反应工程课后答案解析

第二章第二章 均相反应动力学均相反应动力学 1 有一反应在间歇反应器中进行 经过 8min 后 反应物转化掉 80 经过 18min 后 转化掉 90 求表达此反应的动力学方程式 2 A A min18A0 min8A0 A A A0 d d 2 1 9 01 9 0 18 1 2 1 8 01 8 0 8 1 1 1 kc t c kc kc x x c kt 为假设正确 动力学方程 3 在间歇反应器中有一级液相可逆反应 初始反应时 CA0 0 5mol L CP0 0PA 反应 8min 后 A 的转化率为 1 3 而平衡转化率是 2 3 求此反应的动力学方程式 解 pA A CkCk dt dC 21 21 0 0 2 1 22 1 kk xC xC C C K k k AeA AeA Ae Pe 即 根据一级可逆反应积分式 1 21 2121 min08664 0 8 2ln 3 1 3 2 ln 1 8ln 1 kk kkxx x kk t AAe Ae 1 2 1 1 min02888 0 min05776 0 kk PApA A CCCkCk dt dC 02888 0 05776 0 21 5 恒温恒容的气相反应 A 3P 其动力学方程为 在反应过程 V n k dt dn V r AA A 1 中系统总压 pt及组分 A 的分压均为变量 试推导的表达式 A t pf dt dp 解 A t A A AtAAA A AA A At AAt AAAt kp dt dp RT p kkc V n k dt dp RTdt dp RTdt dp RTdt dc r V n k dt dn v r dt dp dt dp ppp pppp 2 2 1 2 11 1 2 2 3 0 0 得 即 8 8 纯气相组分 A 在一等温等容间歇反应器中按计量式进行反应 实验测得如PA5 2 下数据 时间 min 02468101214 分压 pA MPa 0 10 0 8 0 062 5 0 0510 0420 0360 0320 0280 02 0 用积分法求此反应的动力学方程式 解 由于当时 常数 因此假设为一级可逆反应 t02 0 A p 即 即 达到平衡时 02 022 02022 021 21 2 1 21 0 21 5 1 5 12 5 25 12 5 25 210 5 2 1010 02 0 2 0 2 0 02 01 0 5 2 5 2 5 2 AA AA AAA AAA A Ae pe pe Ae AAp pA A ppk pkpk pkpkpk ppkpk dt dp kk p p k k RT p k RT p k MPappp ckck dt dc pA e tk p tk pp p pp pp ktpp kdt pp dp A AA A AA AA p p AA AA A A A 2 2 0 0 0 00 0 0 5 12 02 0 08 0 ln 5 12 5 1 8 0 ln 5 1 5 1 ln 5 12 5 1 ln 5 12 5 1 0 1 1 1 2 2 min126 0 min0126 0 1581 0 5 12 1581 0 k k k即 斜率 2 0 0126 0 5 12 0126 0 126 0 0AA A pA A pp dt dp cc dt dc 即 第三章第三章 均相反应过程均相反应过程 1 液相一级等温反应在间歇釜中达到 70 转化率需要 12min 若此反应移到同温度下 平推流反应器和全混流反应器中进行时 所需要的空时和空速各为多少 解 1 00 1 1 min0429 0 70 31 min 3 23 3 70 7 01 1 0 7 0 1 min083 0 12 11 min12 min1 0 7 0 1 ln 12 1 1 1 ln 1 1 1 ln c v A A A AA fA AA c v BR A A xk x kc xc r xc CSTR tPFR xt k x kt 中在 空速 中所需的空时在 3 液相反应在一间歇反应器中进行 反应速率如下表所示 CA mol L0 10 20 30 40 50 60 70 81 01 32 0 rA mol L min 0 10 30 50 60 50 250 100 060 050 04 5 0 04 2 1 若 CA0 1 3mol L 则反应时间为多少 2 若反应移至平推流反应器中进行 C 5mol L FA0 1000mol h 求 0A xA0 0 30 时所需反应器的大小 3 当 CA0 1 2mol l FA0 1000mol h xA 0 75 时 求所需全混流釜式反应器 大小 解 由表作出曲线 AA rc A A c r 1 1 min 7 12 045 0 05 0 3 0 2 1 05 006 0 2 0 2 1 2 1 06 0 1 025 05 06 0 2 1 5 01 0 3 0 3 1 1111 111111 0 用梯形法 BRAfA tLmolcLmolc A c 0 1 0 20 3 0 4050 60 7 0 81 01 32 0 A r 0 1 0 30 5 0 60 5 0 2 5 0 1 0 060 0 5 0 04 5 0 04 2 1 A r 103 3 3 21 6 7 241016 6 7 2022 2 2 23 8 2 lmolxcc l c F V molL F V r c r c r dc r dc F V Lmolxcc AAAf A A p A p A A A A A A c c A A Ao p AAAf A A 3 0 75 0 1 2 1 1 3 109 2 1 601000 81 9 81 9 min81 9 67 2222 22 2 0 2 1 22 2237 20 05 1 3 