第三章理想流動(dòng)均相反應(yīng)器設(shè)計(jì)題解

1、第三章理想流動(dòng)均相反應(yīng)器設(shè)計(jì)題解1、間歇反應(yīng)器與全混釜恒容一級(jí)有一等溫操作的間歇反應(yīng)器進(jìn)行某一級(jí)液相反應(yīng)，13分鐘后，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化了70%.今擬將此反應(yīng)轉(zhuǎn)至全混流反應(yīng)器，按達(dá)到相同的轉(zhuǎn)化率應(yīng)保持多大的空速解：In解：InCAA0=kt,CA0CA=CA0=，CA=間歇釜中.In=13k,k=min在全混釜中在全混釜中T在全混釜中T=VR=在全混釜中T=VR=CA0XA=V0kCA0.7=min-1空速5=丄=島2、平推流恒容一級(jí)有一個(gè)活塞流管式反應(yīng)器于555K,壓力下進(jìn)行AtP氣相反應(yīng)，已知進(jìn)料中含30%A(mol),3其余70%為惰性物料.加料流量為s.該反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程為rA=mol/m,要

2、求達(dá)到95%轉(zhuǎn)化.試求所需的空時(shí)反應(yīng)器容積VVrVrVR1inTP=而-下nCAO.=1VrVR1inTP=而-下nCAO.=1InFAQ=丄In込二丄nU=CAkPAkYak1Xa0.27In110.95=TPV0=TPCA0而CA0=瞬=0.0820.555=L=mS=X6.3mol/s3=3.53m319.8mol/m33、平推流變?nèi)葸^(guò)程一級(jí)S=X有一純丙烷裂解反應(yīng)方程式為QffGH+CH.該反應(yīng)在772C等溫條件下進(jìn)行，其動(dòng)力學(xué)方程式為-dPMdt=kPa,忽略存在的副反應(yīng)，并已知k=反應(yīng)過(guò)程保持恒壓.772C和下的體積進(jìn)料量為800L/h,求轉(zhuǎn)化率為時(shí)所需的平推流反應(yīng)器的體積.-21

3、-21Tktp=一(1+ea)In(1-Xa)-eaXAfTP=(1+lnX04=*=tpvo=X800=1579L=1.579m4、間歇釜變?nèi)菀患?jí)04=一級(jí)氣相反應(yīng)22R+S,在等溫等壓間歇實(shí)驗(yàn)反應(yīng)器中進(jìn)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(shí)達(dá)到了多大的轉(zhuǎn)化率速率常數(shù)多大解：膨脹因子Sa=3t1=2膨脹率SA=yA0SA=X2=對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)化率*的反應(yīng)體積V=V0(1+sAXa)V1所以，XA=-0=Y5=%A1.5K=1ln僉=8lnF0167=min-15、全混流恒容二級(jí)反應(yīng)在全混流反應(yīng)器中進(jìn)行液相均相二級(jí)反應(yīng):A+BTC,在298K下的動(dòng)

4、力學(xué)方程式為rA=mol/,該反應(yīng)的進(jìn)料速率為vo=O.O18m3/,B的初始濃度相同，均為L(zhǎng),要求出口的轉(zhuǎn)化率為90%,求需多大的全混釜-r_CAOXAf_CAOXAf_CAOXAf_CAOXAf_=Z=22=TmV0rAkCACBkCA2kCAO2(1XAf)20.60.0(9O.9)2=150min33/-r=votm=0.018m/minX150min=m6、多釜串聯(lián)液相二級(jí)某一液相反應(yīng)A+4R+S,其速率常數(shù)k=(KmolKS),初始濃度為m，在兩個(gè)等體積的全混釜中進(jìn)行反應(yīng)，最終出口轉(zhuǎn)化率.進(jìn)料體積流量為0.278m3/KS.求全混釜的總體積解:解:解:-R1=CAOCA1=CAOX

5、A1%=1=kCA02(1Xai)2解:-R2_CA1CA2_CAO(xA2xA1)T2=kCA02(1XA2)2T1kCA02(1XA2)2T1=T2兩釜相同所以,整理有試差解得所以,整理有試差解得xA2(1xA1)2(1XA1XA2)而XA2=22X所以,整理有試差解得xA2(1xA1)2(1XA1XA2)而XA2=22XA1=XA1)(1-XAl)A1=所以,Vr=v0CA0XA1kCA02(1Xai)29.920.08(10.7521)2【自催化反應(yīng)優(yōu)化】自催化反應(yīng)A+RR+R速度方程為-r=kCAG，體系總濃度為C0=G+G。若給你一個(gè)管式反應(yīng)器和一個(gè)釜式反應(yīng)器，為滿足同一生產(chǎn)要求怎

