第三章理想流動(dòng)均相反應(yīng)器設(shè)計(jì)題解

1、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：In CAA0 =kt,CA0 CA =CA0 =，C A=間歇釜中.In = 13k, k= min在全混釜中T=VR = CA0 XA=V0 kCA0.70.3 0.0926=min-1空速5=丄=島2、平推流恒容一級(jí)有一個(gè)活塞流管式反應(yīng)器于555K,壓力下進(jìn)行At P氣相反應(yīng)，已知進(jìn)料中含30%A(mol),3其余70%為惰性物料.加料流量為s.該反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程為rA= mol/m

2、 ,要求達(dá)到95%轉(zhuǎn)化.試求所需的空時(shí)反應(yīng)器容積 VrVR 1 inT P =而-下nCAO. =1 In FAQ =丄 In 込二丄 n U = CA k PA kYa k 1 Xa 0.27In11 0.95=T P V0= T PCA0而 CA0=瞬=0.0820.555=L=mS= X6.3mol/s3 =3.53m3 19.8mol/m33、平推流變?nèi)葸^(guò)程一級(jí)有一純丙烷裂解反應(yīng)方程式為Qff GH+CH.該反應(yīng)在 772 C等溫條件下進(jìn)行，其動(dòng)力學(xué)方程式為-dPMdt=kP a,忽略存在的副反應(yīng)，并已知k=反應(yīng)過(guò)程保持恒壓.772C和下的體積 進(jìn)料量為800L/h,求轉(zhuǎn)化率為時(shí)所需的

3、平推流反應(yīng)器的體積.£-2 1T k t p=一 (1 + e a) In (1- X a)-e aX AfT P= (1+ lnX1.5ln 2 0.25 _04=*= t pvo= X 800=1579L=1.579 m4、間歇釜變?nèi)菀患?jí)一級(jí)氣相反應(yīng) 22R+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S a=3t1=2膨脹率 S A=yA0 S A=X 2 =對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)化率 *的反應(yīng)體積 V=V 0(1 +s AX a)V 1所以，X A= -0=Y5 =%A

4、1.5K=1 ln 僉=8 ln F0167 = min-1 5、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+BT C,在298K下的動(dòng)力學(xué)方程式為r A= mol/,該反應(yīng)的進(jìn)料速率為vo=O.O18m3/,B的初始濃度相同，均為L(zhǎng),要求出口的轉(zhuǎn)化率為 90%,求需多大的全混釜-r _ CAOXAf _ CAOXAf _ CAOXAf _CAO XAf_= Z =22 = T mV0rAkCACBkCA2kCAO2 (1 XAf )20.6 0.0(9 O.9)2=150 min33/ -r=vo t m=0.018 m /min X 150min= m6、多釜串聯(lián)液相二級(jí)某

5、一液相反應(yīng)A+4 R+S,其速率常數(shù)k=(Kmol KS),初始濃度為m，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.進(jìn)料體積流量為0.278m3/KS .求全混釜的總體積解:-R1 = CAO CA1 =C AO XA1% =1= kCA02(1 Xai)2-R2 _ CA1 CA2 _ CAO (xA2 xA1)T 2=kCA02 (1 XA2 )2T 1= T 2兩釜相同V0rA2所以,整理有試差解得xA2(1 xA1)2(1XA1XA2 )而 XA2 =2 2XA1= X A1)(1- X Al)A1 =所以,Vr=v0 CA0XA1kCA02(1 Xai)20.278 0.752

6、19.92 0.08 (1 0.7521)2總反應(yīng)器體積 V r=2Vr1=2 X = m37. 【自催化反應(yīng)優(yōu)化】自催化反應(yīng)A+R R+R速度方程為-r=kCAG，體系總濃度為C0= G+G。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 -r A=kCAG C 0 =CA + G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= C Rm= (C A0 + C R0)= 0.5C 0 時(shí)速度最快。XA1 XA0rACa0 dCAA12Ca1Ca1 dCACa1 CA2ACa0 C A11A-當(dāng)總空時(shí)

7、TT 1+ T 1最小時(shí)反應(yīng)器體積最小對(duì) T = Ca0 rCA1 +dCCAA對(duì)Cai求導(dǎo)時(shí)T最小時(shí)Vr最少。ACA2 A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 (4001/mi n,100mmolA/l 100mmolB/l) is tobe converted to product in a play flow reactor ,the kinetics of thereacti on is represe nted isA + B R -rA = 200C ACb mol/l*mi nFind the volume of react

8、or n eeded for % conv ersi on of A to productAn swer :k t = 1/C A 1/C A0k t CA0 = x Af /1- x Af = = 999.K = 200l/mol *mi nT = Vr/Vq = 1/k C A0 = 1/200* = V r/400V r = 20L9. A gaseous feed of pure A (2mol/l 100mol/m in) decomposes to give avariety of product in a plug flow reactor The kin etics of th

9、e conv ersi on is represe nted by1A -rA = 10(min )Find the expected conversion in a 22-liter reactor1Answer: Caq = 2 mol/l F aq = 100 mol/min -r A = 10(min ) C At = Vr/Vq = |V = Vr Caq / F aq = 22*2/100 =CA0-10*x A = 1- e = 110、A liquid reactant stream (mol/l) passes through two mixed flowreactors i

10、n series The concentration of A in the exit of the firstreactor is l find theconcentration in the exit stream of the secondreactor .The reacti on is sec ond order with respect to A and V2/V1Answer : -r a = Kc AV1xA1V0rA1V2xA2 xA1F A0rA2.V；2(晉)2*2XA1C A0kC al'kV；V?10.50.52=2CA1 CA2CA22=424Ca2 + C

