化學(xué)反應(yīng)工程第三章答案

1、3 釜式反應(yīng)器3.1在等溫間歇反應(yīng)器中進(jìn)行乙酸乙酯皂化反應(yīng)：該反應(yīng)對(duì)乙酸乙酯及氫氧化鈉均為一級(jí)。反應(yīng)開(kāi)始時(shí)乙酸乙酯及氫氧化鈉的濃度均為0.02mol/l，反應(yīng)速率常數(shù)等于5.6l/mol.min。要求最終轉(zhuǎn)化率達(dá)到95%。試問(wèn)：（1） （1） 當(dāng)反應(yīng)器的反應(yīng)體積為1m3時(shí)，需要多長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間？（2） （2） 若反應(yīng)器的反應(yīng)體積為2m3，所需的反應(yīng)時(shí)間又是多少？解：（1）(2) 因?yàn)殚g歇反應(yīng)器的反應(yīng)時(shí)間與反應(yīng)器的大小無(wú)關(guān)，所以反應(yīng)時(shí)間仍為2.83h。3.2擬在等溫間歇反應(yīng)器中進(jìn)行氯乙醇的皂化反應(yīng)：以生產(chǎn)乙二醇，產(chǎn)量為20/h，使用15%（重量）的NaHCO3水溶液及30%（重量）的氯乙醇水溶液作

2、原料，反應(yīng)器裝料中氯乙醇和碳酸氫鈉的摩爾比為1：1，混合液的比重為1.02。該反應(yīng)對(duì)氯乙醇和碳酸氫鈉均為一級(jí)，在反應(yīng)溫度下反應(yīng)速率常數(shù)等于5.2l/mol.h，要求轉(zhuǎn)化率達(dá)到95%。（1） （1） 若輔助時(shí)間為0.5h，試計(jì)算反應(yīng)器的有效體積；（2） （2） 若裝填系數(shù)取0.75，試計(jì)算反應(yīng)器的實(shí)際體積。解：氯乙醇，碳酸氫鈉，和乙二醇的分子量分別為80.5,84 和 62kg/kmol,每小時(shí)產(chǎn)乙二醇：20/62=0.3226 kmol/h每小時(shí)需氯乙醇：每小時(shí)需碳酸氫鈉：原料體積流量：氯乙醇初始濃度：反應(yīng)時(shí)間：反應(yīng)體積：（2） （2） 反應(yīng)器的實(shí)際體積：3.3丙酸鈉與鹽酸的反應(yīng)：為二級(jí)可逆反

3、應(yīng)（對(duì)丙酸鈉和鹽酸均為一級(jí)），在實(shí)驗(yàn)室中用間歇反應(yīng)器于50等溫下進(jìn)行該反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。反應(yīng)開(kāi)始時(shí)兩反應(yīng)物的摩爾比為1，為了確定反應(yīng)進(jìn)行的程度，在不同的反應(yīng)時(shí)間下取出10ml反應(yīng)液用0.515N的NaOH溶液滴定，以確定未反應(yīng)鹽酸濃度。不同反應(yīng)時(shí)間下，NaOH溶液用量如下表所示：時(shí)間，min010203050NaOH用量，ml52.232.123.518.914.410.5現(xiàn)擬用與實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)條件相同的間歇反應(yīng)器生產(chǎn)丙酸，產(chǎn)量為500kg/h，且丙酸鈉的轉(zhuǎn)化率要達(dá)到平衡轉(zhuǎn)化率的90%。試計(jì)算反應(yīng)器的反應(yīng)體積。假定（1）原料裝入以及加熱至反應(yīng)溫度（50）所需的時(shí)間為20min，且在加熱過(guò)程中不進(jìn)行反應(yīng)；

4、（2）卸料及清洗時(shí)間為10min；（3）反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)物密度恒定。解：用A,B,R,S分別表示反應(yīng)方程式中的四種物質(zhì)，利用當(dāng)量關(guān)系可求出任一時(shí)刻鹽酸的濃度（也就是丙酸鈉的濃度，因?yàn)槠溆?jì)量比和投量比均為1：1）為：于是可求出A的平衡轉(zhuǎn)化率：現(xiàn)以丙酸濃度對(duì)時(shí)間作圖：由上圖，當(dāng)CA=0.051514.7mol/l時(shí)，所對(duì)應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間為48min。由于在同樣條件下，間歇反應(yīng)器的反應(yīng)時(shí)間與反應(yīng)器的大小無(wú)關(guān)，所以該生產(chǎn)規(guī)模反應(yīng)器的反應(yīng)時(shí)間也是48min。丙酸的產(chǎn)量為：500kg/h=112.6mol/min。所需丙酸鈉的量為:112.6/0.72=156.4mol/min。原料處理量為：反應(yīng)器體積：實(shí)際反

