反應(yīng)工程課后答案

1、第二章均相反應(yīng)動力學(xué)1、有一反應(yīng)在間歇反應(yīng)器中進行，經(jīng)過8min后，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化掉 80 %，經(jīng)過18min后，轉(zhuǎn)化掉90 %，求表達此反應(yīng)的動力學(xué)方程式。dCA"dT3、在間歇反應(yīng)器中有一級液相可逆反應(yīng)A P ,初始反應(yīng)時 CAo=0.5mol/L, Cpo=0解:反應(yīng)8min后，A的轉(zhuǎn)化率為1/3，而平衡轉(zhuǎn)化率是2/3，求此反應(yīng)的動力學(xué)方程式。dCAdtkiC ak?Cpkt 1Xacao 1Xa10.81(kCA0)8min8 10.8210.91(kCA0)18min11810.92假設(shè)正確，動力學(xué)方程為kC PeKk2CAeCCAoXAe2 即 )k1 2k2AO (1XAe

2、根據(jù)一級可逆反應(yīng)積分式.1.XAetIn 81k1 k2ln2 O.O8664mink1k2XAeXak1k2138k1 0.05776 min1 k20.02888min1dCAdtkiC ak?Cp0.05776Ca 0.02888Cp5、恒溫恒容的氣相反應(yīng)A t3P，其動力學(xué)方程為(rA)1 dgV dtnAk，在反應(yīng)過程中系統(tǒng)總壓pt及組分A的分壓均為變量，試推導(dǎo)dptdtf( Pa)的表達式。Pt即dptdt解：（a）pA 3( pA0Pt2Pa2dpAdt1 dnA v dt dCAPa)Paodtk匕RTknAV1 dpART1 dpA2RTT1 dpt2RT dtknA得dpt

3、得 _ dt8、純氣相組分數(shù)據(jù)，時間/min分壓pA/MPa用積分法求此反應(yīng)的動力學(xué)方程式。2kpA0.1等溫等容間歇反應(yīng)器中按計量式A0.080.06250.0510.042解：由于當(dāng)t達到平衡時,即,2.5P進行反應(yīng)，實驗測得如下101214OG0.0360.0320.0280.020時，Pa 0.02常數(shù)，因此假設(shè)為一級可逆反應(yīng)。A 2.5de a dt PkgPe2.5( p a o.PAek1 -RTP pePAek1k2k?CpPa )2.5(0.10.02 )0.2 MPaRT0.2 “100.02即，k110k2dp adtk1 p a2.5( Pao Pa)2.5k2 p A

4、0 2.5k22.5 k 2 p A0112 .5k2 (Pa Pao)510 k2 Pa12 .5k2 Padp12 .5 kdt5 PA0In Pa12 .5 ktP In 1p A 051InA 0AA12 .5 k 2即,dCAdtdPAdt0.8 p AO1P A 050.126cA 0.0126cp12.5 0.0126( Pa 0.2Pa0)12 .5 k 2tt斜率 0.1581即,2.5k20.1581k20.0126min 1k10.126min 1第三章均相反應(yīng)過程1、液相一級等溫反應(yīng)在間歇釜中達到70%轉(zhuǎn)化率需要12min ,若此反應(yīng)移到同溫度下平推流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)

5、器中進行時,所需要的空時和空速各為多少?1 kt In1 Xa1111k - lnln t 1 xA120.7在PFR中所需的空時 tBR0.1 mi n 1Xa12 min解：空速丄 0.083min12在CSTR中CaoXa(5)fCaoXaXakCAk(1 Xa)0.77023.3min0.1 (10.7)3310.0429 min 170CA/mol/L1.32.0(-r A)/mol/(L.mi50.100.060.050.040.04n)52c3、液相反應(yīng)在一間歇反應(yīng)器中進行，反應(yīng)速率如下表所

