化學(xué)反應(yīng)工程作業(yè)

1、49. 現(xiàn)有一有效容積為0.75m3的攪拌釜反應(yīng)器，其內(nèi)設(shè)置有換熱面積為5.0m2的冷卻盤管。欲利用改反應(yīng)器來(lái)進(jìn)行AR的一級(jí)不可逆的液相反應(yīng)，其速率常數(shù)，反應(yīng)熱，原料液中A的濃度，但不含反應(yīng)產(chǎn)物R。此原料液的密度=1050g/l；定壓比熱（J/g·）。要求原料液的進(jìn)料流率為，反應(yīng)器出口的反應(yīng)液中?？倐鳠嵯禂?shù)U=209.2（KJ/m2·h·）。所用的冷卻介質(zhì)的溫度為25。試求滿足上述反應(yīng)要求所需的反應(yīng)溫度以及料液的起始溫度T0。解： 50. 乙酸酐發(fā)生水解，反應(yīng)溫度25，k=0.1556 min-1，采用三個(gè)等體積的串聯(lián)全混流釜進(jìn)行反應(yīng)，每個(gè)釜體積為1800 cm3

2、，求使乙酸酐的總轉(zhuǎn)化率為60%時(shí)，進(jìn)料速度。解： 51. 串聯(lián)全混流反應(yīng)器進(jìn)行一級(jí)不可逆反應(yīng)，假定各釜容積、溫度相同，試計(jì)算N為1，2，3的反應(yīng)有效容積，如不考慮非生產(chǎn)性操作時(shí)間的條件下分批式反應(yīng)器的有效容積。解： 52.應(yīng)用兩個(gè)按最優(yōu)容積比串聯(lián)的全混流釜進(jìn)行不可逆的一級(jí)液相反應(yīng)，假定各釜的容積和操作溫度都相同，已知此時(shí)的速率常數(shù)k=0.92h-1，原料液的進(jìn)料速度=10m3/h，要求最終轉(zhuǎn)化率0.9，試求V1、V2和總?cè)莘eV。解：對(duì)于一級(jí)不可逆反應(yīng)應(yīng)有 代入 得 整理得 ， 總?cè)莘e 53. 用兩串聯(lián)全混流反應(yīng)器進(jìn)行一個(gè)二級(jí)不可逆等溫反應(yīng)，已知在操作溫度下要求出口xA=0.9，計(jì)算該操作最優(yōu)容

3、積比和總?cè)莘eV。解： 代入 總?cè)莘e 54. 應(yīng)用管徑為D=12.6cm的管式反應(yīng)器來(lái)進(jìn)行一級(jí)不可逆的氣體A的熱分解反應(yīng)，其計(jì)量方程為A=R+S；速率方程為；而k=7.8×109exp-19220/T(s-1),原料為純氣體A,反應(yīng)壓力P=5atm下恒壓反應(yīng),T=5000C。0.9,=1.55kmol/h,求所需反應(yīng)器的管長(zhǎng)L,停留時(shí)間t，空時(shí)（理想氣體）。解：反應(yīng)氣體的進(jìn)料體積流速為： 反應(yīng)流體在管內(nèi)的體積流速為： 此處：（純氣體）；， 而 55.液相原料中反應(yīng)物A進(jìn)入平推流反應(yīng)器中進(jìn)行的反應(yīng)，已知。求：1）當(dāng)出口濃度時(shí)的進(jìn)料流。 2)當(dāng)進(jìn)料流量時(shí)出口濃度。 解： 56. 自催化反應(yīng)

4、A + R 2R，其速率方程為：，在70下等溫地進(jìn)行此反應(yīng)，在此溫度下k=1.512 m3/kmol·h；其它數(shù)據(jù)如下：0.99 kmol/m3；0.01 kmol/m3；10 m3/h；要求反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率0.99。試求：1）在全混流反應(yīng)器中反應(yīng)所需的容積；2）在平推流反應(yīng)器中反應(yīng)所需的容積。解： 令 1）全混流反應(yīng)器所需的容積 2）平推流反應(yīng)器所需的容積 57. (A) (P) (S)反應(yīng)速度；，在恒溫恒容下求(a)平推流(b)全混流,求，其中,。解:(a) ()=(=0.477mol/ =0.155mol/l =3.08 (b)= = () = =0.5mol/l =0.333mo

5、l/l =0.167mol/l=2.0 58. (A) (P) (S)反應(yīng)速度；，在恒溫恒容下求等容積的兩釜串聯(lián)全混流反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行這一反應(yīng)時(shí),求目的產(chǎn)物P的選擇性，其中,。解：等容積釜串聯(lián)應(yīng)有 對(duì)第二個(gè)全混流反應(yīng)器作物料衡算 = 對(duì)于P: + =0.444mol/l + =1-(0.444+0.391)=0.165mol/l =2.37 59.醋酸甲酯的水解反應(yīng)如下：CH3COOCH3 + H2O CH3COOH +CH3OH，產(chǎn)物CH3COOH在反應(yīng)中起催化劑的作用，已知反應(yīng)速度與醋酸甲酯和醋酸的濃度積成正比。（1） 在間歇反應(yīng)器中進(jìn)行上述反應(yīng)。醋酸甲酯和醋酸的初始濃度分別為500和50mo

