第三章-理想流動均相反應器設計題解(共9頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上第三章 理想流動均相反應器設計題解 1、間歇反應器與全混釜恒容一級有一等溫操作的間歇反應器進行某一級液相反應，13分鐘后,反應物轉化了70%.今擬將此反應轉至全混流反應器,按達到相同的轉化率應保持多大的空速?解:=kt, =0.7 ， CA=0.3CA0間歇釜中0.3=13k， k=0.0926 min-1 在全混釜中=25.2 min-1空速S=0.0397min-12、平推流恒容一級有一個活塞流管式反應器于555K,0.3MPa壓力下進行AP氣相反應,已知進料中含30%A(mol)，其余70%為惰性物料.加料流量為6.3mol/s.該反應的動力學方程為rA=0.2

2、7CA mol/m3·s,要求達到95%轉化.試求所需的空時? 反應器容積?解: P =11.1 SVR =P·v0=P而CA0=0.0198mol/L=19.8mol/m3VR=11.1s×=3.53m33、平推流變?nèi)葸^程一級有一純丙烷裂解反應方程式為C3H8C2H4+CH4.該反應在772等溫條件下進行,其動力學方程式為-dPA/dt=kPA,忽略存在的副反應,并已知k=0.4h-1 反應過程保持恒壓0.1MPa. 772和0.1MPa下的體積進料量為800L/h,求轉化率為0.5時所需的平推流反應器的體積.解: A=0.5kP=(1A)(1-A)- AAf0

3、.4P=(1+0.5)(1-0.5)-0.5×0.5P=1.974hVR=Pv0=1.974×800=1579L=1.579 m34、間歇釜變?nèi)菀患壱患墯庀喾磻狝2R+S ,在等溫等壓間歇實驗反應器中進行,原料中含75%A(mol),25%(mol)惰性氣體,經(jīng)8分鐘后,其體積增加一倍.求此時達到了多大的轉化率? 速率常數(shù)多大?解: 膨脹因子 A=2膨脹率 A=yA0A=0.75×2=1.5對應轉化率XA的反應體積 V=V0(1AA)所以，A=66.7%K=0.0735 min-15、全混流恒容二級反應在全混流反應器中進行液相均相二級反應:A+BC,在298K下的

4、動力學方程式為rA=0.6CACB mol/(L.min),該反應的進料速率為0 =0.018m3/min.A,B 的初始濃度相同,均為0.1mol/L,要求出口的轉化率為90%,求需多大的全混釜?解: =mm =150 minVR=v0m=0.018 m3/min×150min=2.7 m36、多釜串聯(lián)液相二級某一液相反應A+BR+S,其速率常數(shù)k=9.92m3/(Kmol·KS),初始濃度為0.08Kmol/m3 ，在兩個等體積的全混釜中進行反應,最終出口轉化率0.875.進料體積流量為0.278m3/KS .求全混釜的總體積?解： 1= 2= 1=2 兩釜相同所以，

5、=, 而xA2 =0.875整理有 (1-0.875)2 xA1=(0.875- xA1)(1- xA1)2試差解得 xA1=0.7251所以，VR1=4.16 m3總反應器體積 VR=2VR1=2×4.16=8.33 m37.【自催化反應優(yōu)化】自催化反應 A+RR+R，速度方程為-r=kCACR，體系總濃度為C0= CA+CR 。若給你一個管式反應器和一個釜式反應器，為滿足同一生產(chǎn)要求怎樣聯(lián)結設備費較少？（5分） 解：A+R R+R -rA =kCACR C0 =CA + CR. 串聯(lián)連接，管式反應器加釜式反應器 速度較快，同樣轉化時所用的體積較小。 只有當CAm = CRm =

6、0.5(CA0 + CR0) = 0.5C0 時速度最快。 或 當總空時= 1+1 最小時反應器體積最小。 對 = + 對CA1求導時最小時VR最少。 此時的xA為全混釜出口最佳轉化率。8. An aqueous feed of A and B (400l/min,100mmolA/l 100mmolB/l) is to be converted to product in a play flow reactor ,the kinetics of the reaction is represented is A + B R -rA = 200CACB mol/l*minFind the vol

