化學反應工程作業(yè)

1、49. 現(xiàn)有一有效容積為0.75m3的攪拌釜反應器，其內(nèi)設置有換熱面積為5.0m2的冷卻盤管。欲利用改反應器來進行AR的一級不可逆的液相反應，其速率常數(shù)，反應熱，原料液中A的濃度，但不含反應產(chǎn)物R。此原料液的密度=1050g/l；定壓比熱（J/g·）。要求原料液的進料流率為，反應器出口的反應液中。總傳熱系數(shù)U=209.2（KJ/m2·h·）。所用的冷卻介質(zhì)的溫度為25。試求滿足上述反應要求所需的反應溫度以及料液的起始溫度T0。解： 50. 乙酸酐發(fā)生水解，反應溫度25，k=0.1556 min-1，采用三個等體積的串聯(lián)全混流釜進行反應，每個釜體積為1800 cm3

2、，求使乙酸酐的總轉(zhuǎn)化率為60%時，進料速度。解： 51. 串聯(lián)全混流反應器進行一級不可逆反應，假定各釜容積、溫度相同，試計算N為1，2，3的反應有效容積，如不考慮非生產(chǎn)性操作時間的條件下分批式反應器的有效容積。解： 52.應用兩個按最優(yōu)容積比串聯(lián)的全混流釜進行不可逆的一級液相反應，假定各釜的容積和操作溫度都相同，已知此時的速率常數(shù)k=0.92h-1，原料液的進料速度=10m3/h，要求最終轉(zhuǎn)化率0.9，試求V1、V2和總?cè)莘eV。解：對于一級不可逆反應應有 代入 得 整理得 ， 總?cè)莘e 53. 用兩串聯(lián)全混流反應器進行一個二級不可逆等溫反應，已知在操作溫度下要求出口xA=0.9，計算該操作最優(yōu)容

3、積比和總?cè)莘eV。解： 代入 總?cè)莘e 54. 應用管徑為D=12.6cm的管式反應器來進行一級不可逆的氣體A的熱分解反應，其計量方程為A=R+S；速率方程為；而k=7.8×109exp-19220/T(s-1),原料為純氣體A,反應壓力P=5atm下恒壓反應,T=5000C。0.9,=1.55kmol/h,求所需反應器的管長L,停留時間t，空時（理想氣體）。解：反應氣體的進料體積流速為： 反應流體在管內(nèi)的體積流速為： 此處：（純氣體）；， 而 55.液相原料中反應物A進入平推流反應器中進行的反應，已知。求：1）當出口濃度時的進料流。 2)當進料流量時出口濃度。 解： 56. 自催化反應

4、A + R 2R，其速率方程為：，在70下等溫地進行此反應，在此溫度下k=1.512 m3/kmol·h；其它數(shù)據(jù)如下：0.99 kmol/m3；0.01 kmol/m3；10 m3/h；要求反應的轉(zhuǎn)化率0.99。試求：1）在全混流反應器中反應所需的容積；2）在平推流反應器中反應所需的容積。解： 令 1）全混流反應器所需的容積 2）平推流反應器所需的容積 57. (A) (P) (S)反應速度；，在恒溫恒容下求(a)平推流(b)全混流,求，其中,。解:(a) ()=(=0.477mol/ =0.155mol/l =3.08 (b)= = () = =0.5mol/l =0.333mo

5、l/l =0.167mol/l=2.0 58. (A) (P) (S)反應速度；，在恒溫恒容下求等容積的兩釜串聯(lián)全混流反應器內(nèi)進行這一反應時,求目的產(chǎn)物P的選擇性，其中,。解：等容積釜串聯(lián)應有 對第二個全混流反應器作物料衡算 = 對于P: + =0.444mol/l + =1-(0.444+0.391)=0.165mol/l =2.37 59.醋酸甲酯的水解反應如下：CH3COOCH3 + H2O CH3COOH +CH3OH，產(chǎn)物CH3COOH在反應中起催化劑的作用，已知反應速度與醋酸甲酯和醋酸的濃度積成正比。（1） 在間歇反應器中進行上述反應。醋酸甲酯和醋酸的初始濃度分別為500和50mo