6、樣聯(lián)結(jié)設(shè)備費(fèi)較少（5分）解：A+RR+R-rA=kCAGC0=CA+G串聯(lián)連接，管式反應(yīng)器加釜式反應(yīng)器速度較快，同樣轉(zhuǎn)化時(shí)所用的體積較小。只有當(dāng)CAm=CRm=(CA0+CR0)=0.5C0時(shí)速度最快。只有當(dāng)XA1XA0rACa0dCAA12XA1XA0rACa0dCAA12Ca1Ca1dCACa1CA2ACa0CA11A-當(dāng)總空時(shí)TT1+T1最小時(shí)反應(yīng)器體積最小對(duì)T=Ca0rCA1+dCCAA對(duì)Cai求導(dǎo)時(shí)T最小時(shí)Vr最少。ACA2A此時(shí)的xA為全混釜出口最佳轉(zhuǎn)化率。AnaqueousfeedofAandB(4001/min,100mmolA/l100mmolB/l)istobeconver

7、tedtoproductinaplayflowreactor,thekineticsofthereactionisrepresentedisA+BR-rA=200CACbmol/l*minFindthevolumeofreactorneededfor%conversionofAtoproductAnswer:kt=1/CA1/CA0ktCA0=xAf/1-xAf=999.K=200l/mol*minT=Vr/Vq=1/kCA0=1/200*=Vr/400Vr=20LAgaseousfeedofpureA(2mol/l100mol/min)decomposestogiveavarietyofpr

8、oductinaplugflowreactorThekineticsoftheconversionisrepresentedby1A-rA=10(min)Findtheexpectedconversionina22-literreactor1Answer:Caq=2mol/lFaq=100mol/min-rA=10(min)CAt=Vr/Vq=|V=VrCaq/Faq=22*2/100=CA0-10*xA=1-e=110、Aliquidreactantstream(mol/l)passesthroughtwomixedflowreactorsinseriesTheconcentrationof

9、Aintheexitofthefirstreactorislfindtheconcentrationintheexitstreamofthesecondreactor.ThereactionissecondorderwithrespecttoAandV2/V1Answer:-ra=KcAV1xA1V0rA1V2xA2xA1FA0rA2.V；2(晉)2*2XA1CA0kCalkV；V?10.50.52=2CA1CA2CA22=424Ca2+CA2-=01CA2=丙(-1.14*4*0.5)11313分鐘反應(yīng)物轉(zhuǎn)13分鐘反應(yīng)物轉(zhuǎn)Ca2=8(3-1)=1/4=mol/l在等溫操作的間歇反應(yīng)器中進(jìn)行一

10、級(jí)液相反應(yīng)，13分鐘反應(yīng)物轉(zhuǎn)化了80%若把此反應(yīng)移到活塞流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器中進(jìn)行,達(dá)到同樣轉(zhuǎn)化所需的空時(shí)和空速（20分）解：In占ktk-1池A10.80.124min活塞流：T=11：Aft-13min空速:s-1/t-1/13-全混流：1xAf10.8Tk1xAf自催化反應(yīng)A+RR+R速度方程為-r二kCAG，體系總濃度為C0=C+G。若給你一個(gè)管式反應(yīng)器和一個(gè)釜式反應(yīng)器，為滿足同一生產(chǎn)要求怎樣聯(lián)結(jié)設(shè)備費(fèi)較少（5分）解：A+RfR+R-ra=kGGCo=G+CR.串聯(lián)連接，管式反應(yīng)器加釜式反應(yīng)器速度較快，同樣轉(zhuǎn)化時(shí)所用的體積較小。只有當(dāng)Gm=CRm=（CA0+CR0）=時(shí)速度最快。XA

11、1XA0Fa0ICa0CA1Ca1CA21rA2rACaodCACA1dCA1A當(dāng)總空時(shí)T=T1+T1最小時(shí)反應(yīng)器體積最小。c對(duì)T=Ca0rCA1+詈對(duì)CAi求導(dǎo)時(shí)T最小時(shí)W最少ACa2A此時(shí)的XA為全混釜出口最佳轉(zhuǎn)化率。AnaqueousfeedofAandB(4001/min,100mmolA/l100mmolB/l)istobeconvertedtoproductinaplayflowreactor,thekineticsofthereactionisrepresentedisA+BfR-ra=200CaCbmol/l*minFindthevolumeofreactorneededfor

