反應工程課后解析

第二章均相反響動力學1、有一反響在間歇反響器中進行，經過8min后，反響物轉變掉80％，經過18min后，轉變掉90％，求表達此反響的動力學方程式。kt1xAcA01xA(kcA0)8min10.81810.8210.91(kcA0)18min10.9218假定正確，動力學方程為dcAkcA2dt3、在間歇反響器中有一級液相可逆反響AP，初始反響時C=0.5mol/L，C=0反A0P0應8min后，A的轉變率為1/3，而均衡轉變率是2/3，求此反響的動力學方程式。解：dCAk1CAk2Cpdtk1KCPeCA0xAe2即k12k2k2CAeCA0(1xAe)依據一級可逆反響積分式t1lnxAe81ln23k1k2ln20.08664min1k2k11k1xAexAk238k10.05776min1k20.02888min1dCAk1CAk2Cp0.05776CA0.02888CPdt5、恒溫恒容的氣相反響A→3P，其動力學方程為(rA)1dnAknA，在反響過程VdtV中系統(tǒng)總壓pt及組分A的分壓均為變量，試推導dptf(pA)的表達式。dtptpA3(pA0pA)即pt2pApA0dpt2dpAdtdt解：(rA)1dnAnAvdtkV(rA)dcA1dpA1dpA1dptnAdtRTdt2RTdt2RTdtkVkcAkpART得dpt2kpAdt8、純氣相組分A在一等溫等容間歇反響器中按計量式A2.5P進行反響，實驗測得以下數據，時間/min02468101214∝分壓p/MPa0.10.080.06250.0510.0420.0360.0320.0280.020A用積分法求此反響的動力學方程式。解：因為當t時，pA0.02常數，所以假定為一級可逆反響。A2.5pdcAk1cAk2cpdt達到均衡時，ppe2.5(pA0pA)2.5(0.10.02)0.2MPa即，k1pAek2ppeRTRTk1ppe0.2即，k110k2k2pAe100.02dpAk1pAk22.5(pA0dt10k2pA2.5k2pA012.5k2pA2.5k2pA012.5k2(pA1pA0）5

