反應(yīng)工程課后答案教材

1、第二章均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)后，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化掉 80%，經(jīng)過18min后,1、有一反應(yīng)在間歇反應(yīng)器中進(jìn)行，經(jīng)過8min轉(zhuǎn)化掉90%，求表達(dá)此反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程式。kt Cao(kCA0 )8 min(kCAO ) 1 8minXa1 _ XA18 10.8_ 10.90.8假設(shè)正確,一如*dt18 10.9動(dòng)力學(xué)方程_ 1212為3、在間歇反應(yīng)器中有一級(jí)液相可逆反應(yīng)反應(yīng)8min后，A的轉(zhuǎn)化率為1/3,A = P，初始反應(yīng)時(shí)CA0=0.5mol/L , Cpo=O而平衡轉(zhuǎn)化率是2/3,求此反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程式。解:dCA 二 kQA -k2Cpdt 1 A 2 pk1k2C A0XAe二K 二空=C Ae C

2、A0(1 -XAe)-2根據(jù)一級(jí)可逆反應(yīng)積分式XAet - lnk1k2XAe - Xa2ln313k1 k2 =啞 二 0.08664min8k1 = 0.05776 min k2 =0.02888min-J-些=k1CA -k2Cp =0.05776CA -0.02888CP dtnA=kv，在反應(yīng)過程1 dnA5、恒溫恒容的氣相反應(yīng)3P，其動(dòng)力學(xué)方程為(5丁貞中系統(tǒng)總壓pt及組分A的分壓均為變量，試推導(dǎo) 血 =f(pA)的表達(dá)式。 dtPt = Pa 3(Pa0 - Pa) 即dPtdt解：（-a）Pt = -2pa - Pa02墾dt一 1 dnA v dt dCA dt=kcA =

3、k PaRT得dpt得 _dt8純氣相組分?jǐn)?shù)據(jù)，時(shí)間/min分壓PA/MPa-2kpAV1 dpA _ RT dT1 dpA _1 dpt2RTT _ 2RTdT-nA在一等溫等容間歇反應(yīng)器中按計(jì)量式Au0.10.080.06250.0510.042用積分法求此反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程式。解：由于當(dāng)t時(shí)，pA =0.02常數(shù),達(dá)到平衡時(shí),即,2.5P進(jìn)行反應(yīng),10120.0360.032因此假設(shè)為一級(jí)可逆反應(yīng)。A 2.5 pdc A ,k 1C a - k 2 c p dt 1 A 2 pPpe 二 2.5(Pao - Pa：J=2.5(0.1 - 0.02 ) 口實(shí)驗(yàn)測得如下14*0.028 0.0

4、200.2 MPadp Adtk1 Pak PAe _ k P peIv a Iv 91 RTk 1p pek2=10 k 2 Pa -=12 .5k2 P A-12 .5 k2 ( p APAe2.5(RT0.2 “100.02P Ao - Pa)2.5k2-2.5 k 2 P A01 P A0)5p A0 2.5k2 -即，& 二 10k2Indp5 PA012 .5 kdtInInP A 01=12 .5 k 2即，-=0.126cA -0.0126cPdtPdPAdt12 .5 kt0.8 p AO1p A 05=12.5 0.0126( Pa 一 0.2 Pa0 )=12 .5 k

5、2t斜率二 0.1581 即,2.5k2 =0.1581 k2 =0.0126mi n =0.126mi n推流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器中進(jìn)行時(shí),所需要的空時(shí)和空速各為多少?1kt 二 ln1 -Xa1111.k = lnln t 1-xA120.7在PFR中所需的空時(shí) Nbr二 0.1 min 二 12 min解:空速“T在CSTR中.c1 1 . 0.083 min12cA0XAcA0XAXa(-r a) fkcAk(1-XA)0.770.23.3 min0.1 (10.7)3、134”叭0.0429 min70第三章 均相反應(yīng)過程1、液相一級(jí)等溫反應(yīng)在間歇釜中達(dá)到70%轉(zhuǎn)化率需要12min，