7、ume of reactor needed for 99.9% conversion of A to product Answer : k= 1/CA 1/CA0 kCA0 = xAf /1- xAf = 0.999/1-0.999 = 999. K = 200l/mol *min = VR/V0 = 1/k CA0 = 1/200*0.1 = VR/400 VR = 20L9. A gaseous feed of pure A (2mol/l 100mol/min) decomposes to give a variety of product in a plug flow reactor

8、The kinetics of the conversion is represented by A 2.5B -rA = 10(min-1) Find the expected conversion in a 22-liter reactor Answer: CA0 = 2 mol/l FA0 = 100 mol/min -rA = 10(min-1) CA= VR/V0 = = VR CA0 / FA0 = 22*2/100 = 0.44minx A = 1 e-10*0.44 = 1 e-4.4 10、 A liquid reactant stream (mol/l) passes th

9、rough two mixed flow reactors in series The concentration of A in the exit of the first reactor is 0.5mol/l find the concentration in the exit stream of the second reactor .The reaction is second order with respect to A and V2/V1 = 2Answer : -rA = KcA2 =22*2 =44CA22 + CA2 0.5 = 0CA2 = (-1 ±)CA2

10、 = (3-1) = 1/4 = 0.25 mol/l1. 在等溫操作的間歇反應器中進行一級液相反應，13分鐘反應物轉化了80%，若把此反應移到活塞流反應器和全混流反應器中進行，達到同樣轉化所需的空時和空速？（20分）解： k=min-1 活塞流：= t = 13min 空速 ：s = 1/= 1/13 = 0.077min-1 全混流：= = 32.3min2. 自催化反應 A+RR+R，速度方程為-r=kCACR，體系總濃度為C0= CA+CR 。若給你一個管式反應器和一個釜式反應器，為滿足同一生產(chǎn)要求怎樣聯(lián)結設備費較少？（5分） 解：A+R R+R -rA =kCACR C0 =CA +

11、 CR. 串聯(lián)連接，管式反應器加釜式反應器 速度較快，同樣轉化時所用的體積較小。 只有當CAm = CRm = 0.5(CA0 + CR0) = 0.5C0 時速度最快。 或 當總空時= 1+1 最小時反應器體積最小。 對 = + 對CA1求導時最小時VR最少。 此時的xA為全混釜出口最佳轉化率。3. An aqueous feed of A and B (400l/min,100mmolA/l 100mmolB/l) is to be converted to product in a play flow reactor ,the kinetics of the reaction is re

12、presented is A + B R -rA = 200CACB mol/l*minFind the volume of reactor needed for 99.9% conversion of A to product Answer : k= 1/CA 1/CA0 kCA0 = xAf /1- xAf = 0.999/1-0.999 = 999. K = 200l/mol *min = VR/V0 = 1/k CA0 = 1/200*0.1 = VR/400 VR = 20L4. A gaseous feed of pure A (2mol/l 100mol/min) decompo

13、ses to give a variety of product in a plug flow reactor The kinetics of the conversion is represented by A 2.5B -rA = 10(min-1) Find the expected conversion in a 22-liter reactor Answer: CA0 = 2 mol/l FA0 = 100 mol/min -rA = 10(min-1) CA= VR/V0 = = VR CA0 / FA0 = 22*2/100 = 0.44minx A = 1 e-10*0.44

14、= 1 e-4.4 5. A liquid reactant stream (mol/l) passes through two mixed flow reactors in series The concentration of A in the exit of the first reactor is 0.5mol/l find the concentration in the exit stream of the second reactor .The reaction is second order with respect to A and V2/V1 = 2Answer : -rA

15、 = KcA2 =22*2 =44CA22 + CA2 0.5 = 0CA2 = (-1 ±)CA2 = (3-1) = 1/4 = 0.25 mol/l第三章均相反應器習題1、在等溫操作的間歇反應器中進行一級液相反應，13分鐘反應物轉化了80%，若把此反應移到活塞流反應器和全混流反應器中進行，達到同樣轉化所需的空時和空速？2、在平推流反應器進行液相均相反應:A+BR(目的) rR =1.6 CA,Kmol/m3·h CA0=2 Kmol/m32AD rD=8.2 CA2,Kmol/m3·h求A的轉化率95%時所用的時間? 此時R的收率? 若處理量為200L/mi