pA)2.5k2pA0dpA12.5kdt1pApA05pA1lnpA12.5ktpA05pA0pA01pA00.8pA0ln512.5k2t1pA0ln1pA0pApA550.0812.5k2tln0.02pA斜率0.1581即，12.5k20.1581k20.0126min1k10.126min1即,dcA0.126cA0.0126cpdtdpA12.50.0126(pA0.2pA0)dt第三章均相反響過程1、液相一級等溫反響在間歇釜中達到70%轉變率需要12min，若此反響移到同溫度下平推流反響器和全混流反響器中進行時，所需要的空時和空速各為多少？ktln1xA1k1ln111ln10.1min1txA120.7在PFR中所需的空時tBR12min解：空速v110.083min112在CSTR中ccA0xAcA0xAxAkcAk(1xA)(rA)f0.77023.3min0.1(10.7)3v130.0429min1c703、液相反響在一間歇反響器中進行，反響速率以下表所示：C/mol/L1.32.0A(-rA)/mol/(L.mi50.100.060.050.040.04n)52（1）若C=1.3mol/L，，則反響時間為多少？A0（2）若反響移至平推流反響器中進行，CA0=.5mol/L，FA0=1000mol/h，求xA0=0.30時所需反響器的大小。3）當CA0=1.2mol/l，FA0=1000mol/h，xA=0.75時，求所需全混流釜式反響器大小。解：由cA~(rA)表作出1~cA曲線(rA)cA01.3molL,cAf0.3molLtBR?用梯形法0.1（0.5110.610.510.2510.110.0611）（1）2210.051）10.2（0.0610.3（0.0510.0451）2212.7mincA0.401.01.32.0(rA)50.10.060.050.0450.0421103.3321.67241016.672022.2223.8(rA)cAfcA0(1xA)1.5(10.3)1.05molLVpcA0dcA1.5dcAFAocA(rA)1.05(rA)用內插法：cA1.05,1200.05(22.2220)200.1672.2220.37(rA)0.3（2）cA1.5,122.220.2(23.822.22)22.67(rA)0.7梯形法：Vp11.05)(20.3722.22)1(22.2222.67)9.81minLmolFA0(1.30.222VpFA09.81100060109l9.811.2cA0(3)cAfcA0(1xA)1.2(10.75)0.3mollVcA0cAf1.20.3FA0cA0(rA)f1.5100025L605、丙烷裂解為乙烯的反響可表示為C3H8→C2H4+CH4（忽視副反響）在772℃等溫反響時，動力學方程為-dpAkpA，此中k=0.4h-1。若系統(tǒng)保持恒壓p=0.1MPa,dt0=0.8m3/h(772℃，0.1MPa)，求當xA=0.5時，所需平推流反響器的體積大小。解：恒壓變容反響cA0pART0.110611.5molm38.3141045VpcA0xAdxAv00(xA)1xAdpA1(1xA)(1xA)1dxApApA01xAdtpA0((1xA)2)dtdpA2dxAkpAkpA01xAdt1xA2dt1xAdxAk(1xA)(1xA)k(12即：xA)dt22(rA)cA0dxAk(1xA)xAdtcA012VpxAdxA2ln12v0kkxAln23.4660(1xA)10.42Vp3.4660.82.77m38、一級反響A→P，在一體積為VP的平推流反響器中進行，已知進料溫度為150℃，活化能為84kJ·mol-1，如改用全混流反響器，其所需體積設為Vm，則Vm/Vp應有何關系?當轉變率為0.6時，假如使Vm=Vp，反響溫度應如何變化?如反響級數分別為n=2，1/2，-1時，全混流反響器的體積將如何改變？解：(rA)kcAk0exp(E)cARTPFRVPxAdxA1xAdxA1FA00(rA)cA0k01xAln(1xA)cA0kCSTRVmxAFA0cA0k(1xA)VmxAkVpk(1xA)ln(1xA)EExAexp()(1xA)ln(1xA)RTmRTpIFTpTmVmxAkVPk(1xA)ln(1xA)xA(1xA)ln(1xA)IFVm1andxA0.6VP1expETPTm10.6RTPTm0.6ln(10.6)1exp84000423.15Tm1.6378.314423.15Tm423.15Tm423.15Tm0.492923.8760.02064Tm423.15TmTm432.07Kn2,VmxAVm21FA0kcA2Vm1cAn1/2,VmxAVm1/2cA1/2FA0kcA1/2Vm1n1,VmxA1Vm1cA2FA0kcAVm1Vmn1或VmnFA0xAfVm1n1ncAkcAfPPT課件答案1、在間歇反響器中進行液相反響A+B→P，CA0=0.307mol/L，測得二級反響速率常數k=61.5×10-2L/（mol·h）,計算當CB0/CAO=1和5時，轉變率分別為0.5,0.9,0.99所需要的反響時間，并對計算結果加以議論。2、已知：苯醌與環(huán)戊二烯在25℃下進行液相二烯合成反響A+B→C(-rA-33AO3BO3)=kCACB；k=9.92×10[m/kmol·s]；C=0.1[kmol/m]；C=0.08[kmol/m]；xA=0.95；t/=1[h]；每日辦理300kg環(huán)戊二烯。求：反響器有效容積？tCAOxAdxA；(-rA)=kCACB=kCAOCBO(1xA)20(rA)tCAOxAdxA1xAdxA0kCAOCBO(1xA)2kCBO0(1xA)xA10.951kCBO(1xA)9.921030.0810.956.65[h]3600vovOAvOB300/66300/661.8942.3674.261[m3/h]240.1240.08V=vO(tt/)4.261(6.651)32.6[m3]3、在等溫間歇反響器中進行乙酸乙酯皂化反響：CH3COOC2H5+NaOH→CH3COONa+C2H5OH該反響對乙酸乙酯及氫氧化鈉均為一級。反響開始時乙酸乙酯及氫氧化鈉的濃度均為

0.02mol/l

，反響速率常數等于

5.6l/mol.min

。要求最后轉變率達到95%。

試問：

（1）當反響器的反響體積為

1m3時，需要多長的反響時間？

（2）若反響器的反響體積為2m3時，所需的反響時間又是多少？解：（1）t=CA0∫0XAfdXA/(-RA)=CA0∫0XAfdXA/[k222A0CA0(1-XA)]=1/(kCA0)×XA/(1-XA)=1/(5.6×0.02)×0.95/(1-0.95)=169.6min（2.83h）（2）因為間歇反響器的反響時間與反響器的大小沒關，所以反響時間仍為2.8