5、應(yīng)體積：3.4在間歇反應(yīng)器中，在絕熱條件下進(jìn)行液相反應(yīng)：其反應(yīng)速率方程為：式中組分A及B的濃度CA及CB以kmol/m3為單位，溫度T的單位為K。該反應(yīng)的熱效應(yīng)等于-4000kJ/kmol。反應(yīng)開(kāi)始時(shí)溶液不含R，組分A和B的濃度均等于0.04kmol/m3，反應(yīng)混合物的平均熱容按4.102kJ/m3.K計(jì)算。反應(yīng)開(kāi)始時(shí)反應(yīng)混合物的溫度為50。（1） （1） 試計(jì)算A的轉(zhuǎn)化率達(dá)85%時(shí)所需的反應(yīng)時(shí)間及此時(shí)的反應(yīng)溫度。（2） （2） 如果要求全部反應(yīng)物都轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物R，是否可能？為什么？解：(1) （由數(shù)值積分得出）(2)若A全部轉(zhuǎn)化為R,即XA=1.0,則由上面的積分式知，t,這顯然是不可能的。3

6、.5在間歇反應(yīng)器中進(jìn)行液相反應(yīng)：A的初始濃度為0.1kmol/m3,C，D的初始濃度為零，B過(guò)量，反應(yīng)時(shí)間為t1時(shí)，CA=0.055kmol/m3，CC=0.038 kmol/m3，而反應(yīng)時(shí)間為t2時(shí)，CA=0.01 kmol/m3，CC=0.042kmol/m3，試求：（1） k2/k1;（2） 產(chǎn)物C的最大濃度；（3） 對(duì)應(yīng)C的最大濃度時(shí)A的轉(zhuǎn)化率。解：(1)因?yàn)锽過(guò)量，所以：恒容時(shí)： （A） (B)（B）式除以（A）式得：解此微分方程得： （C）將t1,CA,CC及t2,CA,CC數(shù)據(jù)代入（C）式化簡(jiǎn)得：解之得： (2)先求出最大轉(zhuǎn)化率:(3)產(chǎn)物C的最大收率：產(chǎn)物C的最大濃度：3.6

7、在等溫間歇反應(yīng)器中進(jìn)行液相反應(yīng)初始的反應(yīng)物料中不含A2和A3，A1的濃度為2mol/l，在反應(yīng)溫度下k1=4.0min-1,k2=3.6min-1,k3=1.5min-1。試求:（1） （1） 反應(yīng)時(shí)間為1.0min時(shí)，反應(yīng)物系的組成。（2） （2） 反應(yīng)時(shí)間無(wú)限延長(zhǎng)時(shí)，反應(yīng)物系的組成。（3） （3） 將上述反應(yīng)改為反應(yīng)時(shí)間無(wú)限延長(zhǎng)時(shí)，反應(yīng)物系的組成。解：根據(jù)題中給的兩種反應(yīng)情況，可分別列出微分方程，然后進(jìn)行求解。但仔細(xì)分析這兩種情況，其實(shí)質(zhì)是下述反應(yīng)的特例： (A)當(dāng)時(shí)，（A）式變?yōu)?(B)當(dāng)時(shí)，（A）式變?yōu)?(C)當(dāng)時(shí)，（A）式變?yōu)?(D)其中式（D）即為書(shū)講的一級(jí)不可逆連串反應(yīng)?？梢?jiàn)只要

