发布时间 : 星期三 文章化学反应工程思考题详解更新完毕开始阅读b35b168d6529647d2728525d
t0.9?1xAkCA01?xA1xA?10.91.79?1.0451?0.910.99?4.81h
t0.99?kCA01?xA?1.79?1.0451?0.99?52.9h
2、生化工程中酶反应A+P→P+P为自催化反应，反应速率式为?－rA??kCACP，某温度下k=1.512m3kmol?min，原料中含有A0.99kmol/m3，含P为0.01kmol/m3，要求A的出口浓度达到CAf=0.01kmol/m3，该反应器的处理能力为V0＝10m3/h时，试求：(1) 反应速率达到最大时A的浓度；(2) 采用CSTR反应器时的体积；(3) 采用PFR反应器时的体积。
解：
(1) rA?kCACR?kCA?CR0?CR??kCA?CR0?CA0?CA? 为使反应速度最大，应有：
drAdCA?0
即：kCR0?kCA0?2kCAm?0 CAm?CR0?CA02?0.99?0.012?0.5kmolm3
(2) 全混流反应器的体积 VR?V0?CA0?CA?kCA?CR0?CA0?CA??10??0.99?0.01?1.512?0.01??1?0.01??60?10.91m
3(3) 平推流反应器体积： VR??V0?V0xAdCAkCA?CR0?CA0?CA?xA0??V0k?xAdCACA?CR0?CA0?CA?0
???CR0?CA0?k?0?11???C?ACR0?CA0?CA??dCA ?? ??V0?CA01?CA0?ln?lnk?CA1?CA??V0?1?CA?CA0?? ln??1?CA0?CAk? ?101.512?60ln?1?0.01??0.99?1?0.99??0.01?1.013m
33、由醋酸与丁醇生产醋酸丁酯，化学反应为：
CH3COOH(A)+C4H9OH→CH3COOC4H9+H2O
k?0.966lmol?h，每小时处理原料量为735kg，反应混合物密度为0.75kg/l，原料配比为醋酸:丁醇＝
1:4.97(mol)，动力学方程为rA?kCA，xA?0.5，求反应器的有效容积：(1) 用一个全混流反应器；(2) 用两个全混流反应器串联，已知：xA1?0.324，xA2?0.5，(3) 用一个平推流反应器。
2解：进料中醋酸含量： 进料中丁醇含量：
11?4.974.971?4.97?0.1675?0.8325
进料的平均分子量：M?0.1675?60?0.8325?74?71.655 NA0? V0?73571.655?0.1675?1.7181kmolh?1718.1molh
7350.75?980lh
?1.75moll CA0?NA0V0?1718.1980
(1) 全混流反应器： VR?V0CA0xAkC2A0?1?xA?2?980?0.50.966?1.75??1?0.5?2?1165l
(2) 全混流反应器串联： VR1?V0CA0xA1kCA0?1?xA1?22?980?0.3230.966?1.75??1?0.323980??0.5?0.323?0.966?1.75??1?0.5?2?2?409.3l
VR2?V0CA0?xA2?xA1?kC2A0?1?xA2?2??411.2l
VR?VR1?VR2?409.3?411.2?820.5l (3) 平推流反应器： VR?V0CA0?xAdxAkC2A00?1?xA?2?V0xAkCA01?xA?980?0.50.966?1.75??1?0.5??580.8l
4、在间歇反应器中进行液相反应Ａ＋Ｂ→Ｐ，测得此二级反应的反应速度常数为k＝61.5×10-2[l／mol.h]，CA0＝0.307[mol／l]，计算当CB0／CA0＝1，转化率分别为0.5、0.9、0.99所需的反应时间，并对计算结果加以讨论。
解：
t?CA0?1xAdxArAxA0?CA0?xAdxAkC2A00?1?xA?2
?kCA01?xA
10.5 t0.5?1xAkCA01?xA1xA?0.615?0.3071?0.510.9?5.296h
t0.9?kCA01?xA?0.615?0.3071?0.9?47.668h
t0.99?1xAkCA01?xA?10.990.615?0.3071?0.99?524.35h
5、在等温间歇反应器中进行皂化反应：
CH3COOC2H5＋NaOH→CH3COONa＋C2H5OH
该反应对乙酸乙酯和氢氧化钠均为一级，反应开始时乙酸乙酯和氢氧化钠的浓度均为0.02mol/l，反应速度常数为k=5.6[l/min.mol],要求最终转化率为0.95，试求所需的反应时间。
解：
t?CA0?1xAdxArAxA0?CA0?xAdxAkC2A00?1?xA?2
?kCA01?xA
10.95 t?1xAkCA01?xA?5.6?0.021?0.95?169.6min
6、在平推流反应器中进行等温一级反应，出口转化率为0.90，现将该反应移到一个等体积的全混流反应器中进行，且操作条件不变，问出口转化率是多少？
解：平推流反应器：
t?CA0?xAdxArA0?CA0?xAdxAkCA0?1?xA?0?1kln11?xA?1kln11?0.9?2.303k
全混流反应器：
t?CA0xArA??CA0xAkCA0?1?xA??xAk?1?xA?