6、l/m3。實驗測得當反應時間為5400s時，醋酸甲酯的轉(zhuǎn)化率為70%，求反應速率數(shù)和最大反應速度。（2） 如果反應改在連續(xù)攪拌釜中進行，=0.8時停留時間應為多少。（3） 如果采用管式流動反應器，=0.8時停留時間。解： A + B C + D （1）= 對求導 （2） （3）對于PFR 60.在一定的反應溫度下A發(fā)生下述平行反應： 其中R是主產(chǎn)物，S是副產(chǎn)物。反應原料為純的反應物A，其初始濃度為10kmol/m3。在反應器出口A的轉(zhuǎn)化率為80%。反應在連續(xù)攪拌釜中進行時，A轉(zhuǎn)化為R的選擇性、R的收率以及反應物的停留時間。解：1）使用連續(xù)攪拌釜 當時，有 V恒定，停留時間與空時相等 61. 已

7、知 的反應速率式分別為：；，且在反應的操作溫度下=1.0，1.5；5mol/l，要求反應流體的進料速率為5 m3/h，出口轉(zhuǎn)化率0.9。試求用單一的全混流反應器在等溫下進行此反應時所能獲得的產(chǎn)物P的濃度以及所需的反應容積V。解： 62.環(huán)氧乙烷在450的氣相分解反應如下：C2H4O（g） CH4（g） + CO（g）已知在此反應溫度下反應的速率常數(shù)為0.0212min-1，反應在恒溫恒容反應器中完成，初始時原料為純的環(huán)氧乙烷，初始壓力為2.026×105Pa，試求在反應時間為50min時反應器的總壓力。解：由k=0.0212min-1可知該反應為一級反應 t時反應物分壓為PA C2H

8、4O（g） CH4（g） + CO（g） PA0 0 0 PA PA0-PA PA0-PA總壓 即 當t=50min時 63.醋酸在高溫下可分解為乙烯酮和水，而副反應生成甲烷和二氧化碳： 已知在916時，試計算：1） 99%的醋酸反應掉的時間；2） 在此反應條件下醋酸轉(zhuǎn)化成乙烯酮的選擇性。解：設在時間t時乙烯酮和甲烷的濃度分別為x和y，初始為，則 相加得 將其積分 1） 當轉(zhuǎn)化率為99%時 2） 64.在1000K于恒溫恒壓反應器中進行下述分解反應：反應速率常數(shù)0.082 l/mol·min，初始時含純的RCH2OH，其初始壓力為2.026×105Pa，求1） 將20%的R

9、CH2OH分解所需時間；2） RCH2OH的濃度降低20%所需的時間。解： A B C t=0 nA0 0 0 t=t nA0-x x x 由k可知該反應為二級反應 理想氣體 將其積分 當，帶入得t=138min 對于，應有 當，帶入得t=66.1min 分65. 等溫間歇反應器反應時間與反應物濃度的關系在間歇反應器中進行等溫二級反應當為1時，求反應至所需時間。解: t=9900s 66. 對于aA + bB cC反應，以濃度則其二者關系如何？ 解： 理想氣體 67.平行反應 ，其中，已知，求在平推流反應器中的？解： 對上式進行積分得 當時，產(chǎn)物P的濃度最大 68. 一級連串反應，進料流率為，反應在恒溫恒容的條件下進行，求在全混流釜式反應器中目的產(chǎn)物P的最大濃度？ 解：全混釜 對物料P作物料衡算 則有 當時，產(chǎn)物P有極大值 69.液相反應AR在一全混釜中進行，反應速率常數(shù)求：1） 平均停留時間為1S時該反應器的；2） 若A的，求反應器的體積。解：1） 2） 帶入得 70.液相反應A + BP + S在一全混釜中進行，速率常數(shù)，求：1）時，反應器的容積