6、示:（1）若CA0=1.3mol/L,，則反應(yīng)時間為多少？（2）若反應(yīng)移至平推流反應(yīng)器中進行，C A0 =.5mol/L ， FAo=1000mol/h，求xao=O.3O時所需反應(yīng)器的大小。（3）當(dāng) CA0=1.2mol/l，F(xiàn)A0=1000mol/h，Xa=0.75 時，求所需全混流釜式反應(yīng)器大小。1解：由Ca （：）表作出 Ca曲線（U）Cao 1.3mol L , CAf 0.3mol L tBR1 10.1 (0.51 -2(1) 1-0.2(0.0612用梯形法0.61 0.51 0.251 0.11 0.061 10.051) - 0.3 (0.051 0.0451)2127mi

7、nFAoCao dcACa (a)15dCA1.05 (a)Ca0.401.01.32.0(a)50.10.060.050.0450.0421103.3321.67241016.672022.2223.8(a)1.5 (1 0.3)1.05mol LCA0 (1 XA)CAf用內(nèi)插法:cA 1.05,(2 )Ca 1.5,1(A)1(r A)20阿(22.220.3竺22 影(23.820)20 0.167 2.22 20.3722.22)22.67梯形法:F A0(1.3 1.05)(20.37 22.22)102(2

8、2.22 22.67)9.81min L. mol1000 60電 9.81CA01 2(3)CAfCao (1Xa) 1.2(1Vp9.81109l0.75)0.3mol lVF A0V 1.5CAfCA0 ( rA) f 1 .20.5100025L60CA05、丙烷裂解為乙烯的反應(yīng)可表示為CaHstC2H4+CH4 （忽略副反應(yīng)）在772 C等溫反應(yīng)時，動力學(xué)方程為dPAdtkpA，其中k=0.4h -1。若系統(tǒng)保持恒壓p=0.1MPa, v=0.8m 3/h(772 C, O.IMPa)，求當(dāng)xa=0.5時，所需平推流反應(yīng)器的體積大小。解：恒壓變?nèi)莘磻?yīng)Cao6P-RT

9、 8.3.4 11o45 11.5mOLm3VpVox- dxAC o0( X)Pa1 x-dp-pA0 -1 xadtpA0 (1(1 Xa)(1 Xa) 1、dXAdPAdt2dx-1 X- 2 dtkPA(1 Xa)21 xa kPA0-1 x-)dt即:些dtk(1 Xa)(12CA0 dXA1 xa dtXa)k2(1Xa2)VpVox-dx-0 k(1 x-)2k2CA0(12ln-k 1Xa)Xa2 In 23.4660.43V p 3.466 0.82.77m8、一級反應(yīng) At P,在一體積為 VP的平推流反應(yīng)器中進行，已知進料溫度為150 C,活化能為84 kJ mol -1

10、，如改用全混流反應(yīng)器，其所需體積設(shè)為 Vm，則Vm/Vp 應(yīng)有何關(guān) 系？當(dāng)轉(zhuǎn)化率為0.6時，如果使 Vm=Vp，反應(yīng)溫度應(yīng)如何變化 ?如反應(yīng)級數(shù)分別為 n=2 , 1/2 , - 1時，全混流反應(yīng)器的體積將怎樣改變？E)cRT丿解:xkk(1x)l n(1 x)exp(ERTmxRH x)ln(1 x-)PFRVpXa dx1Xa dxF00 ( r)c0k 0 1xCSTRVmxF0c°k(1X)(r)kck°exp(1R(1 X-)IFTp TmV XAkVPk(1 XA)ln(1 Xa)Xa(1 XA)ln(1 Xa)1an dxA 0.6expR 罟0.61 0.6

11、 ln(1 0.6)1 exp 84000 4?38.314 423.15TmL 1.637423 15 T0.6109 exp 23.876mTm42315 T0.4929 23.876-Tm0.02064Tm 423.15 TmTm 432.07K2,VmXa1/2,Fa 0Vm1,F A0VmVm2Vm1Vm1/2Vm1VmCa1/2Ca或VmkcAfVmnVm1PPT課件答案1、在間歇反應(yīng)器中進行液相反應(yīng)A+B f P, CAo=0.307mol/L，測得二級反應(yīng)速率常數(shù)k=61.5 X 102L/ ( mol h),計算當(dāng) Cbo/C ao=1 和 5 時，轉(zhuǎn)化率分別為 0.5,0.