1 2 1 67 22 22 22 8 23 7 0 2 0 22 22 1 5 1 37 2022 2 167 0 20 2022 22 3 0 05 0 20 1 05 1 05 1 3 01 5 1 1 0 0 0 0 5 1 05 1 0 0 梯形法 用内插法 LV rc cc F V fAA AfA A 25 60 1000 5 1 5 1 5 02 1 3 02 1 0 0 0 5 丙烷裂解为乙烯的反应可表示为 C3H8 C2H4 CH4 忽略副反应 在 772 等温反应时 动力学方程为 其中 k 0 4h 1 若系统保持恒压 A A kp dt dp p 0 1MPa 0 0 8m3 h 772 0 1MPa 求当 xA 0 5 时 所需平推流反应器的体积大小 解 恒压变容反应 3 0 0 0 0 2 0 2 2 00 0 0 0 3 6 0 77 2 8 0466 3 466 3 2ln 4 0 2 1 1 ln 2 1 2 1 21 1 2 1 1 2 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 5 11 1045314 8 101 0 mV xk x k dx v V xc k dt dx x c r x k xx k dt dx x x kpkp dt dx xdt dp dt dx x xx p dt dp x x pp x dx c v V mmol RT p c p A x A A p AA A A A A AAA A A A AA A A A A A AA A A A A AA x A A A p A A A A 即 8 一级反应 A P 在一体积为 VP 的平推流反应器中进行 已知进料温度为 150 活化 能为 84kJ mol 1 如改用全混流反应器 其所需体积设为 Vm 则 Vm Vp 应有何关系 当转 化率为 0 6 时 如果使 Vm Vp 反应温度应如何变化 如反应级数分别为 n 2 1 2 1 时 全混流反应器的体积将怎样改变 解 1ln 1 exp 1ln 1 1 CSTR 1ln 1 1 d1 d PFR exp AA A pm AA A p m A0A A A0 m A A0 0 A A A0 0 A A A0 P A0AA AA xx x RT E RT E xxk kx V V xkc x F V x kcx x kcr x F V c RT E kkcr xx 1ln 1 1ln 1 IF AA AA A P m mp xx x xxk kx V V TT A K07 432 15 42302064 0 15 423 876 234929 0 15 423 876 23exp6109 0 637 1 15 423 15 423 314 8 84000 exp1 6 01ln 6 01 6 0 exp1 0 6 and 1 IF m m m m m m m m mP mP A P m T TT T T T T T T TT TT R E x V V m n n n n kc xF V cV V c V V kc x F V n c V V kc x F V n cV V kc x F V n Af AfA0 m 1 Am1 m 2 A 1m 1m 1 A A A0 m 2 1 A 1m 2 1m 2 1 A A A0 m A1m 2m 2 A A 0A m 1 1 2 1 1 2 或 PPTPPT 课件答案课件答案 1 在间歇反应器中进行液相反应 A B P CA0 0 307mol L 测得二级反应速率常数 k 61 5 10 2L mol h 计算当 CB0 CAO 1 和 5 时 转化率分别为 0 5 0 9 0 99 所 需要的反应时间 并对计算结果加以讨论 2 2 已知 苯醌与环戊二烯在 25 下进行液相二烯合成反应 A B C rA k 9 92 10 3 m3 kmol s CAO 0 1 kmol m3 CBO 0 08 kmol m3 BAC kC xA 0 95 t 1 h 每天处理 300kg 环戊二烯 求 反应器有效容积 rA AO Ct A x A A r dx 0 A kC B C 2 1 ABOAO xCkC h 65 6 3600 1 95 0 1 95 0 08 0 1092 9 1 1 3 ABO A xkC x 261 4 367 2 894 1 08 0 24 66 300 1 024 66 300 3 hmvvv OBOAo V 6 32 165 6 261 4 3 mttvO 3 在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应 CH3COOC2H5 NaOH CH3COONa C2H5OH 该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级 反应开始时乙酸乙酯及氢氧化钠的浓度均为 0 02mol l 反应速率常数等于 5 6l mol min 要求最终转化率达到 95 试问 1 当反应器的反应体积为 1m3 时 需要多长的反应时间 2 若反应器的反应体 积为 2m3 时 所需的反应时间又是多少 解 1 t CA0 0XAfdXA RA CA0 0XAfdXA k2A0C2A0 1 XA 2 1 kCA0 XA 1 XA 1 5 6 0 02 0 95 1 0 95 169 6min 2 83h 2 因为间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关 所以反应时间仍为 2 83h 4 平推流反应器中进行二级反应 当进料初浓度从 30 降到 4 若要求反应结果的残余 浓度维持在 0 1 问进料流率应作如何调整 AA xx A A BOABOAO A