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化学反应工程计算题1、80时氯乙醇的皂化反应为：CH2Cl-CH2OH+NaHCO3CH2OHCH2OH+NaCl+CO2 属基元反应，其反应速度常数k5.2L/molh 现拟用15%（质量）的NaHCO3水溶液30%（质量）的氯乙醇水溶液为原料，建立一个日产480Kg的乙二醇的中间工厂，今使用等摩尔比原料，要求氯乙醇转化率为95%，试计算：采用间歇反应器，非生产时间为0.5小时/批时所需有效体积。 反应为等温等容过程，混合物料比重为1.02。解：V0（t+t0）投料中氯乙醇量为：0.34 kmol/h氯乙醇水溶液量为： kg/h碳酸氢钠水溶液量为： kg/h 0276.1 l/h t进料中氯乙醇量的浓度：CAo3 kmol/l1.23 mol/lt2.97 h V276.1（2.97+0.5）958.07 l2、已知氯乙醇2.97的皂化反应为：CH2Cl-CH2OH+NaHCO3CH2OHCH2OH+NaCl+CO2 属基元反应，其反应速度常数k=5.2L/molh，现拟用15%（质量）的NaHCO3水溶液30%（质量）的氯乙醇水溶液为原料，建立一个日产480Kg的乙二醇的中间工厂，今使用等摩尔比原料，要求氯乙醇转化率为95%，反应为等温等容过程，混合物料比重为1.02，试计算： 采用理想管式流动反应器时所需体积。解：V0t投料氯乙醇的量为：0.34 kmol/hCH2CLCH2OH的水溶液量为： kg/hNaHCO3水溶液量为： kg/h0276.1 l/h t进料中CAo1.23 mol/lt2.97 h V2.97276.1820.02 l3、已知基元反应：CH2Cl-CH2OH+NaHCO3CH2OHCH2OH+NaCl+CO2，其反应速度常数k5.2L/molh，现拟用15%（质量）的NaHCO3水溶液30%（质量）的CH2Cl-CH2OH水溶液为原料，建立一个日产480Kg的CH2OHCH2OH的中间工厂，反应可视为等温等容过程，混合物料比重为1.02。试计算：当使用等摩尔比原料， 氯乙醇转化率为80%，采用间歇反应器，非生产时间为0.5小时/批时所需有效体积。解：V0（t+t0）先求0 氯乙醇的量为：0.40 mol/l1108.23 kg/h2224 kg/h 0325.72 l/h再求t t式中CAo1.23 mol/l Xaf0.80 K5.2t0.63 h 从而V0（t+t0）325.72（0.63+0.5）366.56 l4、在某一温度下氯乙醇与NaHCO3反应为：CH2Cl-CH2OH+NaHCO3CH2OHCH2OH+NaCl+CO2 属基元反应，其反应速度常数k5.0L/molh,现拟用20% NaHCO3水溶液和40%氯乙醇水溶液为原料，建立一个日产480Kg的乙二醇的中间工厂，今使用等摩尔比原料，要求氯乙醇转化率为80%，试计算：采用间歇反应器，非生产时间为1小时/批时所需有效体积。反应可视为等温等容过程，混合物料比重为1.02,CH2OHCH2OH的分子量M为62。解：V0（t+t0）CH2CL-CH2OH=0.40 kmol/h180.5 kg/h 2168 kg/h0243.63 l/h t式中CAo1.64 mol/l Xaf0.80 K5.0t0.49 h V0（t+t0）243.63（1+0.49）362.5 l5、氯乙醇的皂化反应为：CH2Cl-CH2OH+NaHCO3CH2OHCH2OH+NaCl+CO2 现拟用15%（质量）的NaHCO3水溶液30%（质量）的氯乙醇水溶液为原料，建立一个日产480Kg的乙二醇的中间工厂，今使用等摩尔比原料，要求氯乙醇转化率为95%，试求处理的进料量。反应视为等温等容过程，混合物料比重为1.07。乙二醇的M为62。解：进料中氯乙醇的量为：0.34 kmol/h 氯乙醇水溶液量为： kg/h碳酸氢钠水溶液量为： kg/h V263.2 l/h6、CH2Cl-CH2OH+NaHCO3CH2OHCH2OH+NaCl+CO2 属基元反应，其反应速度常数k=6.0L/molh 现拟用 NaHCO3水溶液和氯乙醇水溶液为原料，建立一个日产600Kg的乙二醇的中间工厂，今使用等摩尔比原料，要求氯乙醇转化率为95%，处理进料量为276.1L/h,试求采用间歇反应器所用的反应时间。