8、得到（A）式的解，則可容易化簡(jiǎn)得到（B）,(C)及(D)式的解。對(duì)于(A)式，可列出如下微分方程組： (1) (2) (3)由題意知初始條件為： (4)聯(lián)立求解此微分方程組可得： (5) (6) (7)式中，由如下式確定： (8) (9)現(xiàn)在可用上述結(jié)果對(duì)本題進(jìn)行計(jì)算：（1）由（5）（9）式得（2）當(dāng)t時(shí)，由（5）（9）式得（3）此時(shí)為的情況，當(dāng)t時(shí)，由得：3.7擬設(shè)計(jì)一反應(yīng)裝置等溫進(jìn)行下列液相反應(yīng)：目的產(chǎn)物為R，B的價(jià)格遠(yuǎn)較A貴且不易回收，試問(wèn)：（1） （1） 如何選擇原料配比？（2） （2） 若采用多段全混流反應(yīng)器串聯(lián)，何種加料方式最好？（3） （3） 若用半間歇反應(yīng)器，加料方式又如何？解

9、：（1）由上式知，欲使S增加，需使CA低，CB高，但由于B的價(jià)格高且不易回收，故應(yīng)按主反應(yīng)的計(jì)量比投料為好。（2）保證CA低，CB高，故可用下圖所示的多釜串聯(lián)方式：（3）用半間歇反應(yīng)器，若欲使CA低，CB高，可以將B一次先加入反應(yīng)器，然后滴加A.3.8在一個(gè)體積為300l的反應(yīng)器中86等溫下將濃度為3.2kmol/m3的過(guò)氧化氫異丙苯溶液分解：生產(chǎn)苯酚和丙酮。該反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)溫度下反應(yīng)速率常數(shù)等于0.08s-1,最終轉(zhuǎn)化率達(dá)98.9%，試計(jì)算苯酚的產(chǎn)量。（1） （1） 如果這個(gè)反應(yīng)器是間歇操作反應(yīng)器，并設(shè)輔助操作時(shí)間為15min;（2） （2） 如果是全混流反應(yīng)器；（3） （3） 試比較

10、上二問(wèn)的計(jì)算結(jié)果；（4） （4） 若過(guò)氧化氫異丙苯濃度增加一倍，其他條件不變，結(jié)果怎樣？解：（1）苯酚濃度苯酚產(chǎn)量（2）全混流反應(yīng)器苯酚產(chǎn)量（3）說(shuō)明全混釜的產(chǎn)量小于間歇釜的產(chǎn)量，這是由于全混釜中反應(yīng)物濃度低，反應(yīng)速度慢的原因。（4）由于該反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)，由上述計(jì)算可知，無(wú)論是間歇反應(yīng)器或全混流反應(yīng)器，其原料處理量不變，但由于CAB增加一倍，故C苯酚也增加一倍，故上述兩個(gè)反應(yīng)器中苯酚的產(chǎn)量均增加一倍。3.9在間歇反應(yīng)器中等溫進(jìn)行下列液相反應(yīng)：rD及rR分別為產(chǎn)物D及R的生成速率。反應(yīng)用的原料為A及B的混合液，其中A的濃度等于2kmol/m3。（1） 計(jì)算A的轉(zhuǎn)化率達(dá)95%時(shí)所需的反應(yīng)時(shí)間；（2

11、） A的轉(zhuǎn)化率為95%時(shí)，R的收率是多少？（3） 若反應(yīng)溫度不變，要求D的收率達(dá)70%，能否辦到？（4） 改用全混反應(yīng)器操作，反應(yīng)溫度與原料組成均不改變，保持空時(shí)與（1）的反應(yīng)時(shí)間相同，A的轉(zhuǎn)化率是否可達(dá)到95%？（5） 在全混反應(yīng)器中操作時(shí)，A的轉(zhuǎn)化率如仍要求達(dá)到95%，其它條件不變，R的收率是多少？（6） 若采用半間歇操作，B先放入反應(yīng)器內(nèi)，開(kāi)始反應(yīng)時(shí)A按（1）計(jì)算的時(shí)間均速加入反應(yīng)器內(nèi)。假如B的量為1m3，A為0.4m3，試計(jì)算A加完時(shí)，組分A所能達(dá)到的轉(zhuǎn)化率及R的收率。解：（1）第二章2.9題已求出t=0.396h=24.23min(2) (3)若轉(zhuǎn)化率仍為0.95，且溫度為常數(shù)，則D