6、l/m3。實(shí)驗(yàn)測(cè)得當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為5400s時(shí)，醋酸甲酯的轉(zhuǎn)化率為70%，求反應(yīng)速率數(shù)和最大反應(yīng)速度。（2） 如果反應(yīng)改在連續(xù)攪拌釜中進(jìn)行，=0.8時(shí)停留時(shí)間應(yīng)為多少。（3） 如果采用管式流動(dòng)反應(yīng)器，=0.8時(shí)停留時(shí)間。解： A + B C + D （1）= 對(duì)求導(dǎo) （2） （3）對(duì)于PFR 60.在一定的反應(yīng)溫度下A發(fā)生下述平行反應(yīng)： 其中R是主產(chǎn)物，S是副產(chǎn)物。反應(yīng)原料為純的反應(yīng)物A，其初始濃度為10kmol/m3。在反應(yīng)器出口A的轉(zhuǎn)化率為80%。反應(yīng)在連續(xù)攪拌釜中進(jìn)行時(shí)，A轉(zhuǎn)化為R的選擇性、R的收率以及反應(yīng)物的停留時(shí)間。解：1）使用連續(xù)攪拌釜 當(dāng)時(shí)，有 V恒定，停留時(shí)間與空時(shí)相等 61. 已

7、知 的反應(yīng)速率式分別為：；，且在反應(yīng)的操作溫度下=1.0，1.5；5mol/l，要求反應(yīng)流體的進(jìn)料速率為5 m3/h，出口轉(zhuǎn)化率0.9。試求用單一的全混流反應(yīng)器在等溫下進(jìn)行此反應(yīng)時(shí)所能獲得的產(chǎn)物P的濃度以及所需的反應(yīng)容積V。解： 62.環(huán)氧乙烷在450的氣相分解反應(yīng)如下：C2H4O（g） CH4（g） + CO（g）已知在此反應(yīng)溫度下反應(yīng)的速率常數(shù)為0.0212min-1，反應(yīng)在恒溫恒容反應(yīng)器中完成，初始時(shí)原料為純的環(huán)氧乙烷，初始?jí)毫?.026×105Pa，試求在反應(yīng)時(shí)間為50min時(shí)反應(yīng)器的總壓力。解：由k=0.0212min-1可知該反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng) t時(shí)反應(yīng)物分壓為PA C2H

8、4O（g） CH4（g） + CO（g） PA0 0 0 PA PA0-PA PA0-PA總壓 即 當(dāng)t=50min時(shí) 63.醋酸在高溫下可分解為乙烯酮和水，而副反應(yīng)生成甲烷和二氧化碳： 已知在916時(shí)，試計(jì)算：1） 99%的醋酸反應(yīng)掉的時(shí)間；2） 在此反應(yīng)條件下醋酸轉(zhuǎn)化成乙烯酮的選擇性。解：設(shè)在時(shí)間t時(shí)乙烯酮和甲烷的濃度分別為x和y，初始為，則 相加得 將其積分 1） 當(dāng)轉(zhuǎn)化率為99%時(shí) 2） 64.在1000K于恒溫恒壓反應(yīng)器中進(jìn)行下述分解反應(yīng)：反應(yīng)速率常數(shù)0.082 l/mol·min，初始時(shí)含純的RCH2OH，其初始?jí)毫?.026×105Pa，求1） 將20%的R

9、CH2OH分解所需時(shí)間；2） RCH2OH的濃度降低20%所需的時(shí)間。解： A B C t=0 nA0 0 0 t=t nA0-x x x 由k可知該反應(yīng)為二級(jí)反應(yīng) 理想氣體 將其積分 當(dāng)，帶入得t=138min 對(duì)于，應(yīng)有 當(dāng)，帶入得t=66.1min 分65. 等溫間歇反應(yīng)器反應(yīng)時(shí)間與反應(yīng)物濃度的關(guān)系在間歇反應(yīng)器中進(jìn)行等溫二級(jí)反應(yīng)當(dāng)為1時(shí)，求反應(yīng)至所需時(shí)間。解: t=9900s 66. 對(duì)于aA + bB cC反應(yīng)，以濃度則其二者關(guān)系如何？ 解： 理想氣體 67.平行反應(yīng) ，其中，已知，求在平推流反應(yīng)器中的？解： 對(duì)上式進(jìn)行積分得 當(dāng)時(shí)，產(chǎn)物P的濃度最大 68. 一級(jí)連串反應(yīng)，進(jìn)料流率為，反應(yīng)在恒溫恒容的條件下進(jìn)行，求在全混流釜式反應(yīng)器中目的產(chǎn)物P的最大濃度？ 解：全混釜 對(duì)物料P作物料衡算 則有 當(dāng)時(shí)，產(chǎn)物P有極大值 69.液相反應(yīng)AR在一全混釜中進(jìn)行，反應(yīng)速率常數(shù)求：1） 平均停留時(shí)間為1S時(shí)該反應(yīng)器的；2） 若A的，求反應(yīng)器的體積。解：1） 2） 帶入得 70.液相反應(yīng)A + BP + S在一全混釜中進(jìn)行，速率常數(shù)，求：1）時(shí)，反應(yīng)器的容積