化學反應工程作業(yè)解答

1、解解6.氣相基元反應A+2B-2P在30C和常壓下的反應速率常數C=2.65XlOWkinol-s-現以氣相分壓來表示速率方程，即（-/a）=Wb2求Rp（假定氣體為理想氣體）解T=273+3O=3O3Kkc=2.65x104m6kmor2s_1c=-RT-1=kc心=k厶ACABRTRT）k_kc_2.65x104m6kinor2s-1卩（RT）（8.314kJkxnorK-1x3Q3KJ=1.655x10kmolm3s4kPa*310考慮反應At3P,其動力學方程為-“冷普=吟試推導在恒容下以總壓表示的動力學方程。解APp總/=0A0/?A0Paot=ta3（ao-a）Pa3（“ao-a）

2、3ao-2PaPa=M（*ao一愿.）“A_（3a-p/2RTdA：2RP總?2；加氣嚴1Vd/Vdp總d/=(3ao一卩總)14在間歇攪拌槽式反應器中，用醋酸與丁醇生產醋酸丁酯，反應式為：CH.COOH+C4H9OHhCH3COOC4Hp+H.O(a)(b)(r)(s)反應物配比為：A(mol):E(mol)=1:4.97,反應在100CF進行。A轉化率達50%需要時間為24.6mm,輔助生產時間為30mm,每天生產2400kg醋酸丁酯(忽略分離損失)，計算反應器體積?；旌衔锩芏葹?50kg-nr3,反應器裝填系數為0.75。A+BR+S6074116R產量2400/24=100kg-hr1

3、罟=0.862kmollu_1轉化率50%,貝ijA的投料量竺竺=l724kmolhr10.5折算成質量流ftl.724x60=103.4kg-In-1A:B=1:4.97則B投料fil.724x4.97x74=634.lkg-hr-1總投料Ml03.4+634.1=737.5kg-hr-1換算成體積流量三U=0.9834n?hf750546總生產時間24.6+30=54.6min折合=0.91hr60反應器有效體積0.9834x0.91=0.8949m反應器總體積竺空=1.2m0.75有如下化學反應CH4+C2H2+HY2HYH4(I)(A)(B)(P)(I)在反應前各組分的摩爾數分別為/i

4、o=lmol；/?A0=2mol；/?Bo=3mol；/?PO=0,求化學膨脹率(用兩種方法)。解方法一=)AOA1-1-15_1v211A丄)AO1+2+33A3方法二V-VU_K.v=lK.v=0l+0+(3-2)+2-(1+2+3)_1CAVr.v=O1+2+33在555K及0.3MPa下，在平推流管式反應器中進行氣相反應AP,已知進料中含A30%(摩爾分數)，其余為惰性物料，加料流量為6.3mols,動力學方程式為-rA=0.27cAmolms-1為了達到95%轉化率，試求：所需空速為多少？反應器容枳人??？63xl0-x&314x555.15300=0.0969m3s1=f95Jo02

5、7(1-xA)0l7hl1-0.95_1L1()SS廠宀ll10T=009sTVR=0.0969x11.10=1.075m3cA=0.0736kmolnT0.2標準空速為：XA=-00736=0.92641yCTpQSvk。-0.096927315X03=555.15x0.1013_o.131.07520.液相一級不可逆分解反應A-E+C于常溫下在一個2m，全混流反應器(CSTR,MFR.連續(xù)攪拌槽式反應器)中等溫進行。進II反應物濃度為lkmolmP,體積流量為InPhr】，出II轉化率為80%。因后續(xù)工段設備故障，出II物流中斷。操作人員為此緊急停止反應器進料。半小時后故障排除，生產恢復。

6、試計算生產恢復時反應器內物料的轉化率為多少？解v_cao-Q%-農T=1oi2首先求反應速率常數全混流反應器切斷進出f斗即為間歇反應器仏=嚴CA0=尸心反應A+EtR+S,已知VR=0.001m3,物料進料速率V0=0.5XcAo=(Bo=5mol-m3,動力學方程式為-=竝乂5，其中1OOnkinol-hiun-1。求：(1)反應在平推流反應器中進行時出丨I轉化率為多少？(2)欲用全混流反應器得到相同的出丨I轉化率，反應器體積應多人?(3)若全混流反應器體積VR=0.001m3，可達到的轉化率為多少？已知k=lmkmolhri,CBo=3kinol-m3,caitifn=0.02kinol-