12、9,0.99 所需要的反應(yīng)時間，并對計算結(jié)果加以討論。尸 j cbc .解：根據(jù)CSTR基本方程 ，=(一匕)10.615 x 0.3070.5當(dāng)Cg 心加=1時， 一= kc(_-x/y當(dāng)I = 6 5卩寸*當(dāng)丄川=0.9HJ #當(dāng)兀川=0.99FH=5.30</7)(1 - 0,5)10.9:x 47 *70(/?)0.615 x 0.307(1 一 0.9)10.99x= 524 ,70(/0 0.615 x 0.307(1 -0.99)=廳IT寸,(rJ =辰：c(l x a)(5 乂 寸)tIf*dx片J 1D (1 -)<5_ 乂11h (J _ )Jo (5一 h,)

13、J5 p X" tIn丿4 斤£ MO5(1 -工川)當(dāng)Io.sttd-»15O：5J In=0.78( / )Ln 4x0.615 x 0.3075x(1 O.5>當(dāng)乂川=69FkJ ,15 0.9芝3 In = 2*79 ( A )4 x 0.615 乂 0.3075x(1- 0.9)當(dāng)乂 t = 0.99時，15 - 0.99,=In = 5.81 (A )_4 x 0.615 x 0.3075 x <1 - 0.99)分桁：等當(dāng)旱配料，隨轉(zhuǎn)化率提高，反應(yīng)時間迅速增長： 若采用過呈纟目分配料* 隨轉(zhuǎn)化率提嵩. 反應(yīng)時間増長放慢“2、已知：苯醌與環(huán)

14、戊二烯在25 C下進行液相二烯合成反應(yīng)333(-r a)=kCACB ;k=9.92 x 10 m /kmol s ;CAo=0.1kmol/m;CBo=0.08kmol/m3; xa=0.95 ; t/=1h;每天處理 300kg 環(huán)戊二烯。求：反應(yīng)器有效容積？CaoXa dxA0而(_r A)= kC a C B = kC AOC BO (1Xa)2XadxAtCAO c2kCAO C BO (1Xa)1Xa dXAkCBO 0(1 Xa)1kCBO(1 xa)9.92 10 3 0.08Xa0.956.65 h1 0.95 3600voVOAVOB咤 200/661.894 2.367

15、4.261帀小24 0.124 0.08V= vO (t t/) 4.261(6.65 1)32.6m33、在等溫間歇反應(yīng)器中進行乙酸乙酯皂化反應(yīng)：CH3COOC2H5+NaOHCH3COONa+C2H5OH該反應(yīng)對乙酸乙酯及氫氧化鈉均為一級。反應(yīng)開始時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 5.61/mol.min 。要求最終轉(zhuǎn)化率達到95%。試問：(1 )當(dāng)反應(yīng)器的反應(yīng)體積為1m3時，需要多長的反應(yīng)時間？( 2)若反應(yīng)器的反應(yīng)體積為 2m3時，所需的反應(yīng)時間又是多少？解：(1 ) t=C A0 / 0XA fdX a/(-RA)=CA0 / 0XAfdXA/k2A0C 2A0 (1-XA) 2=1/(kCA0) x XA/(1 -XA) =1/(5.6 x 0.02) x 0.95/(10.95)=169.6min( 2.83h )(2 )因為間歇反應(yīng)器的反應(yīng)時間與反應(yīng)器的大小無關(guān)，所以反應(yīng)時間仍為2.83