xAk?1?xA?2.303k
xA?0.6972
7、在150℃等温平推流反应器中进行一级不可逆反应，出口转化率为0.60，现改用等体积的全混流反应器操作，料液流率及初浓度不变，要求转化率达到0.70，问此时全混流反应器应在什么温度下操作，已知反应活化能为83.68[kJ／mol]。 〖解〗平推流反应器：
VR?V0CA0?dxAk1CA0?1?xA??V0k1ln11?xA?V0?V0k1ln11?0.60V0k2?V0k1?0.916
全混流反应器：VR??V0CA0xAk2CA0?1?xA??4.707e?0.7k21?0.7??2.333
836808.314?T836808.314?423.15k2?2.547k1，e T?440.5K，t?167.35℃
8、在全混流反应器中进行如下液相可逆反应：
A?B?P?R
k2k1在120℃时，反应速率rA?rB?8CACB?1.7CPCRmol?min?l?，反应器的体积为100mL，两股进料流同
时等流量进入反应器，一股含A3.0moll，另一股含B2.0moll，当B的转化率为80％时，每股料液流量为多少。 〖解〗
CA0?3?12?1.5moll ; C B 0?2?12?1mollCB?CB0?1?xB??1??1?0.8??0.2moll ; CA?CA0?CB0xB?1.5?1?0.8?0.7mollCR?CS?CB0xB?1?0.8?0.8mollrB?8?0.7?0.2?1.7?0.8?0.8?0.032kmolm?minVR?V0?CB0?xBrB ?V0?1?0.80.032?100ml3
V0?4mlminVA?VB?2mlmin
9、液相自催化反应Ａ→Ｐ，反应速度rA?kCACP，k=10[m／kmol.s]，进料体积流率V0=0.002m／s，进料浓度CA0＝2[kmol／m]，CP0＝0，问当XA＝0.98时，下列各种情况下的反应器体积。(1) 单个平推流反应
器；(2) 单个全混流反应器；(3) 两个等体积全混流反应器串联。 〖解〗 rA?kCACR?kCA0?1?xA?CA0xA
(1) VR?V0CA0?0.98-233
3
dxAkC2A00?1?xA?xA??V0kCA0?lnxA1?xA|00.98???
(2) VR?V0CA0xAkCA0?1?xA?xA20.002?0.980.01?2??1?0.98??0.98V0CA0?xA2?xA1?kCA0?1?xA2?xA22?5m
3(3) VR1?V0CA0xA1kCA0?1?xA1?xA12?VR2?
xA1?0.85 VR1?VR2?V0CA0xA1kCA0?1?xA1?xA12?0.002?0.850.01?2??1?0.85??0.853?0.667m
3 VR?VR1?VR2?0.667?0.6678?1.334m
10、在全混流反应器中进行一级可逆反应A?R，rA?k1CA?k2CR，已知该反应温度下A的平衡转化率
xAe?23，反应器出口实际转化率xAf?13，问如何调节加料速率，可使反应转化率达12。