反应视为等温等容过程，乙二醇的M为62。解：投料中氯乙醇量为：0.42 kmol/h t 式中CAo1.54 mol/lXaf0.95 K6.0 t2.06 h7、某基元反应A+BC 其反应速度常数k5.2L/molh 现拟用15%（质量）的A与30%（质量）的B原料，建立一个日产480Kg的C(M为62)的中间工厂，今使用等摩尔比原料，要求A转化率为95%，试计算：采用间歇反应器，非生产时间为0.5小时/批时所需有效体积。反应可视为等温等容过程，混合物料比重为1.02.。解：V0（t+t0）投料中A为：0.34 kmol/h A水溶液量为： kg/hB水溶液量为： kg/h 0276.1 l/h t 式中A的浓度CAo1.23 mol/lXaf0.95 K5.2t2.97 h V0（t+t0）=276.1（2.97+0.5）958.07 l8、某基元反应A+BC+D+E 其反应速度常数k=5.2L/molh 现拟用15%（质量）的A(分子量为84)与30%（质量）的B(分子量为80.5)为原料建一中间工厂，今使用等摩尔比原料，要求A转化率为95%，试计算：采用理想管式流动反应器时所需体积 。反应可视为等温等容过程， 已知进料中A为190.4kg/h, 混合物料比重为1.02.。解：投料中A的量为：0.34 kmol/h B的水溶液量为： kg/h0276.1 l/h CAo1.23 mol/lt=2.97 h V0t =2.97276.1820.02 l9、两个活塞流管式反应器串联进行一简单等温、等容二级液相反应ABC。两反应器的体积V1V20.03m3。A、B进料量各为25kmol/h，A和B入第一个反应器的进料浓度各为25kmol/m3，反应25，反应速度常数k=0.126m3/kmolh。试计算：（1）在反应器1中，A转化为C的转化率XA1（2）第二反应器出口处，A转化为C的总转化率XA1与XAf之比是大于2，小于2还是等于2？为什么？如果二个反应器现为并联，A转化为C的总转化率与串联时作比较。解： Fao25 kmol/hrakCAo（1Xa）（CBoCAoXa）0.12625（1Xa）（2525Xa）0.126625（1Xa）2积分得：V0.317（1）在反应器1中转代率XA1为0.03-0.03 XA10.317 XA1 XA10.094（2）在反应器第2出口XAf为 XAf0.186 2因为随转代率提高，反应速率变慢如果改为并联：因为体积与串联时相同。10、两个活塞流管式反应器串联进行一简单等温、等容二级液相反应ABC。两反应器的体积V都为0.03m3 A、B进料量各为25kmol/h，A和B入第一个反应器的进料浓度各为25kmol/m3，反应25，反应速度常数k=0.126m3/kmolh。试计算：在反应器1中，A转化为C的转化率XA1.解： Fao25 kmol/hrakCAo（1Xa）（CBoCAoXa）0.126625（1Xa）2积分得：V0.317 把V0.03代入得：Xa0.09411、已知ABC在两个串联活塞流管式反应器中进行等温、等容二级液相反应,两反应器的体积都为0.04m3。A、B进料量各为25kmol/h，A和B入第一个反应器的进料浓度各为25kmol/m3，反应25，反应速度常数k=0.126m3/kmolh。试计算：第二反应器出口处，A转化为C的总转化率XA1.解： Fao25 kmol/hrakCAo（1Xa）（CBoCAoXa）0.126625（1Xa）2积分得：V0.317 又VV1+V20.042=0.08 m3Xaf0.24612、二级液相反应ABC+D在两个并联活塞流管式反应器中进行一简单等温、等容反应。A、B进料量各为25kmol/h，A和B入第一个反应器的进料浓度各为25kmol/m3，反应25，反应速度常数k=0.126m3/kmolh。反应器的体积V1V20.03m3。试计算：并联后反应器出口A转化为C的总转化率XA1.