大连理工大学反应工程演示文档

.,反应工程习题课,.,2. 化学反应动力学基础,2.1 在一等温等压管式反应器中进行下述气相反应：2 SO2 + O2 2 SO3, ( 2 A + B 2 C )原料气中含25% SO2和75%空气，总压为2000 kPa，反应温度为532 K。试推导各组分浓度与xA的关系式。,【解】原料气中SO2（A）的初始分压：pA0 = 20000.25 = 500 kPa 原料气中O2（B）的初始分压：pB0 = 20000.750.21 = 315 kPa 原料气中SO3（C）的初始分压：pC0 = 0 kPa 原料气中N2（I）初始分压：pI0 = 20000.750.79 = 1185 kPa 可见，反应组分中O2过量，选取SO2（A）为关键组分。,气相体系中各组分的分压与摩尔数成正比，yA0 = 0.25化学计量系数分别为： a=2, b=1, c=2。膨胀因子：A = (-2-1+2)/2 = -0.5膨胀率：A =yA0A = 0.25(-0.5) = -0.125,.,所以，B = 71.22/113.04 = 0.63, C =0, I = 267.91/113.04 = 2.37,.,2.2 在管式反应器中进行下述气相反应：2 A + B C + D假定A和B按化学计量比混合，惰性气体的体积流量为原料总流量的50%。已知：反应器入口压力为2 atm，温度为400K，出口压力为2 atm ，温度500 K。求转化率为 80%时各组分的浓度。,【解】 a = 2, b =1, c =1, d =1选取A为关键组分，B = 0.5, C = 0, D = 0因原料气中惰性气体占50%， I = 3/2 = 1.5，yA0 = 2/(2+1+3) = 1/3 A = (-2-1+1+1)/2 = -0.5 A = yA0A = 1/3(-0.5) = -0.167,.,总压力pt = 21.013105 = 2.026105 Pa,pA = yApt =0.0772.026105 = 1.56104 PapB = yBpt =0.03852.026105 = 7.8103 PapC = yCpt =0.1542.026105 = 3.12104 PapD = yDpt =0.1542.026105 = 3.12104 PapI = yIpt =0.57752.026105 = 1.17105 Pa,.,2.3 乙烷裂解反应的活化能为300 kJmol-1，该裂解反应在650 C的反应速率是500 C时的多少倍？,.,3. 理想反应器,3.1 在间歇反应器中进行反应 AR，其速率方程为： moll-1h-1，组分A的初始浓度CA0为1 moll-1。求反应1h后A的转化率。,【解】首先推导操作方程：,.,3.2 气相反应：A cC在一等温等压的CSTR反应器中进行。其反应速率方程为 (-rA) = k(CA-CC/K)。试推导组分A的转化率xA与空间时间t的关系式。,【解】a=1, c=c A = (-1+c)/1 = c-1 yA0 =1, C = 0, A = yA0A = c-1 1+AxA = 1+(c-1)xA,.,.,3.3 液相2级不可逆等温反应（-rA=kCA2）拟在连续操作的反应装置中进行。已知20C 时，k=10m3kmol-1h-1，CA0=0.2kmolm-3，进料流量为2m3h-1。比较下列各方案，哪个方案转化率最大？（1）VR为4m3的活塞流反应器；（2）PFR后串联一个CSTR，体积均为2m3；（3）CSTR后串联一个PFR，体积均为2m3；（4）二段CSTR，体积各为2m3；（5）两个CSTR并联，体积均为2m3。,求得：xAf = 0.8,.,.,.,.,3.4 在CSTR中进行某液相反应：AC,(-rA)=kCA组分A的转化率为20%。现拟选用PFR-CSTR反应器组进行该反应，并要求转化率达到80%。试求PFR的体积应为CSTR的多少倍?,【解】根据CSTR的操作方程：,第二段为CSTR时：,xA1 = 0.75,第一段为PFR：,PFR与CSTR的体积比：,.,3.5 某气相反应 A 3P的反应速率方程为： moll-1s-1。该反应在一管式反应器进行。原料气体中组分A的初始浓度为CAO = 0.0625 moll-1，要求组分A的最终转化率xAf = 80% 。试计算：(1) 反应所需要的空间时间t。(2) 如果进料中含50%惰性气体，但组分A的初始浓度仍为0.0625 moll-1，则反应所需要的空间时间变为多少？(3) 比较原料气中有和无惰性气体时空间时间的相对大小，并分析原因。,.,3.6 在循环操作的PFR中进