12、的瞬時(shí)選擇性為：D的收率：這說(shuō)明能使D的收率達(dá)到70%（4）對(duì)全混流反應(yīng)器，若使=t=0.3958h,則有解之得：CA=0.4433所以：這說(shuō)明在這種情況下轉(zhuǎn)化率達(dá)不到95%。（5） （5） 對(duì)全混流反應(yīng)器，若X=0.95,則R的收率為：（6）依題意知半間歇式反應(yīng)器屬于連續(xù)加料而間歇出料的情況。為了求分組A的轉(zhuǎn)化率及R的收率，需要求出A及R 的濃度隨時(shí)間的變化關(guān)系，現(xiàn)列出如下的微分方程組：對(duì)A: （1）對(duì)R: （2） （3）在反應(yīng)時(shí)間（t=0.4038h,為方便起見(jiàn)取t 0.4h）內(nèi)將0.4 m3的A均速加入反應(yīng)器內(nèi)，故采用間歇釜操作時(shí)，原料為A與B的混合物，A的濃度為2kmol/ m3.現(xiàn)采

13、用半間歇釜操作，且，故可算出原料A的濃度為：由于：代入（1），（2）式則得如下一階非線性微分方程組： （4） （5）初始條件：t=0,CA=0,CR=0可用龍格-庫(kù)塔法進(jìn)行數(shù)值求解。取步長(zhǎng)t=0.02h，直至求至t=0.4h即可。用t=0.4h時(shí)的CA和CR可以進(jìn)行A的轉(zhuǎn)化率和R的收率計(jì)算：式中VA為所加入的A的體積，且VA=0.4m3;CA0為所加入的A的濃度，且CA0=7kmol/m3；V為反應(yīng)結(jié)束時(shí)物系的體積，V=1.4m3。同理可以計(jì)算出R的收率：3.10在兩個(gè)全混流反應(yīng)器串聯(lián)的系統(tǒng)中等溫進(jìn)行液相反應(yīng)：加料中組分A的濃度為0.2kmol/m3,流量為4m3/h,要求A的最終轉(zhuǎn)化率為90

14、%，試問(wèn)：（1） （1） 總反應(yīng)體積的最小值是多少？（2） （2） 此時(shí)目的產(chǎn)物B的收率是多少？（3） （3） 如優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)改為B的收率最大，最終轉(zhuǎn)化率為多少？此時(shí)總反應(yīng)體積最小值是多少？解：（1）對(duì)上式求dVr/dXA1=0可得：將XA2=0.9代入上式，則解之得XA1=0.741所以總反應(yīng)體積的最小值為(2)即解得CB1=0.005992 kmol/m3同理解得CB2=0.00126 kmol/m3B的收率：(3)目標(biāo)函數(shù)改為B的收率，這時(shí)的計(jì)算步驟如下：對(duì)于第i個(gè)釜，組分A,B的衡算方程分別為：對(duì)A: 對(duì)B: 當(dāng)i=1時(shí)， （1） （2）當(dāng)i=2時(shí)， （3） （4）由（1）式解出CA1

15、代入（2）式可解出CB1; 由（1）式解出CA1代入（3）式可解出CA2;將CB1及CA2代入（4）式可解出CB2,其為1,2的函數(shù)，即 （5）式中CA0為常數(shù)。由題意，欲使CB2最大，則需對(duì)上述二元函數(shù)求極值:聯(lián)立上述兩個(gè)方程可以求出1及2。題中已給出Q0,故由可求出CB2最大時(shí)反應(yīng)器系統(tǒng)的總體積。將1,2代入（5）式即可求出B的最高濃度，從而可進(jìn)一步求出YBmaX.將1,2代入CA2，則由XA2=(CA0-CA2)/CA0可求出最終轉(zhuǎn)化率。3.11在反應(yīng)體積為490cm3的CSTR中進(jìn)行氨與甲醛生成烏洛托品的反應(yīng)：式中（A）-NH3,(B)HCHO,反應(yīng)速率方程為：式中。氨水和甲醛水溶液的