12、%conversionofAtoproductAnswer:kT=1/CA-1/CA0ktCAo=xAf/1-xAf=999.K=2001/mol*minT=Vr/V0=1/kCA0=1/200*=Vr/400VR=20LAgaseousfeedofpureA(2mol/l100mol/min)decomposestogiveavarietyofproductinaplugflowreactorThekineticsoftheconversionisrepresentedby1Af-ra=10(min)Findtheexpectedconversionina22-literreactor1CA

13、0Answer:CA0=2mol/lFA0=100mol/min-ra=10(min)Cat=Vr/V0=善二VrCa0/FA0=22*2/100=-10*CA0e=1Aliquidreactantstream(mol/l)passesthroughtwomixedflowreactorsinseriesTheconcentrationofAintheexitofthefirstreactorislfindtheconcentrationintheexitstreamofthesecondreactor.Thereactionissecond-orderwithrespecttoAandV2/

14、V1=2Answer:-ra=Kca0Answer:-ra=Kca0V1xA1xA1FA0rA2kV1kV1CA1CA210.5Q-52=2xA1CA0kC2a1.kV2v72*2=CAkV1CA1CA210.5Q-52=2xA1CA0kC2a1.kV2v72*2=CA220.5CA2CA22=41CA2=24(-1士14*4*0.5)1CA2=8(3-1)=1/4=mol/l第三章均相反應(yīng)器習(xí)題1、在等溫操作的間歇反應(yīng)器中進(jìn)行一級(jí)液相反應(yīng)，13分鐘反應(yīng)物轉(zhuǎn)化了80%若把此反應(yīng)移到活塞流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器中進(jìn)行，達(dá)到同樣轉(zhuǎn)化所需的空時(shí)和空速TOCo1-5hz2、在平推流反應(yīng)器進(jìn)行液相均相反應(yīng)

15、：33A+4R(目的)rr=CA,Kmol/mhCA0=2Kmol/m2322Drd=CA,Kmol/mh求A的轉(zhuǎn)化率95%寸所用的時(shí)間此時(shí)R的收率若處理量為200L/min時(shí)Vr=3在反應(yīng)體積為1m3的間歇操作釜式反應(yīng)器中，環(huán)氧丙烷的甲醇溶液與水反應(yīng)生成丙二醇H2COCHC+HO*H2COHCHOHCH該反應(yīng)對(duì)環(huán)氧丙烷為一級(jí)，反應(yīng)溫度下的速率常數(shù)為，原料液中環(huán)氧丙烷的濃度為n環(huán)氧丙烷的最終轉(zhuǎn)化率為90%若輔助時(shí)間為，一天24小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)，試求丙二醇的日產(chǎn)量是多少4、一個(gè)含有A和B液體(Cao=L、CBo=L)，以體積流量2L/min流入容積V=10L的全混流反應(yīng)器,物料在最佳的條件下進(jìn)行反應(yīng)

16、A2B+C已知由反應(yīng)器流出的物料中含有AB和C(Of=L)。試求：在反應(yīng)器內(nèi)條件下，AB和C的反應(yīng)速率5、一個(gè)液相反應(yīng)：kiA+BR+Sk2其中：k17L/molmin，k23L/molmin反應(yīng)是在一個(gè)容積為120L的穩(wěn)態(tài)全混流反應(yīng)器中進(jìn)行的，兩條加料線，一個(gè)保持LA的濃度，另一個(gè)保持LB的加料濃度，兩條線分別是等體積速率進(jìn)入反應(yīng)器，要求指定組分轉(zhuǎn)化率為75%求每條線的加料流量假設(shè)反應(yīng)器內(nèi)密度為常數(shù)。6、某液相二級(jí)反應(yīng)31:A+B*R+S,其速率常數(shù)k9.92m,在全混流反應(yīng)器中進(jìn)kmolKS行,CAo=CBo=2mol/L,要使出口A的轉(zhuǎn)化率達(dá)。求：(1)在單個(gè)全混釜中進(jìn)行，進(jìn)料體積為0.