解： Fao25 kmol/hrakCAo（1Xa）（CBoCAoXa）0.126625（1Xa）2从而有V0.317 又总体积VV1+V20.030.03=0.06Xa0.18613、已知反应CH2Cl-CH2OH+NaHCO3CH2OHCH2OH+NaCl+CO2 在两个串联活塞流管式反应器进行反应。 CH2Cl-CH2OH、NaHCO3进料量各为25kmol/h， CH2Cl-CH2OH和 NaHCO3入第一个反应器的进料浓度各为25kmol/m3，反应25，反应速度常数k=0.126m3/kmolh。在反应器1出口，CH2Cl-CH2OH 转化率为0.086 试计算：反应器1的体积V.解： Fao25 kmol/hrakCAo（1Xa）（CBoCAoXa）0.126625（1Xa）2从而V0.3170.3170.03 m314、已二酸与已二醇以等摩尔比在70进行缩合反应，生成醇酸树脂，反应以硫酸为催化剂，由实验测得其反应速度方程式为（-rA）=kCA2kmol/lmin。k=1.97L/kmolmin，已二酸初始浓度CA0=0.004kmol/l，若已二酸处理171kmol/h，已二酸转化率为80%，试计算：采用单个全混流釜式反应器时所需反应体积.解：V0t 又 rakCAo t2538.07 min42.3 hV042750 lh V0t4275042.31808325 l1808.3 m315、正戊酸与正戊醇以等摩尔比以硫酸为催化剂，在80进行反应，生成醇酸树脂，其反应速度方程式为（-rA）kCA2kmol/Lmin。k2L/kmolmin，正戊酸初始浓度CA0=0.004kmol/l，若已二酸处理量为342L/h，已二酸转化率为80%，试求采用二段全混流釜式反应器时所需有效体积.第一段出口的浓度为0.6.解：V0t 采用二段全混流釜式反应器：V10t102672 l2.67 m3V20t203563 l3.56 m3VV1+V22.67+3.566.23 m316、A与B以等摩尔比反应，（-rA）kCA2kmol/Lmin。k1.97L/kmolmin，初始浓度CA00.004kmol/l，若每天处理2400kg A（A的分子量60），A转化率为80%，试计算：用单个全混流釜式反应器时所需反应体积。解：用单个全混流釜式反应器 V0tV0416.7 lh t2538 min42.3 hV0t416.742.317626 l17.63 m317、A与B以等摩尔比在一两段全混流釜式反应器中反应，（-rA）kCA2kmol/L min。k1.97L/kmolmin，初始浓度CA00.004kmol/l，若每天处理2400kg A（A的分子量60），A在第一段出口XA1=60%,第二段出口转化率XAf=80%，求总体积。解：V0t先求V0416.7 lht1475.9 mint2634.5 mintt1t2475.9634.51110.4 min18.51 hV0416.718.517711.9 l7.7 m318、对于反应A+BC, A与B以等摩尔比反应,（-rA）kCA2kmol/l min。k1.97L/kmolmin, CA00.004kmol/l，若A处理量为171L/h,A转化率为80%，试计算：（1）采用单个全混流釜式反应器时所需反应体积（2）采用二段全混流釜式反应器时所需有效体积.（第一段出口转化率为60%）（3）对（1）、（2）计算结果进行讨论解：（1）采用单个全混流釜式反应器V07250 l7.25 m3（2）采用二段全混流釜式反应器V1V01360 l1.36 m3V2V01810 l1.81 m3VV1V21.36+1.813.17 m3（3）显然单段反应器体积比两段反应器总体积大，这是因为（1）（2）要求的最终结果相同，（1）始终在低浓度下操作，反应温度低，（2）第一反应器在高于第二反应器的浓度和反应速度下操作，所以转化的快，所需体积小。19、在一固定床反应器中进行一级不可逆反应AB，若反应速度常数为k(m3/kg.s)，气体的表观流us，催化剂堆积密度为B（kg/m3）,床层高度为L（m），试根据拟均相的一维活塞流模型推导反应器出料浓度随床层高度的变化规律表达式。