16、濃度分別為1.06mol/l和6.23mol/l,各自以1.50cm3/s的流量進(jìn)入反應(yīng)器，反應(yīng)溫度可取為36，假設(shè)該系統(tǒng)密度恒定，試求氨的轉(zhuǎn)化率XA及反應(yīng)器出口物料中氨和甲醛的濃度CA及CB。解：即得：整理得：解得：XAf=0.821反應(yīng)器出口A,B得濃度分別為：3.12在一多釜串聯(lián)系統(tǒng)，2.2kg/h的乙醇 和1.8kg.h的醋酸進(jìn)行可逆反應(yīng)。各個(gè)反應(yīng)器的體積均為0.01m3，反應(yīng)溫度為100，酯化反應(yīng)的速率常數(shù)為4.7610-4l/mol.min,逆反應(yīng)（酯的水解）的速率常數(shù)為1.6310-4 l/mol.min。反應(yīng)混合物的密度為864kg/m3,欲使醋酸的轉(zhuǎn)化率達(dá)60%，求此串聯(lián)系統(tǒng)

17、釜的數(shù)目。解：等體積的多釜串聯(lián)系統(tǒng)A,B,C,D分別代表乙酸，乙酸乙酯和水。由計(jì)量關(guān)系得：從已知條件計(jì)算出：將上述數(shù)據(jù)代入（A）式，化簡(jiǎn)后得到：若i=1,則（B）式變?yōu)椋航庵茫喝鬷=2,則（B）式變?yōu)椋航庵茫喝鬷=3,則（B）式變?yōu)椋航庵茫杭矗喝?lián)能滿足要求。3.13以硫酸為催化劑，由醋酸和丁醇反應(yīng)可制得醋酸丁酯。倉(cāng)庫(kù)里閑置著兩臺(tái)反應(yīng)釜，一臺(tái)的反應(yīng)體積為3m3,另一臺(tái)則為1m3?，F(xiàn)擬將它們用來(lái)生產(chǎn)醋酸丁酯，初步?jīng)Q定采用等溫連續(xù)操作，原料中醋酸的0.濃度為0.15kmol/m3，丁酯則大量過(guò)剩，該反應(yīng)對(duì)醋酸為2級(jí)，在反應(yīng)溫度下反應(yīng)速率常數(shù)等于1.2m3/h.kmol，要求醋酸的最終轉(zhuǎn)化

18、率不小于50%，這兩臺(tái)反應(yīng)釜可視為全混反應(yīng)器，你認(rèn)為采用怎樣的串聯(lián)方式醋酸丁酯的產(chǎn)量最大？為什么？試計(jì)算你所選用的方案得到的醋酸丁酯產(chǎn)量。如果進(jìn)行的反應(yīng)是一級(jí)反應(yīng)，這兩臺(tái)反應(yīng)器的串聯(lián)方式又應(yīng)如何？解：因?yàn)榉磻?yīng)級(jí)數(shù)大于1，所以聯(lián)立方式應(yīng)當(dāng)是小釜在前，大釜在后才能使醋酸丁酯產(chǎn)量最大?，F(xiàn)進(jìn)行計(jì)算：二式聯(lián)立化簡(jiǎn)后得到：（將XA2=0.5代入）解之得：XA1=0.223醋酸丁酯產(chǎn)量=如果進(jìn)行的是一級(jí)反應(yīng)，可進(jìn)行如下計(jì)算：（1） （1） 小反應(yīng)器在前，大反應(yīng)器在后:聯(lián)立二式，且將XA2=0.5代入，化簡(jiǎn)后得到:解得：XA1=0.1771所以有：醋酸丁酯產(chǎn)量=(2)大反應(yīng)器在前，小反應(yīng)器在后:解得XA1=0

19、.3924所以有：產(chǎn)量同前。說(shuō)明對(duì)此一級(jí)反應(yīng)，連接方式?jīng)]有影響。3.14等溫下進(jìn)行1.5級(jí)液相不可逆反應(yīng)：。反應(yīng)速率常數(shù)等于5m1.5/kmol1.5.h，A的濃度為2kmol/m3的溶液進(jìn)入反應(yīng)裝置的流量為1.5m3/h，試分別計(jì)算下列情況下A的轉(zhuǎn)化率達(dá)95%時(shí)所需的反應(yīng)體積：（1）全混流反應(yīng)器;(2)兩個(gè)等體積的全混流反應(yīng)器串聯(lián)；（3）保證總反應(yīng)體積最小的前提下，兩個(gè)全混流反應(yīng)器串聯(lián)。解：（1）全混流反應(yīng)器（2） （2） 兩個(gè)等體積全混流反應(yīng)器串聯(lián)由于，所以由上二式得：將XA2=0.95代入上式，化簡(jiǎn)后得到XA1=0.8245，所以：串聯(lián)系統(tǒng)總體積為：（3） （3） 此時(shí)的情況同（1），即