7、nr3,水溶液流量為lOnPlu。解平推流人_1L%一1(_i)V0kCA0J(1-Q怨。l-GAAf=1-.VRkcA0=_,0.001x0.1x5=50.00051+_1+全混流冬=So-J=So-J=5-25石-rAkcAcB100 x0.0025,VR=VQr=0.5xIO，x4=2xi03m3嶺So-A=A0_CA_aOAV0rAkgMoG-a)2(2)1=0.00111?=0.5x103xa100 x0.005(1-xA)2xA=0.3820在全混流反應器中進行如卜等溫液相反應:2A-B+Cr(=kcfA+E-2DfD=22CACBA的初始濃度為2.5kinol-m-A和C的出II

8、濃度分別為0.45和0.75kinol-m-3o假設進口物流中不含E、C、D,反應時間為1250sec,求：出口物流中E和D的濃度；血和居。解反應共消耗A2.5-0.45=2.05kmolm-3每消耗2個A生成1個C,生成C所消耗flA2x0.75=1.5kinolnr3生成D所消耗的A為2.05-1.5=0.55kinolnr3每消耗1個A將生成2個D,因此D的11口濃度為155x2=1lkmolm每生成1個C伴生1個B,但每生成I個D又消耗0.5個B,所以，B的濃度為).75-0.5x1.1=0.2kmol-m-3q卄0.75-0rck、x0.45&=2.963x10-3mnols-1r=

9、-1250=rD2kix0.45x0.2=4.889xl0-3m3kinor1s-15可逆一級液相反應A；p,己知=05knx)lm巳cP0=0；當此反應在間歇反應器中進行，經過8mm后，A的轉化率為33.3%,而平衡轉化率是66.7%,求此反應的動力學方程式。解-Zk=-=A-匕=k“-kg-cj0=5。(17)Cp=S一等=A0(l-A)-/：2CaoA-茁=人-伙i+k2)xcLvh-(+kjx=drt=0.x=0-1ln_&+/)x_fk,S(A_耳_0667Cl。(1e)1e10.667-1x=0.333r=8111/1-、x0.333=8X2丿丿-10.6931_父丘1応=8人+人

10、=0.08664kJkr=2J/=0.05776minTU,=0.02888min_1-7X=-=0.0577&A-0.0288&d/8在兩個串聯的全混流反應器中進行一級反應，進出II條件一定時，試證明當反應器人小相同時，兩個反應器的總容積最小。證ZRASTrR=lkinol-mniur1住=2cakinolm-hiiiir1rr=(?Akinolm-hiuir1其中R是所要求的目的產物，cAo=lkinobmo試問在卞述反應器進行等溫操作時，預計最大的cr為多少?全混流反應器：（2）平推流反應器。10.A進行平行分解反應，其速率式為解低濃度操作對生成目的產物R有利，對全混流反應器，可在極低的

11、濃度卞操作Cr=(SoSf)Sp=(CAO一CA)1+2ca+cAf=1對平推流反應器，則盡量使其轉化率提高。Cr=(%-Cf忌=dcA幾1+3%=-111=0.462nx)lm331+015級不可逆連串反應h=025hrXh=005hi,進料流率為InPhr1,cAo=lkinol-nrcbo=cco=O試求：采用兩個$=山的全混流反應器串聯時，反應器出【I產物B的濃度。解1CA=CAO(VJ+第一個反應器出口：cA1=7-=0.8kniolnr3(1+0.25丿第一個反應器出口:cB=0.1905kmol-nrm(1+0.25X1+0.05)AQ第二個反應器出口：=:=0.64kniobn

12、r3(1+0.25)就第二個反應器又曲作物料衡算：V0CB2-%=伙仏-2K從中解出Cb：*%+%0.25x0.64+0.19051+0.05=丄匸&=03338kmolmVo+Ir17已知常壓氣相反應2A+E7R+S動力學方程為-“=kg-kg，試用下列三種方式表達動力學方程:組分分壓；組分摩爾分率；組分初始濃度和A的轉化率。-7=kg-g=k.-k2帶Pa=PQa-rA=kl(y；/一人(賭二=P息RTa+bI-n;fA、RT1一“Al=A0_1+_R0+11+g(1-“AfA=kiCao人I1+1k“RO+40入人1+gc“BO_O5Ca0“AB1+Egr_“so_0CaXas177?-