解：根据拟均相一维模型（rA）BdFAodXAKCABdZUSdXAUS dXA KBZ-ln(1-XA) - USln积分得：20、A与B以等摩尔比反应，（-rA）=kCA2kmol/L min，k=2.00L/kmolmin，初始浓度CA0=0.002kmol/l，若每天处理4800kg A（A的分子量96），A转化率为60%，试计算：用单个全混流釜式反应器时所需反应体积。解：对单个全混流釜式反应器 V0tV01042 lh t15.63 h将V0，t值代入，即得 V0t104215.6316286 l16.29 m321、在管式流动反应器中C2H2Cl4发生如下的分解反应：C2H2Cl4C2HCl3+HCl该反应是一级不可逆反应，反应速率常数k=1012exp(-21940/T)(s-1)，式中T为绝对温度。如果反应器的体积为0.15m3，反应温度为450，反应器压力为1.013105Pa，纯四氯乙烷以41.7mol/ks的速度进入反应器，试求四氯乙烷的转化率为多少？解：将反应写成 ABC 利用活塞流管式反应器模型有 这是一个恒温恒压变体积反应由化学计量方程 A 所以rA 积分得 2 ln（1Xa）Xa当450时，T450273723K Kexp（）0.0662 S1CAo16.86 mol/m3将所有数据都代入积分式得：2 ln（1Xa)Xa试差得：Xa0.915 22、一级不可逆反应C2H2Cl4C2HCl3+HCl在活塞流反应器中进行，反应速率常数k1012exp(-21940/T)(s-1)，式中T为绝对温度。已知反应温度为450，反应器压力为1.013105Pa,反应器的体积为0.15m3，纯四氯乙烷以41.7mol/ks的速度进入反应器，试求四氯乙烷的转化率为多少？解： 反应恒温恒压变容 rA2 ln（1Xa）Xa当450时T723K，K0.0662 S1CAo16.86 mol/m32 ln（1Xa）Xa试差得：Xa0.91523、已知AB+C 是一级不可逆反应，反应速率常数k1012exp(-21940/T)(s-1)，式中T为绝对温度。如果反应器的体积为0.15m3，反应温度为450，反应器压力为1.013105Pa，纯A以41.7mol/ks的速度进入管式反应器，试求A的转化率为多少？解：反应恒温恒压变容 rA 积分得：2 ln（1Xa）XaT723 K1012exp（）0.0662 S1CAo16.86 mol/m3 2 ln（1Xa）Xa 从而Xa0.91524、在一管式流动反应器中发生如下的反应：C2H2Cl4C2HCl3+HCl该反应是一级不可逆反应，反应速率常数k106exp(-11940/T)(s-1)，式中T为绝对温度。反应器的体积为0.2m3，反应温度为450，反应器压力为1.013105Pa，纯四氯乙烷以50mol/ks的速度进入反应器，试求四氯乙烷的转化率为多少？解：反应恒温恒压变容 rA 积分得：2 ln（1Xa）XaT723 K106exp（）6.62104 S1CAo16.86 mol/m3 2 ln（1Xa)Xa5Xa0.00825、已知AB+C 是一级不可逆反应，反应速率常数k1012exp(-21940/T)(s-1)，式中T为绝对温度。如果反应温度为450，反应器压力为1.013105Pa，纯A以41.7mol/ks的速度进入活塞流管式反应器， A的转化率为0.915,试求活塞流管式反应器的体积 解：反应恒温变容 rA 积分得：2 ln（1Xa）XaT723 K106exp（）6.62104 S1CAo16.86 mol/m3V0.15 m326、在一定的反应温度下A发生下述平衡反应：第一个反应，r12.0CAkmol/m3h，第二个反应，r20.2CA2kmol/m3h，其中R是主产物，S是副产物。反应原料为纯的反应物A，其初始浓度为10kmol/m3。在反应器出中A的转化率为80%,反应过程中体积的变化可以忽略不计, 试求反应在连续搅拌釜式反应器中进行时 R的收率 .解：rAr12r2 在连续搅拌釜中CAoCA（rA）（r12r2）CRCR0r1 CR 已知有Xa0.8CR5.71 mol/ m3 R的收率YR0.57127、已知第一个反应，r12.0CAkmol/m3h，第二个反应，r20.2CA2kmol/m3h，其中R是主产物，S是副产物。反应原料为纯的反应物A，其初始浓度为10km