16、n時 VR =?3在反應體積為1m3的間歇操作釜式反應器中，環(huán)氧丙烷的甲醇溶液與水反應生成丙二醇 H2COCHCH3+H2OH2COHCHOHCH3該反應對環(huán)氧丙烷為一級，反應溫度下的速率常數(shù)為0.98h-1，原料液中環(huán)氧丙烷的濃度為2.1kmol/m3，環(huán)氧丙烷的最終轉化率為90%。若輔助時間為0.65h，一天24小時連續(xù)生產(chǎn)，試求丙二醇的日產(chǎn)量是多少?4、一個含有A和B液體(CA0=0.10mol/L、CB0=0.04mol/L)，以體積流量2L/min流入容積V=10L的全混流反應器，物料在最佳的條件下進行反應A2B+C。已知由反應器流出的物料中含有A、B和C(CAf=0.04mol/L

17、)。試求：在反應器內(nèi)條件下，A、B和C的反應速率？ 5、一個液相反應：k1 A+BR+S k2 其中：， 反應是在一個容積為120L的穩(wěn)態(tài)全混流反應器中進行的，兩條加料線，一個保持2.8mol/LA的濃度，另一個保持1.6mol/LB的加料濃度，兩條線分別是等體積速率進入反應器，要求指定組分轉化率為75%。求每條線的加料流量？假設反應器內(nèi)密度為常數(shù)。6、某液相二級反應:A+BR+S，其速率常數(shù),在全混流反應器中進行,CA0=CB0=2mol/L,要使出口A的轉化率達0.875。求： (1) 在單個全混釜中進行，進料體積為0.278m3/KS，求全混釜體積 ； (2) 當進料體積流量不變，用兩個

18、相等體積的釜，求全混釜總體積 .7、在等溫全混流釜式反應器中進行下列液相反應： A+BP(目的) ， 2A R ， 試計算反應2hr時A的轉化率和產(chǎn)物P的收率？8、圖解設計一個四釜等體積串聯(lián)釜式反應器，A初始濃度為2mol/L,要求轉化率為80%，rA=3CAmol/Lmin,求每釜的空時和總反應空時。9、在一等溫操作下的間歇釜中進行某一級液相反應，13分鐘后反應物轉化了70%，今若把此反應移到活塞流反應器和全混流反應器中進行，達到相同的轉化率所需的空時和空速可為多少？10、在某一全混流反應器中進行均相液相反應：AR，轉化率=0.50, 其它數(shù)值不變。 (1) 若把反應器的體積增大到原來的6倍

19、，轉化率為多少？(2) 若反應在一個與其容積相同的活塞流反應器中進行轉化率為多少？11、在555K及0.3MPa的平推流管式反應器中進行AP的氣相反應。已知進料中含30%A(mol%)，其余為惰性物料，A的加料流量為6.3mol/S，動力學方程為：，為了達到95%的轉化率。試求反應器的容積大??？12、有一級氣相反應：2AR+2S,在平推流管式反應器中進行，當空速為1min-1時，純A進料的轉化率為90%。求在A的轉化率為95%時該反應器的單位體積進料量。13、均相反應：A3R，服從二級反應動力學，在0.5MPa、623K 和純A進料下，采用一內(nèi)徑為2.5cm，長2m的實驗反應器能獲得60%轉化

20、率。為設計工業(yè)規(guī)模的反應器，當處理量為時，進料中含50%A和50%惰性物，在同樣的0.5MPa和623K下反應，要達到80%轉化率，試問：需2.5cm內(nèi)徑2m長的管子多少根？14、在恒容間歇反應器中，氣相反應物A在373K時分解，得到的數(shù)據(jù)列于下表。反應的化學計量關系是2AR+S，在373K，0.1MPa下處理含有20%惰性氣體的進料100molA/h，要求A的轉化率為95%。問需要多大的平推流反應器？t(s)020406080100140200260330420PA×10(MPa)10.80.680.560.450.370.250.140.080.040.0215、一個2m3的活塞流管式反應器，進行AR的一級可逆反應，其反應速率方程為：，進料中含有CA0=0.1mol/L的A水溶液。試求： (1)平衡轉化率； (2)在反應器中的實際轉化率。16、在一個活塞流反應器中進行下列反應： k1 k2ARS反應均為一級，反應溫度下，k1=0.3min，k2=0.10min，進料A的濃度為CA0，進料流量為150L/min。試計算目的產(chǎn)物R的最高收率和最大選擇性以及達到最大收率時所需的反應體積。17、二級液相反應，反應