13、I/hGo_O5Ca0“aGo+5Ca(Xa1+g)19均相氣相反應A-3P,服從二級反應動力學。在05MPa、350C和Uo=4m$hW采用一個25mm內徑，長2m的實驗反應器，能獲得60%轉化率。設計一個工業(yè)平推流反應器,當處理量為320n?hr】,進料中含50%A,50%惰性物料時，在2.5MPa和350C下反應,為獲得80%的轉化率.求需用25mm內徑，長2m的管子多少根?這些管子應并聯還是串聯？解(1)求速率常數kaoRT&3際6紐嚴965誠2Vrx0.025x2=9.817x10-)21_a1+2心1辰AOO4x0.6+12111(l-0.6)+l-91X4.905r=SI。=2.

14、454x10-4hi-=0.8836sK4k=4.905x=57.52mkmosTrcAQ0.8836x0.0965(2)求反應器體積和管數)A0=3$A=A0A=05x2=2,xA=0.8Vo=320mhiT=0.08889111V10.5x2500 x0.088898.314x673.15001985kmolsTPagRT0.5x25008.314x623.15=0.2334kiiiol-nr3+4111(1-xA)+xA0.0198557.52x0.233424J-0.8+4111(1-0.8)+0.8-4=0.06564m30.065649.817xl04=67管子的串并聯要從流體阻力

15、和流型考慮，在保持平推流的前提卜盡量并聯。20.有一氣相分解反應，其化學反應式為AtR+S,反應速率方程為-kkc&反應溫度為500Co這時測得的反應速率常數為R=0.25m3kmol-is。反應在內徑為25mm、長為lm的管式反應器中進行，器內壓強維持在101.3kPa（絕），進料中僅含組分A,當其轉化率為20%,空間速度為45111（反應條件下的計算值）。試求反應條件卞的平均停留時間和空間時間。解=A05A=lx=11101.31心ACA01+1.=aoA0RT8.314x(273.15+500).=VonT273.15=w=0.01576kiiiolnr37c=0.00785lhr=28

16、.26sSvVQS、T45x(273.15+500)嚴_1w1+心&AOjo(弋)(1+5廠砂(1-aa)2AI791-；+ln(l-AAf)-l1i(l-0)oU-Af1-0丿10.25x0.01576U-0.2+2=70.3s非理想流動1.有一有效容積VR=lm送入液體的流量為1.8n?lu-A的反應器，現用脈沖示蹤法測得其出口液體中示蹤劑質量濃度變化關系為：t/mm01020304050607080c/kgnr3036543210求其停留時間分布規(guī)律，即F（f）,E,na；解示蹤法求停留時間分布規(guī)律Z/ninic/kg-m3EcFEQ)tct2c000000010330.1250.012

17、53030020690.37500.02501202400305140.58330.02081504500404180.750.01671606400503210.8750.01251507500602230.95830.00831207200701241.00.0042704900800241.0000L248033200ytc8oot=33.33mm工c2433200-f2=-33.332=272.2mnr242.對某一反應器用階躍法測得出門處不同時間的示蹤劑質量濃度變化關系為:Mmin0246810121416c/kgnr300.050.110.20.310.430.480.500.50

18、求其停留時間分布規(guī)律，即F(f),E,na；解：階躍法求停留時間分布規(guī)律co=O.5kgmZ/nunc/kg-nr3ZcFEQ)ZAcc。f2Acc000000020.050.050.10.050.20.440.110.160.220.060.481.9260.20.360.40.091.086.4880.310.670.620.111.7614.08100.431.10.860.122.424120.481.580.960.051.214.4140.52.081.00.020.567.84160.52.581.0000Z7.6869.12A工論-r2=69.12-7.682=10.14min2=7.68111U13.請將習題一中停留時間分布規(guī)律用對比時間&作變量，求F(&),E0,er-解tr=巧=rb;LrKr=vR_iKL5=33.33mintiiiin01020304050607080c-kg-nr3036543210Ee)=rE(t)00.41660.8330.6940.55560.41660.27660.1390尸=F（r）00.06250.250.47920.66670.81250.91670.97921.0尸(&)=尸(e(0)=te(i)f_3333-7_333