6、若此反應(yīng)移到同溫度下平時(shí)所需反應(yīng)器的大小。 (3) 小。解：由1.3mo|LcAf 二 0.3mol L tBR3、液相反應(yīng)在一間歇反應(yīng)器中進(jìn)行，反應(yīng)速率如下表所示:CA/mol/L1.32.0(-rA )/mol/(L.mi n)50.100.060.050.0450.042(2)若反應(yīng)移至平推流反應(yīng)器中進(jìn)行，C A0 =.5mol/L，F(xiàn)Ao=1000mol/h，求xao=O.3O(1) 若CA0=1.3mol/L ,，則反應(yīng)時(shí)間為多少?當(dāng)CAo=1.2mol/l，F(xiàn)Ao=1000mol/h ，xa=

7、0.75時(shí)，求所需全混流釜式反應(yīng)器大1Ca ( -以)表作出 Ca曲線(M)用梯形法(1)o.i(0.5-11話曲。右燈航21_1_1 1_1-0.2 (0.06 0.05)- 0.3 (0.05 0.045 )2 2 127minCa0.401.01.32.0(Ta)50.10.060.050.0450.0421103.3321.67241016.672022.2223.8(Ta)cAf 二 cA0(1-xA) =1.5 (1-0.3) = 1.05 mol LVpcao dcA15 dcAFAO = % E = 用內(nèi)

8、插法：cA =1.05,20 005 (22.22 - 20) = 20 0.167 2.22 二 20.37 (譏)0.3 (2) cA =1.5,圧七影（23.8 一辺心267梯形法:Fao2(1.3 -1.05)(20.37 22.22) 1 0.2 (22.22 22.67) = 9.81 min L molFao1000 60Vp =9.81 q =9.81109lcA01 .2(3)cAf = cA0 (1 - xA) =1.2(1 - 0.75) = 0.3 mol lVCao -CAf 1.2 -0.3,=1.5FaoCao (-a) f 1.2 0.5 = 1.5 鯉=25L

9、605、丙烷裂解為乙烯的反應(yīng)可表示為C3H8T C2H4+CH4 （忽略副反應(yīng)）在772C等溫反應(yīng)時(shí)，動(dòng)力學(xué)方程為-如 =kpA，其中k=0.4h-1。若系統(tǒng)保持恒壓 p=0.1MPa, dt3V 0=0.8m/h（772 C, 0.1MPa），求當(dāng)xa=0.5時(shí)，所需平推流反應(yīng)器的體積大小。解：恒壓變?nèi)莘磻?yīng)0.1 106CA0VpV0Pa=Pa二/RT 8.314x1045xa dXA0 f)1 Xa=pA0 -1 Xa=11.5mol. m3=CA0dpAdt二 PA01(1 Xa)-(1；Xa) 穿dtdpAdt2(1Xa)dx a1 - xakpA 二 -kpA0 :1 Xa2(1 +

10、 Xa ) dt即：d = k(1 -XA)(1 Xa)二 (1 -Xa?) dt 22cA0 dxAk-cA0(1 - Xa)1 Xa dt2(-rA)VpVoxadXA2 t 1ln )kk 1 - xA二(1-Xa)a22 In 2 二 3.4660.4V p=3.466 0.8 =2.77m3150 C,活化Vm，則Vm/Vp應(yīng)有何關(guān)系？當(dāng)轉(zhuǎn) ?如反應(yīng)級(jí)數(shù)分別為 n=2, 1/2, -1時(shí),8、一級(jí)反應(yīng)AP，在一體積為 VP的平推流反應(yīng)器中進(jìn)行，已知進(jìn)料溫度為 能為84kJ mol-1，如改用全混流反應(yīng)器，其所需體積設(shè)為 化率為0.6時(shí)，如果使 Vm=Vp，反應(yīng)溫度應(yīng)如何變化 全混流反

11、應(yīng)器的體積將怎樣改變？解:(kcA*exp(-RT)cAxA dxA1xAPFRVpdxA-1CSTRF A0Vm(-Ta )Ca0 k 0XaVmFA0CA0 k(1 1 Xa )fkVpk(1-XA)l n(1-XA)二 _eXP(RT7 _rTP)(Xa)In(1 Xa)XaIFTp 二 Tm-XAkVm =Vpk(1-XA)ln(1-XA)(1-Xa)I n(1-XA)VmIF 扌=1andxA 二 0.60.6X(10.6)1 n(10.6)1 一 expfEE亠(R TPTm j84000723.15Tm 八.8.314、423.15Tm仁expx 1.6370.6109 = ex