17、278m3/KS，求全混釜體積(2)當(dāng)進(jìn)料體積流量不變，用兩個(gè)相等體積的釜，求全混釜總體積7、在等溫全混流釜式反應(yīng)器中進(jìn)行下列液相反應(yīng)：A+BP(目的)rp2CA，kmol/m3h2ARrR0.5CA，kmol/m3hCa0Cb02kmol/m3試計(jì)算反應(yīng)2hr時(shí)A的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物P的收率88、圖解設(shè)計(jì)一個(gè)四釜等體積串聯(lián)釜式反應(yīng)器,8、圖解設(shè)計(jì)一個(gè)四釜等體積串聯(lián)釜式反應(yīng)器,8、圖解設(shè)計(jì)一個(gè)四釜等體積串聯(lián)釜式反應(yīng)器,a0，A初始濃度為2mol/L,要求轉(zhuǎn)化率為80%rA=3CAmol/Lmin,求每釜的空時(shí)和總反應(yīng)空時(shí)。9、在一等溫操作下的間歇釜中進(jìn)行某一級(jí)液相反應(yīng)，13分鐘后反應(yīng)物轉(zhuǎn)化了70%今

18、若把此反應(yīng)移到活塞流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器中進(jìn)行，達(dá)到相同的轉(zhuǎn)化率所需的空時(shí)和空速2AR,2AR,rAkCA，轉(zhuǎn)化率XA=,其它數(shù)值不變。(1)若把反應(yīng)器的體積增大到原來(lái)的6倍，轉(zhuǎn)化率為多少(2)若反應(yīng)在一個(gè)與其容積相同的活塞流反應(yīng)器中進(jìn)行轉(zhuǎn)化率為多少11、在555K及的平推流管式反應(yīng)器中進(jìn)行AP的氣相反應(yīng)。已知進(jìn)料中含30%A(mol%),3其余為惰性物料，A的加料流量為S,動(dòng)力學(xué)方程為：ra027Camol/S，為了達(dá)到95%的轉(zhuǎn)化率。試求反應(yīng)器的容積大小12、有一級(jí)氣相反應(yīng)：2AR+2S,在平推流管式反應(yīng)器中進(jìn)行，當(dāng)空速為1min-1時(shí)，純A進(jìn)料的轉(zhuǎn)化率為90%求在A的轉(zhuǎn)化率為95%時(shí)該反

19、應(yīng)器的單位體積進(jìn)料量。313、均相反應(yīng)：A3R,服從二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，在、623K和y04q川純A進(jìn)料下，采用一內(nèi)徑為2.5cm，長(zhǎng)2m的實(shí)驗(yàn)反應(yīng)器能獲得60%專(zhuān)化率。為設(shè)計(jì)工業(yè)規(guī)模的反應(yīng)器，當(dāng)處理量為320m3/h時(shí)，進(jìn)料中含50%A和50%惰性物，在同樣的和623K下反應(yīng)，要達(dá)到80%專(zhuān)化率，試問(wèn)：需2.5cm內(nèi)徑2m長(zhǎng)的管子多少根14、在恒容間歇反應(yīng)器中，氣相反應(yīng)物A在373K時(shí)分解，得到的數(shù)據(jù)列于下表。反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量關(guān)系是2AR+S,在373K,下處理含有20%惰性氣體的進(jìn)料100molA/h，要求A的轉(zhuǎn)化率為95%問(wèn)需要多大的平推流反應(yīng)器t(s)t(s)t(s)0204060t(s)0

20、204060PaX10(MPa)11515、一個(gè)2m的活塞流管式反應(yīng)器，進(jìn)行15、一個(gè)15、一個(gè)2m的活塞流管式反應(yīng)器，進(jìn)行AR的一級(jí)可逆反應(yīng)，其反應(yīng)速率方程為:A0.04CaA0.04Ca0.01CrmolLmin，進(jìn)料中含有CAo=L的A水溶液。試求:平衡轉(zhuǎn)化率；在反應(yīng)器中的實(shí)際轉(zhuǎn)化率。16、在一個(gè)活塞流反應(yīng)器中進(jìn)行下列反應(yīng):k1k2AR*Sk1k1=,k2=，進(jìn)料A的濃度為CA。，進(jìn)料流量為150L/min。試計(jì)算目的產(chǎn)物R的最高收率和最大選擇性以及達(dá)到最大收率時(shí)所需的反應(yīng)體積。17、二級(jí)液相反應(yīng)，反應(yīng)物濃度為1mol/L，進(jìn)入兩個(gè)相串聯(lián)的全混流反應(yīng)器中,V17、二級(jí)液相反應(yīng)，反應(yīng)物濃度為1mol/L，進(jìn)入兩個(gè)相串聯(lián)的全混流反應(yīng)器中,VR11，2VR2在第一個(gè)反應(yīng)器出口流出的A的濃度為