反应工程课后答案

1、第二章 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。1xAkt1 xAcA0(kcA0 ) 8min10.81810.8210.91(kcA0 )18min10.9218假设正确，动力学方程为dcA2dtkcA3、 在间歇反应器中有一级液相可逆反应AP ，初始反应时CA0 =0.5mol/L ， CP0=0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：dC Ak1C Ak2 C pdtk1KCPeCA 0 xAe2即k12k2k 2CAeC A0 (1

2、 x Ae )根据一级可逆反应积分式1lnxAe8123k1k 2ln 20.08664 min1txAln18k1 k2xAek1k23k10.05776min 1k20.02888min 1dC Ak1C Ak 2C p0.05776C A 0.02888 C Pdt5、恒温恒容的气相反应A 3P，其动力学方程为(r A )1 dnAk nA ，在反应VdtV过程中系统总压pt及组分A 的分压均为变量，试推导dptf( p A ) 的表达式。解：dtptpA3( pA0p A )即pt2 p Ap A0dpt2dpAdtdt(rA )1 dnAk n Av dtV(rA )dcA1dp A

3、1dpA1dptnAdtRTdt2RTdt2RTdtkVkcAkp ARTdpt得2kpAdt、纯气相组分A在一等温等容间歇反应器中按计量式A2.5P 进行反应，实验测得如8下数据，时间 /min02468101214分压0.10.080.06250.0510.0420.0360.0320.0280.020pA /MPa用积分法求此反应的动力学方程式。解：由于当 t时， pA0.02 常数，因此假设为一级可逆反应。A2 .5 pdc Ak 1 c Ak 2 c pdt达到平衡时，p p e2.5 ( p A 0p A )2.5(0.10 .02 ) 0 .2 MPa即，k1p Aek 2p p

4、eRTRTk 1p pe0 .210即， k 110 k 2k 2p Ae0.02dp Ak1 p Adt10 k 2 p12 .5 k 212 .5 k 2k 22 .5 ( p A 0A 2.5 k 2 p A 0p A2. 5 k 2 p A 0( p A1p A 0）5p A )2 .5k 2p A 0dpA12 . 5 kdt1p Ap A 05p A1ln p A12. 5 ktp A 05p A 0p A 01p A 00 . 8pln5A 012 . 5 k 2 t1ln1p Ap A 0p A5p A 050 .0812. 5 k 2 tln0 .02p A斜率0.1581即

5、，12.5k 2 0.1581k20.0126 min 1k10.126 min 1即,dc A0.126c A0.0126c pdtdp A12.5 0.0126( pA0.2 p A0 )dt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：ktln11 xAk1ln11ln10.1min1t1x A120.7在 PFR中所需的空时t BR12 min空速 v110.083 min 112在 CSTR中c A0 xAc A0 x AxAckc Ak(1 xA )( r

6、A ) f0.77023.3 min0.1(10.7)3v130.0429 min 1c703、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)0.10.30.50.60.50.250.100.060.050.0450.042（ 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 =

7、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 c A (r A ) 表作出1 c A曲线(rA )cA0 1.3mol L,cAf0.3mol L tBR?用梯形法0.1（0.5 110.6 10.5 10.25 10.1 10.06 1 1）（1）221 0.2 （0.06 10.05 1） 10.3（0.05 10.0451）2212.7mincA0.10.20.30.4050.60.70.81.01.32.0(rA )0.10.30.50.60.50.250.10.060.050.0450.0421103.3321.67

8、241016.672022.2223.8(r A )（ 2）cAfcA 0 (1xA )V pcA 0 dcAFAocA( r A )用内插法：1.5(10.3)1.05mol L1. 5 dcA1.05 ( rA )cA1.05,1200.05(22.2220)200.167 2.2220.37(r A)0.3cA1.5,(122.220.2(23.822.22)22.67r A)0.7梯形法：Vp1(1.31.05)( 20.3722.22)1 0.2 (22.22 22.67)9.81min L molFA022V pFA01000 609.819.811.2109lc A0(3)c A

9、fc A0 (1xA ) 1.2(10.75)0.3mol lVcA 0c Af1.20.3F A0cA0 (r A ) f1.21.50.5V 1.5 1000 25L605、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- dp Akp A ，其中 k=0.4h -1 。若系统保持恒压dtp=0.1MPa, 0=0.8m 3/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c A0pART0.110611.5 mol m38.314 1045V pc A0xAdxAv00 (xA

10、)pApA01x Adp ApA 0 ( 1(1 xA )(1 x A )1) dxA1x Adt(1xA ) 2dtdpAdtdx即：A( r A )2dxA1x A1xA2 dtkpAkpA0 1xAk (1xA )(1xA )k (1 xA2 )22cA 0dxAk c A0 (1x A )1x Adt2V pxAdx A2 ln12ln 2 3.466v00kx A )k 1xA0.4(12V p3.4660.82.77m38、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

11、，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：(rA )kcAk0 exp(E) cAVPRT1dxA1x AdxAx APFRln( 1 xA )FA00 ( rA )cA0 k 0 1 xAcA0 kCSTRVmxAFA0 cA 0 k (1xA )VmxA kVpk (1 xA ) ln( 1xA )exp(EE)xAxA )RTmRTp(1xA ) ln( 1IF TpTmVmxA kVPk(1xA ) ln(1 xA )xA(1xA ) ln(1xA )I

12、F Vm1and xA0.6VP1exp E TPTm10.6R TPTm0.6 ln(1 0.6)1exp 84000423.15Tm1.6378.314423.15Tm0. 6109 exp 23.876 423.15 Tm Tm0. 492923.876 423.15 TmTm0.02064Tm423.15TmTm432.07Kn2,VmxAVm21FA 0kcA2Vm1cAn1/ 2,VmxAVm1/ 2cA1/ 2FA0kcA1/ 2Vm1n1,VmxA1Vm 1cA2FA0kcAVm1Vmn1或 VmnFA0 xAfVm1cAn1kcAfnPPT 课件答案1、 在间歇反应器中进行液

13、相反应-2k=61.5 ×10 L/ （ mol ·h） ,计算当A+BP ， CA0=0.307mol/L ，测得二级反应速率常数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、 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 )= kC ACB ； k=9.92 ×10-3m3/kmol ·s； CAO =0.1kmol/m 3； CBO=0.08kmol/m 3 ； xA =0.95 ；t/=1h ；每天处理300kg 环戊二烯。求：反应器有效容积？tC AOx

14、AdxA；(-r A )= kCA C B = kC AO CBO (1x A ) 20( rA )tCAOxAdxA1x AdxA0 kCAO CBO (1 xA )2kCBO0(1xA )x A10.951kCBO (1xA )9.9210 30.08 10.956.65 h3600vovOAvOB300 / 66300 / 661.8942.367 4.261 m3 / h240.1240.08V= vO (tt / )4.261( 6.651)32.6m3 3 、 在 等 温 间 歇 反 应 器 中 进 行 乙 酸 乙 酯 皂 化 反 应 ：CH3COOC2H5+NaOHCH3COON

15、a+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 0XAfdX A /(-RA)=CA0 0XAfdXA/k2A0C 2A0 (1-XA)2=1/(kCA0)XA/(1×-XA) =1/(5.60.02)××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。