反应工程课后答案

1、共享知识分享快乐第二章均相反应动力学Xa1 -Xa(kCAO ) 8 min_ 1 0.8 _ 1_8 1 -o.8 一2(kCA0 ) 18min1、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。页眉内容假设正确，动力学方程为dt3、在间歇反应器中有一级液相可逆反应Au P，初始反应时CA0=0.5mol/L , Cp0=02/3,求此反应的动力学方程式。反应8min后，A的转化率为1/3，而平衡转化率是解:dCAdt=k1 Ca - k2 C pk1CPeC A0 XAek2CAeCA0 (1 - XAe )=

2、2 即根据一级可逆反应积分式XAet 二亠lnk1k2XAe - Xak1 k2罟08664mink11 1= 0.05776 min k2 = 0.02888 mindC Adtk&Ca -k2Cp =0.05776CA -0.02888CP5、恒温恒容的气相反应 A t3P,其动力学方程为(-“)=-丄匹 =k匹，在反应过程V dt V中系统总压pt及组分A的分压均为变量，试推导 処二f(pA)的表达式。 dtPt = Pa 3(Pao - Pa) 即dPtdt解：（-。）(-A)Pt = -2pa - PA02些dt一 1 dnA v dt dCAV1 dpART dt8纯气相组分A时间

3、/min分压PA/MPadt二 kcA = k -PaRT得 dpt得2kp adt在一等温等容间歇反应器中按计量式 数据，460.10.08解:由于当t 达到平衡时,即,A=0.0422.5P进行反应,实验测得如下101214*0.0360.06250.051用积分法求此反应的动力学方程式。0.0320.028 0.020:时，Pa =0.02常数，因此假设为一级可逆反应。A- 2.5 Pdc A ,k 1C a - k 2 c P dt 1 A 2 PPpe 二 2.5(Pao - Pa：J=2.5(0.1 - 0.02 ) = 0.2 MPadp Adtki Pak PAe _ k P

4、peIv a Iv 91 RTk 1p pek2=10 k 2 Pa -=12 .5k2 P A-12 .5 k2 ( P APAe2.5(RT0.2 “100.02P A0 - P A )2.5k2-2.5 k 2 P A01 P A0)5P A0 2.5k2 -即，& 二 10k2dp a_1P A 05=12 .5 kdtIn12 .5 ktIn0.8 P A0In1P A 0=12 .5 k 2=12 .5 k 2tt斜率二 0.1581即,12.5k2 二 0.1581 k2 二 0.0126min k 0.126min，即,dCAdt= 0.126cA -0.0126cPdPAdt

5、 12.5 0.0126( Pa - 0.2 Pa0 )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?kt = I n 1 Xa1111.k = lnIn t 1xA120.7二 0.1 min J在PFR中所需的空时 Nbr二 12 min第三章 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1 1解：空速0.083 min12在CSTR中.cCAOXACAOXAXa(-r a) fkcAk(1-XA)0.70.1 (1-0.7)7023.3min313 =0.0429min 亠70CA/mol/L0.40.

6、1.01.32.0(-rA)/mol/(L.mi n)50.100.060.050.0450.042c3、液相反应在一间歇反应器中进行，反应速率如下表所示:(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 A0 =.5mol/L , FA0=1000mol/h，求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。1(4) 解：由cA(-rA)表作出 Ca曲线(Ta)CA0=1.3mol L ,

7、CAf=0.3mol L tpR 二？用梯形法二 0.1 (051 - 0.6_1 0.5 0.25_1 0.11 0.06“ -)2 21_1_11_1_1-0.2 (0.060.05 ) 0.3(0.050.0451)2 2=127mi nCa0.401.01.32.0(Ta)50.10.060.050.0450.0421103.3321.67241016.672022.2223.8(Ta)cAf 二 cA0(1-xA) =1.5 (1-0.3) = 1.05 mol LVpcao dcA15 dcAFAO = %

8、E = 用内插法：cA =1.05,20 005 (22.22 - 20) = 20 0.167 2.22 二 20.37 (讥)0.3 (2) cA =1.5,圧七影（23.8 一辺心267梯形法:Fao2(1.3 -1.05)(20.37 22.22) 1 0.2 (22.22 22.67) = 9.81 min L molFao1000 60Vp =9.81 q =9.81109lcA01 .2(3)cAf = cA0 (1 - xA) =1.2(1 - 0.75) = 0.3 mol lVCao -CAf 1.2 -0.3,=1.5FaoCao (-a) f 1.2 0.5 = 1.5

