s0d1, s1d°3 351.82 分此時，3 1s1 th s11s13113 11 0.8341.8 th1.81.82 分kwi = n 1 kv = 0.834X 2 = 1.67 s-1m-3 床層2 分2改變填充方式，其它條件不變:那么：s01 b0 1 B2 10.51 0.41.0951 分s21.0953.2861 分2 s21th-丄s2s2盤h3.2860.6383.2862 分kw2= n 2 kv = 0.638X

13、 2 = 1.27 s-1m-3床層2 分2022 三、計算題：共50分1、在體積為0.12m3的全混流反響器中進行反響A + B R + Sk2= 3m3/kmol min，兩種反響物以等體積參加反響器，一種含 含B1.6kmol/ m 3,假設系統(tǒng)的密度不變，式中 k1= 7m3/kmol -min,A2.8kmol/ m 3,另一種B的轉化率為75%,求每種物料的流量？ 15分解：Ca0=1.4 kmol/ m 3, Cb°=0.8 kmol/ m 32 分Cb = Cb01-Xb = 0.2 kmol/ m 3Cr = Cs= Cb0 Xb= 0.6kmol/ m 3Ca =

14、 Ca0 Cb0 X b= 0.8 kmol/ m 3rA= k1 Ca Cb k2 CrCs= 0.04 kmol/ m 3 min3分2 分C b 0X b 0.6h而伽“公式2分，結果1分Qo = V/ t =0.12X 1000/15=8 L/ min 公式 2 分，結果 1 分每種物料流量各為 4L/ min2分反響2、液相平行p=2Camol/L min-1A :prR= 1mol/L min-1rS=1C a2mol/ L min-1CAO=2mol /L, Cpo=Cro= Cso= 0,CSTR 中能得到P的最大濃度;PFR 中能得到P為目的產物，求:(1) 在全混流反響器(

15、2) 在平推流反響器(P的最大濃度。15 分解：瞬時選擇性 Sp21CadCP-dCA3 分1CSTR 中:平均選擇性=瞬時選擇性1 分即:Cp- CpoCA0 - CA1ca2cpCao-Ca11ca22 分因為O<Cao<2 ,在此范圍內，當 Ca= 0時，Cp有最大值。(1 分)CPmax 2-012mol/L2 分2 PFR中:CPCA0Ca12 dCA1 Ca(2分)令dCPdCACa0 2 分CpCA01 Ca2 dCA-11 Ca0.667mol/l02 分3、在一閉式容器中進行停留時間分布的脈沖實驗，測得數(shù)據(jù)如下:t mi n0246810121416CAkg/m306.512.512.510.05.02.51.00求：(1) E (t)、t、c o(2)在該容器內進行一級不可逆反響(一rA) =kCa, k=0.15min-1,用多釜串聯(lián)模型解:_ 23(1) C0 0202(6.5 12.512.510.05.02.51.0)100Kg/mt0246810121416CaE(t)00.0650.1250.1250.10.050.0250.010CA0tE(t)00.130.50.750.80.50.30.140t2E(t)00.2624.56.453.61.960寫出Et數(shù)值，2分t tE