12、p 23.876423.15-TmTm423.15 -Tm-0.4929 二 23.876Tm-0.02064Tm =423.15 -Tm1n -1FA 0kcAVm XaF A0kc1/2kcAVm Xan =2,5= 1/2,n = _1,Vm_ Xa或VmnF A0 XAfkcAfPPT課件答案1、在間歇反應(yīng)器中進(jìn)行液相反應(yīng)-2k=61.5 10 L/ (mol h)，計(jì)算當(dāng) 反應(yīng)時(shí)間，并對(duì)計(jì)算結(jié)果加以討論。Vm21Vm1/2Vm11/2 =CAVm詔Vm1A+BP , CA0=0.307mol/L，測得二級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)Cb0/Cao=1和5時(shí)，轉(zhuǎn)化率分別為 0.5,0.9,0.99所需

13、要的解；根據(jù)CSTR基本方程(一匕 當(dāng)匚砂，心加=1旳， (尸甘)=無0；0 (1 0 615 x 0.307(1 X比Jo (1 兀丿=5.30(A) (1 - 0 5)0.9x= 47.70(/?) 0.615 x 0.307(1-0.9)10.99勻10,615 x 0.307(1-0.99)當(dāng) =0H 寸,Tm =432.07K5lbJ .C )= .40 O X5 )In4 x 0.61 5 x 0,307:g=6 9時(shí)，t= In = 2.79(A)4 x 0.615 x 0.3075x(1 0.9)當(dāng)=03時(shí)，15 0.99tr = In = 5.81(A)4 x 0.615 x

14、 0.3075x(1 O_99 )分析：等當(dāng)量配料，隨轉(zhuǎn)化率提高，反應(yīng)時(shí)間迅速增長： 若采用過壘組分配料* 隨轉(zhuǎn)化率提高. 反應(yīng)時(shí)間增長放慢。2、已知：苯醌與環(huán)戊二烯在25C下進(jìn)行液相二烯合成反應(yīng)A+B t C3333（-a）= kCACB ; k=9.92 XO m /kmol s ; CAo=0.1kmol/m ; CBo=0.08kmol/m ;xa=0.95 ; t/=1h;每天處理300kg環(huán)戊二烯。求：反應(yīng)器有效容積？t =Caoxa dxA ； )(F)2二 CaodxAXA0 kCAOCBO(1 一 Xa)kCBOXA0dxA(1 一 Xa)Xa 1kCBo(1XA)9.92

15、10 0.080.951-0.9513600V。=VA VoB300/66300/6624 0.124 0.08-1.894 2.367 = 4.261m3/hV=vO(t t/) =4.261(6.65 1) =32.6m3(-rA)= kC a CB = kC AOCBO (1 - X a )3、在等溫間歇反應(yīng)器中進(jìn)行乙酸乙酯皂化反應(yīng)： CH3COOC2H5+NaOHCH3COONa+C2H5OH該反應(yīng)對(duì)乙酸乙酯及氫氧化鈉均為一級(jí)。反應(yīng)開始時(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 5.61/mol.min。要求最終轉(zhuǎn)化率達(dá)到 95%。試 問：(1)當(dāng)反應(yīng)器的反應(yīng)體積為 1m3時(shí)，需要多長的反應(yīng)時(shí)間？( 2)若反應(yīng)器的反應(yīng)體積為2m3時(shí)，所需的反應(yīng)時(shí)間又是多少？解：(1) t=CA0 / OXAfdXA/(-RA)=CAO / OXAfdXA/k 2A0C2A0 (1-XA) 2=1/(kCA0)XA/(1-XA) =1/(5.60.Q2) (X95/(1-0.95) =169.6min (2.83h)(2)因?yàn)殚g歇反應(yīng)器的反應(yīng)時(shí)間與反應(yīng)器的大小無關(guān)，所以反應(yīng)時(shí)間仍為2.83h。4、平推流反應(yīng)器中進(jìn)行二級(jí)反應(yīng)，當(dāng)進(jìn)料