9、 鯉=25L605、丙烷裂解为乙烯的反应可表示为C3H8T C2H4+CH4 （忽略副反应）在772C等温反应时，动力学方程为-如 =kpA，其中k=0.4h-1。若系统保持恒压 p=0.1MPa, dt3V 0=0.8m /h（772 C, 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0.1 106CA0=Pa 二/RT 8.314x1045=11.5mol. m3Vp=CA0xa dXAV0(-Xa )Pa1 Xa=pA0 -1 Xadt=PA01(1Xa)-(1；Xa)dXAdt.dpA2(1Xa)dtdpAdx a1 _ xakpA 二 -kpA02

10、(1 + Xa ) dt即：d = k(1 -XA)(1 Xa)二 (1 -Xa?)dt 22dt1 Xa(-rA)Ca0 dXAd.=2cA0(1-Xa)1 XA dt 2VpVoXa=2| n_k 1 一 Xak尹Xa)2 |n 2 二 3.4660.4V p=3.466 0.8 =2.77m38、一级反应AP，在一体积为 VP的平推流反应器中进行，已知进料温度为150C,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

11、将怎样改变？解:E(_A)= kCA =kexp()CaRlCSTRxa dxA-10 rrxr琢叩一XA)Vm XawffcCAok(1 - Xa)Vm _ - Xa kk(1 一 Xa)In(1 - Xa)二 _exp(RTmE )Xa RTpS -Xa)In(1 -Xa)IFTp 二 TmVm =fkVpk(1-XA)ln(1-XA)= -(1-Xa)I n(1-XA)IFVm =1andxA 二 0.6Vp1 = exp J0.6*(10.6)1 n(10.6)84000423.15-Tm YL 8.314、423.15Tm 仆仁expx 1.637(E(TpTm ) jRTPTm0.

12、6109 = exp 23.876423.15-TmTm-0.4929 二 23.876 423.15 _TmTm-0.02064Tm =423.15-Tmn =2,Vm加=1/2,Fa 0VmXakcAXa172如V _ nVm1CAF A0Vm _FA0kCA或 VmFA0XAfVm2Vm1Vm1/2Vm1Vm 11Ca1/2二 CA2二 CAkcAfPPT课件答案1、在间歇反应器中进行液相反应-2k=61.5 氷0 L/ ( mol h)，计算当A+BP , CAo=0.307mol/L，测得二级反应速率常数 Cbo/Cao=1和5时，转化率分别为 0.5,0.9,0.99所需要的 反应

13、时间，并对计算结果加以讨论。解；根据CSTR基本方程(一匕 当匚砂/ C加=1旳， (m )=无0；0 (1 0 615 x 0.307(ir 尸-(i兀丿=5.30(A) (1 - 0.5)0.9X= 47.70(/?) 0.615 x 0.307(1-0.9)10.99勻10,615 x 0.307(1-0.99)当 =0H 寸,Tm =432.07Ku甘心= R寸尸（厂一八=左匸応0（. 1 兀川）（庁兀川）1 I 彳h （1 一 乂川）5 * JIn4 x 0.61 5 x 0,3075 , 55x(1 0,5)=O 7K(Zi)当工鼻=0-9时，1旷 2 =4 X 0.615 x 0

14、.3075 0.95x(1 0.9)=2.79(A)当=03时”4 x 0.6 15 x 0,307In 5 99=5.81(A) 5x(1 0,99 )分析：等当星配料，随转化率提高，反应时间迅速增长:若采用过量组分配料. 随转化率提高. 反应时间増长放慢.2、已知：苯醌与环戊二烯在25C下进行液相二烯合成反应A+B tC3333(-rA)=kCACB; k=9.92 氷0 m /kmol ; CAo=0.1kmol/m ; CBo=0.08kmol/m ;xa=0.95;=1山;每天处理300kg环戊二烯。求：反应器有效容积？xa dxA2t = C AO 0 ；(-rA)= kCA C

15、b = kCAOCBO (1 - Xa )0 (F)二 CaodxAXa0 kCAOCBO(1 一 Xa)kCBOXa0dxA(1 一 Xa)xa10.95= kCBo(1XA)9.92 10“ 0.08 1-0.9513600=6.65 hVo =VA VOB300/66300/6624 0.124 0.08-1.894 2.367 = 4.261m3/hV= vO(t F) =4.261(6.65 1) =32.6m33、在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应：CH3COOC2H5+NaOHCH3COONa+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 5.61/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 / OXAfdXA/(-RA)=CAO / OXAfdXA/k 2A0C2A0 (1-XA) 2=1/(kCA0)XA/(1-XA) =1/(5.60.Q2) (X95/(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