反應工程試卷2

1、反應工程試卷 2一一均相反應 A R ，其動力學方程式為 （ RA） kC A mol /l.min ， 其中 k 1min 1 ，要求最終轉化率 xAf 90% 。若反應分別在等體 積的間歇反應器、平推流反應器和全混流反應器中在相同的條件下等溫進行，已知間歇反應器的輔助時間為10min 。求：（1）這三種反應器生產強度之比值； （2）在間歇反應器中，生產強度最大時的最佳反應時間及此時的轉化率。解：1）BR:txAfC A0 0dxARA)1ln(1 xAf ) 2.3 min kFRnRt t0nA0 xAft t0Vr CA0 xAfr A0 Af0.073Vr CA0t0PFR:VrQ0

2、2.3minFRFA0 xAfQ0CA0 xAfVr CA0xAfC A0 x Af0.39Vr CA0CSTR:VrQ0CA0 xAf9 minFRFA0 xAfkCA0 (1 x Af )Q0C A0 xAfVrC A0 x Af0.1Vr C A0(FR)BR :(FR)PFR :(FR)CSTR 0.073 : 0.39 : 0.1(2)(FR)nRt t0nA0xAft t0Vr CA0 xAft t0VrCA0(1 e t )t t0令丿=t + 4dJ(10 + /) (1 et)=L: = O=>t = 2.6 mindt(10+ Z)2x4j- =-el = 0.926

3、二 一臺全混流反應器，其反應體積為5nA 擬在等溫下進行下列液 相反應：A + B P(主反應)rp = 1.6CAkmOl / mh2A 0(副反應)FQ = 0.2CmOlm3,h每小時處理A和B的混合液體積為IOm3 ,其中濃度。解：p + 2勺RP _1.6CACM=IkmOIlno求反應器出口處P的總選擇性及a、p、Q的S -八 P-力-4p(-)1.6Cj+0.4C4 + C, _ YJ_ _ C/0 _ CA _C/0 _ CAQ°5一 (-) 1.6G+0.4C- =CA= kmol I n?.SP =10 1.6Cj+0.4C J" 5 = = = 6 一

4、 = > Cp = 0.Skmol/ m3QQ RP 1.610CQ 0.1kmol / m3Vr CQ CQ 5Q0 RQ 0.2CA2 10三某二級不可逆液相反應A+B P，已知 CA0 CB0，在間歇反應器中達到 xAf =0.99 時，需反應時間 10min 。問：（1）在全混流釜式反應器中進行時，所需的空時為多少？（ 2）在兩個串聯(lián)的全混流釜式反應器中進行，當?shù)谝桓某隹谵D化率達 50時，所需的總空時又為多少？解：11dXAxAf0 kCA20(1 xA )210 min kC A0 9.9C A0 xAf(1) 2 A0 Af 2 kCA20(1 xAf )2tC A0kC

5、A0 1 xA0.9929.9 (1 0.99)20.5(2)kCA0(1 0.5)2xAf00.99 0.52kCA0 (1 0.99)2kC1A0991000 min495.15min四現(xiàn)有一臺 2m3 的全混流反應器，進行液相一級不可逆反應：A2R ，當處理量 Q01m3/h 時，出口轉化率達 80% 。現(xiàn)在原反應器后串聯(lián)一只反應器，反應溫度相同。若為了使處理量增加一倍， 則問：（ 1）串聯(lián)一只全混流反應器，總出口轉化率仍為80，該反應體積為多大？2）若串聯(lián)一只 2 m 3的活塞流反應器，總出口轉化率可達多少？解：Q0CA00 A0 kCA0(1Q0xAfVr (1 xAf )(1)Vr

6、1Q0xA1k(1 xA1)Q0(xAf xA1)k(1 xAf )VrVr2(2)Vr2Q0'CxAfxA0xAf)2h 1xAfA0xA1Q0xAfk(1 xAf )kVr1kVr12/3m3kCA0(10.955dxAxA)' 2/3Q0'Qk0 ln(1xA)xAf 2 xA1 2A 五在一等溫平行反應A，R 為目的產物， 已知 R 瞬時選擇性S和轉化率 xA 的關系為： S 應。試計算：20.6 2xA 5x2A ，當 S 0.5 時終止反1）在 PFR中進行反應時R的總收率2）在 CSTR中進行反應時R的總收率3）在兩個串聯(lián)的 CSTR中進行， 當?shù)谝桓某?/p>

7、口轉化率為多少時，才能使總收率達到最大？此最大總收率為多少？ 解：S 0.62xAf 5x2Af0.5xAf0.4450.4450.4452(1)YPf0SdxA(0.602xA5xA)dxA0.318(2)YPf0.50.4450.2225(3)YPf(0.62xA15xA1)xA10.5(0.445xA1)dYPf0 xA1 0.29,YPf 0.298A1六 . 一級反應 A P，進料溫度為 150，活化能為 83.684kJ/mol 。在PFR 中等溫進行該反應，反應器體積為 V P，如改為 CSTR 在相同溫 度下操作，其體積為 V M ，為達到同樣的轉化率 90，則 VMV P之值

8、應如何？若 PFR 的操作溫度不變， 轉化率仍為 90，為使 V MVP1， CSTR 的反應溫度應如何變化？解：對 PFR,n 1：對CSTR，nVP Q0 ln 1 kP1-xA1：VQ0CA0xAxA(1)VM(1-x A )VPVM1，2)VPln 11-xAQ0 ln kPkM C A0 (1-x A )0.9 (1 0.9) 3.909 ln 11 0.911-xA kM (1-xA) Q0xAQ0xAkM (1-xA )kPln11-xAexpR1-1 TMTP(1-xA)ln1-0.90.9exp836848.3141 - 1 TM - 273 150(1-0.9)TM448.

9、71K七. 某液相均相反應 A B P，（-R A）=kC ACB；當反應溫度 100 時，反應速率常數(shù)為 0.5（mol/L ）-1.h-1，進料混合物中 A 、B 的初始 濃度均為 2mol/L 。要求 P 的產量為 80mol/h ，最終轉化率為 80。求 下列幾種情況下的反應體積：（ 1）反應在間歇釜式反應器中進行，輔助時間為1h;（2）反應在全混流釜式反應器中進行；（3）反應在活塞流管式反應器中進行。 解：(1) CA0 CB0, A B( RA)kCACkCA2CAfCA0(1 xAf )2(1 0.8) 0.4mol /L1 k CAfCA001.5(01.44hFA0 /CA0xAf800.80100mol / hQ0 FA0 /CA0 100/2 50L /hVr Q0 (t t0) 50(4 1) 250(L)xAf0.8kCA20(1 xAf )2 0.5 22 (1 0.8)210L.h/ molVr 10 100 1000( L) (3) t 4hVr Q050 4 200(L)八在一等溫操作的間歇反應器中進行某液相一級反應， 13 分鐘后反應物轉化掉 70。今若把此反應移到活塞流管式反應器或全混流釜式