11、 A2 - = 01 CA2 =丙(-1± .14*4*0.5)113分鐘反應(yīng)物轉(zhuǎn)Ca2 = 8 (3-1) = 1/4 = 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)，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：In占kt k- 1 池 A 10.80.124min活塞流：T = 1 1 ：Aft - 13min空速:s - 1/ t - 1/13 -全混流：1 xAf10.8T k 1 xAf0.124 1 0.82. 自催化反應(yīng)A+R R+R速度方程為-r二kCAG，體系總濃度為 C0=C+G。若給你一個(gè)管

12、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 f R+R -r a =kGG Co =G + 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)Gm = C Rm= （C A0 + C R0）= 時(shí)速度最快。XA1 XA0Fa0ICa0 CA1Ca1 CA21rA2rACao dCACA1 dCA1A當(dāng)總空時(shí)T = T 1+T 1最小時(shí)反應(yīng)器體積最小。c對(duì) T = Ca0rCA1 +詈 對(duì)CAi求導(dǎo)時(shí)T最小時(shí) W最少ACa2 A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 (40

13、01/mi n,100mmolA/l 100mmolB/l) is to be converted to product in a play flow reactor ,the kinetics of the reaction is represented isA + B f R -r a = 200C aCb mol/l*minFind the volume of reactor n eeded for % conversion of A toproductAn swer :k T = 1/C A - 1/C A0k t CAo = x Af /1- x Af = = 999.K = 200

14、1/mol *minT = Vr/V0 = 1/k C A0 = 1/200* = V r/400V R = 20L4. A gaseous feed of pure A (2mol/l 100mol/min) decomposestogive a variety of product in a plug flow reactor The kineticsof the conversion is represe nted by1A f -r a = 10(min )Find the expected conversion in a 22-liter reactor1CA0An swer: C

15、A0 = 2 mol/l F A0 = 100 mol/min -r a = 10(min ) C a t = Vr/V0 =善二 Vr Ca0 / F A0 = 22*2/100 =-10* /e = 15. A liquid reactant stream (mol/l) passes through two mixedflow reactors in series The concentration of A in the exitof the first reactor is l find the concentration in the exit stream of the seco

16、nd reactor .The reaction is second - order with respect to A and V2/V1 = 2Answer : -r a = Kc a0V1xA1xA1FA0rA2kV1CA1 CA210.5Q-52=2x A1C A 0kC2a 1.kV2v72*2 =CA220 . 5 C A 2C A2 2=44C2 + C A21 CA2 =24 (-1 士 1 4* 4* 0.5)1CA2 =8 (3-1) = 1/4 = 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

17、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)：33A+4 R(目的)r r = CA,Kmol/m h CA 0=2 Kmol/m2322 Drd= CA ,Kmol/m h求A的轉(zhuǎn)化率95%寸所用的時(shí)間此時(shí)R的收率若處理量為 200L/min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H2COCHC+HO* H2COHCHOHCH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，原料液中環(huán)氧丙烷的濃度為n環(huán)氧丙烷的最終轉(zhuǎn)化率為 90%若輔助時(shí)間為，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

18、4、一個(gè)含有A和B液體(Cao=L、CBo=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)A 2B+C已知由反應(yīng)器流出的物料中含有A B和C(Of=L)。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)：kiA+BR+Sk2其中：k1 7L/mol min， k2 3L/mol min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LA的濃度，另一個(gè)保持 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)31:A+B * R+S,

19、其速率常數(shù) k 9.92 m,在全混流反應(yīng)器中進(jìn)kmol KS行,CAo=CBo=2mol/L,要使出口 A的轉(zhuǎn)化率達(dá)。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)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+B P(目的)r p 2 CA， kmol / m3 h2A R r R 0.5 CA， kmol / m3 hCa0 Cb0 2kmol/m3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 0，A初始濃度為2mol/L,要求轉(zhuǎn)化率為80% rA=3CA

20、mol/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2 »A R, rA k CA，轉(zhuǎn)化率 XA=,其可為多少10、在某一全混流反應(yīng)器中進(jìn)行均相液相反應(yīng):它數(shù)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)與其容積相同的活塞流反應(yīng)器中進(jìn)行轉(zhuǎn)化率為多少11、 在555K及的平推流管式反應(yīng)器中進(jìn)行A P的氣相反應(yīng)。已知進(jìn)料中含30%A(mol%),3其余為惰性物料，A的加料流量為S,動(dòng)力學(xué)方程為：r a 02

21、7 C a mol /S，為了達(dá)到95%的轉(zhuǎn)化率。試求反應(yīng)器的容積大小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1mi n-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。313、 均相反應(yīng)：A 3R,服從二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，在、623K和y0 4q 川 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%專化率。為設(shè)計(jì)工業(yè)規(guī)模的反應(yīng)器， 當(dāng)處理量為320 m3 / h時(shí)，進(jìn)料中含50%A和50%惰性物，在同樣的和 623K下反應(yīng)，要達(dá) 到80%專化率，試問(wèn)：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

22、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2A R+S,在373K,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(wèn)需要多大的平推流反應(yīng)器t(s)020406080100140200260330420PaX 10(MPa)115、一個(gè)2m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:A0.04Ca0.01CrmolL min，進(jìn)料中含有CAo=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 k 2AR* Sk1=, k2=，進(jìn)料A的濃度為CA。，進(jìn)料流量為150L/min。試計(jì)算反應(yīng)均為一級(jí)，反應(yīng)溫度下，目的