20、3.15原料以0.5m3/min的流量連續(xù)通入反應(yīng)體積為20m3的全混流反應(yīng)器，進(jìn)行液相反應(yīng)：CA,CR為組分A及R的濃度。rA為組分A的轉(zhuǎn)化速率，rD為D的生成速率。原料中A的濃度等于0.1kmol/m3，反應(yīng)溫度下，k1=0.1min-1，k2=1.25m3/kmol.min,試計(jì)算反應(yīng)器出口處A的轉(zhuǎn)化率及R的收率。解：所以：即為：3.16在全混流反應(yīng)器中等溫進(jìn)行下列液相反應(yīng)：進(jìn)料速率為360l/h,其中含25%A,5%C（均按質(zhì)量百分率計(jì)算），料液密度等于0.69g/c m3。若出料中A的轉(zhuǎn)化率為92%，試計(jì)算：（1） （1） 所需的反應(yīng)體積；（2） （2） B及D的收率。已知操作溫度下

21、，k1=6.8510-5l/mol.s;k2=1.29610-9s-1; k3=1.17310-5l/mol.s ;B的分子量為140；D的分子量為140。解：因MB=MD=140,所以MA=MC=70 （1） （2） （3）由（2），（3）式分別得： （4） （5）將（4），（5）式及上述數(shù)據(jù)代入（1）式，可整理為的代數(shù)方程式，解之得=3.831105s=106.4h（1） （1） 反應(yīng)體積（2） （2） 將代入（4）式得，所以B的收率為：對(duì)A作物料衡算：所以有：所以D的收率為：317 在CSTR中進(jìn)行下述反應(yīng)： （1） （2） （3）如果k1/k2=8, k2/k3=30,CB6=10.0

22、mol/l,氯對(duì)苯的加料比=1.4，k1=1 l/mol,( 為空時(shí))，試計(jì)算反應(yīng)器出口B,M,D,T,C的濃度。各個(gè)反應(yīng)對(duì)各反應(yīng)物均為一級(jí)。解：分別列出組分B,M,D,T,C的物料衡算式： (1) (2) (3) (4) (5)由（5）式得： (6)聯(lián)立（1）,(2),(3),(4),（6）式（五個(gè)方程，五個(gè)未知數(shù)）：由（2）式得： (7)由（3）式得： (8)將（1）,(7),（8）式代入（6）得：整理得：解得：CC=0.908 kmol/m3代入（1）式得：代入（7）式得：代入（8）式得：代入（4）式得：驗(yàn)證：即：318 根據(jù)例題3.12中規(guī)定的條件和給定數(shù)據(jù)，使用圖解法分析此反應(yīng)條件下

23、是否存在多定態(tài)點(diǎn)？如果為了提高順丁烯二酸酐的轉(zhuǎn)化率，使原料以0.001 m3/s的流速連續(xù)進(jìn)入反應(yīng)器，其它條件不變，試討論定態(tài)問(wèn)題，在什么情況下出現(xiàn)三個(gè)定態(tài)點(diǎn)？是否可能實(shí)現(xiàn)？解：由例3.11,3.12知：移熱速率方程： （1）放熱速率方程： （2）絕熱操作方程： （3）由（3）式得： （4）（4） （4） 代入（2）式得： （5）由（1）式及（5）式作圖得：T326330340350360362.5365367.5370qg44.163.87149.7314.8586.7670.8756.8851.8942.1由上圖可知，此反應(yīng)條件下存在著兩個(gè)定態(tài)點(diǎn)。如果為了提高順丁烯二酸酐的轉(zhuǎn)化率，使Q0=

24、0.001m3/s,而保持其它條件不變，則這時(shí)的移熱速率線如qr所示。由圖可知，qr與qg線無(wú)交點(diǎn)，即沒(méi)有定態(tài)點(diǎn)。這說(shuō)明采用上述條件是行不通的。從例3.11可知，該反應(yīng)溫度不得超過(guò)373K，因此從圖上知，不可能出現(xiàn)三個(gè)定態(tài)點(diǎn)的情況。319 根據(jù)習(xí)題3.3所規(guī)定的反應(yīng)及給定數(shù)據(jù)，現(xiàn)擬把間歇操作改為連續(xù)操作。試問(wèn)：（1） （1） 在操作條件均不變時(shí)，丙酸的產(chǎn)量是增加還是減少？為什么？（2）若丙酸鈉的轉(zhuǎn)換率和丙酸產(chǎn)量不變，所需空時(shí)為多少？能否直接應(yīng)用3.3中的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)估算所需空時(shí)?（3）若把單釜操作改變?nèi)?lián)，每釜平均停留時(shí)間為（2）中單釜操作時(shí)平均停留時(shí)間的三分之一，試預(yù)測(cè)所能達(dá)到的轉(zhuǎn)化率。解

25、：（1）在操作條件均不變時(shí)，用習(xí)題3.3中已算出的Vr=4512l,Q0=57.84l/min,則可求出空時(shí)為=4512/57.84=78min。此即間歇操作時(shí)的(t+t0)。當(dāng)改為連續(xù)操作時(shí)，轉(zhuǎn)化率下降了，所以反應(yīng)器出口丙酸的濃度也低于間歇反應(yīng)器的結(jié)果。因Q0維持不變，故最后必然導(dǎo)致丙酸的產(chǎn)量下降。這是由于在連續(xù)釜中反應(yīng)速率變低的緣故。（2）若維持XA=0.72，則可由3.3題中的數(shù)據(jù)得出XA=0.72時(shí)所對(duì)應(yīng)的反應(yīng)速率，進(jìn)而求出這時(shí)對(duì)應(yīng)的空時(shí)=246.2min。因題意要求丙酸產(chǎn)量不變，故Q0不能變，必須將反應(yīng)器體積增大至14240 l才行。（3）這時(shí)1=/3=82.1min。利用3.3題中

26、的數(shù)據(jù)，可求出RAXA之關(guān)系，列表如下：XA00.10.20.40.60.8-RA0.17190.13910.10960.060160.023630故可用作圖法求此串聯(lián)三釜最終轉(zhuǎn)化率。第三釜出口丙酸鈉的轉(zhuǎn)化率為：XA3=0.787。320 根據(jù)習(xí)題3.8所規(guī)定的反應(yīng)和數(shù)據(jù)，在單個(gè)全混流反應(yīng)器中轉(zhuǎn)化率為98.9%，如果再有一個(gè)相同大小的反應(yīng)釜進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)，要求達(dá)到同樣的轉(zhuǎn)化率時(shí)，生產(chǎn)能力各增加多少？解：（1）二個(gè)300 l全混串聯(lián)釜，XA2=0.989， （1） （2）解得：XA1=0.8951代入（1）式求出此系統(tǒng)的體積流量：3.8題中已算出。因?yàn)樽罱K轉(zhuǎn)化率相同，故生產(chǎn)能力增加168.7/1

27、6.02=10.53倍。（2）二個(gè)300l釜并聯(lián)，在最終轉(zhuǎn)化率相同時(shí)，Q0增加一倍，生產(chǎn)能力也增加一倍。321 在反應(yīng)體積為0.75 m3的全混流反應(yīng)器中進(jìn)行醋酐水解反應(yīng)，進(jìn)料體積流量為0.05 m3/min,醋酐濃度為0.22kmol/ m3,溫度為25,出料溫度為36，該反應(yīng)為一級(jí)不可逆放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱效應(yīng)等于-209kJ/mol,反應(yīng)速率常數(shù)與溫度的關(guān)系如下：k=1.810-7 exp(-5526/T),min-1反應(yīng)物料的密度為常數(shù)，等于1050kg/ m3,熱容可按2.94kJ/kg.計(jì)算。該反應(yīng)器沒(méi)有安裝換熱器，僅通過(guò)反應(yīng)器壁向大氣散熱。試計(jì)算：(1) (1) 反應(yīng)器出口物料中醋酐的濃度；(2) (2) 單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)器向大氣散出的熱量。解：（1） （1） 求轉(zhuǎn)化率：解得:XAf=0.8221反應(yīng)器出口物料中醋酐濃度：（2）單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)器向大氣散出的熱量： 322 在