反应工程课后答案

1、 精品文档 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。 kt丄亠 XA 1 0.8 1 8 1 0.8 2 1 0.9 1 18 1 0.9 2 动力学方程为 dCA , 2 kCA dt 根据一级可逆反应积分式 中系统总压pt及组分A的分压均为变量，试推导 如 f(pA)的表达式。 dt CA0 (kCA0 ) 8 min (kCA0 ) 1 8min 假设正确, A P , 8min后，A的转化率为1/3，而平衡转化率是 3、在间歇反应器中有一级液相可逆反应 应 初始反应时 C

2、Ao=0.5mol/L , CP0=0反 2/3，求此反应的动力学方程式。 解: dC A dt k1C A k2C p k1 k2 K N C Ae C A0(1 C A0XAe XAe) k1 2k2 t In k1 k2 XAe XA XAe 1 k1 2 .3 ln1 3 k1 k2 哑 0.08664 mi n 1 k1 0.05776 min k2 0.02888 min dCA dt k1C A k2C p 0.05776CA 0.02888CP 5、恒温恒容的气相反应 A T3P,其动力学方程为(rA) 1 dnA V dt nA k，在反应过程 1欢迎下载 精品文档 Pt 即

3、 dpt dt 解：（A） pA 3( pA0 Pt 2PA 2dpA dt 1 dnA PA) PAO v dt dCA dt k匕 RT k比 V 1 dpA RTdT 1 dpA 2RTT 1 dpt 2RT dt knA 得dpt 得 _ dt 8、纯气相组分 数据， 时间/min 2kpA A在一等温等容间歇反应器中按计量式 A 2.5P进行反应, 实验测得如下 0 分压 pA/MPa 0.1 0.08 0.0625 0.051 用积分法求此反应的动力学方程式。 10 12 14 OG 0.042 0.036 0.032 0.028 0.020 解：由于当t 时，PA 0.02常数,

4、 因此假设为一级可逆反应。 达到平衡时, A 2.5 dc A dt PP k1C A 25( p A o k2C p PA 2.5(0.1 0.02 ) 0.2 MPa 即, k PAe k P pe 1 RT 2 RT P pe 0 .2 匕 10 PAe 0.02 k1 k2 即，k1 10k2 dp A dt k1 PA k2 25( pAo PA) 2.5k2 PAO 2.5 k 2 p A0 1 12 .5k2 (PA - PAO) 5 10 k2 PA 12 .5k2 PA 2.5k2 PAO 2欢迎下载 精品文档 dp A _1 P A 0 5 12 .5 kdt In p A

5、 12 .5 kt P In 1 P A 0 5 1 In A 0 A A 即, dcA dt dpA dt 0.8 p AO 1 P A 0 5 12 .5 k 2 0.126cA 0.0126cp 12.5 0.0126( PA 0.2PA。) 3欢迎下载 12 .5 k 2t t 斜率 0.1581 即,2.5k2 0.1581 k2 0.0126min 1 k1 0.126min 1 精品文档 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？ 1111 k - l

6、n In 0.1min t 1 xA 12 0.7 在PFR中所需的空时 tBR 12min 1 1 解：空速 v 0.083 min 12 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。 4欢迎下载CA/mol/L 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1.0 1.3 2.0 (-r A)/mol/(L.mi 0.1 0.3 0.5 0.6 0.5 0.25 0.10 0.06 0.05 0.04 0.04 n) 5 2 c 3、液相反应在一间歇反应器中进行，反应速率如下表所

7、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， CA0=.5mol/L , FAo=1000mol/h，求XAO=O.3O kt ln - 1 1 XA 在CSTR中 CAOXA (5)f CAOXA XA kCA k(1 XA) 0.7 0.1 (1 0.7) 70 3 23.3min 0.0429 min 70 解：由cA ( rA)表作出 cA曲线 127min 用内插法: 5、丙烷裂解为乙烯的反应可表示为 GHT GH+CH （忽略副反应） 在772C等温反应时，动力学方程为-醒 kpA，其中k=0.4h -1。若系统保持恒压 p

8、=0.1MPa, dt 5欢迎下载CA 0.1 0.2 0.3 0.4 05 0.6 0.7 0.8 1.0 1.3 2.0 (A) 0.1 0.3 0.5 0.6 0.5 0.25 0.1 0.06 0.05 0.045 0.042 1 (A) 10 3.33 2 1.67 2 4 10 16.67 20 22.22 23.8 1.5 (1 0.3) 1.05mol L CA0 (1 XA) CAf 精品文档 CAO 1.3moFL 用梯形法 CAf 0.3mol L tBR 1 1 0.1 (0.51 - 2 0.6 1 0.51。右 H 0.061 1 (1) 1 0.2 (0.061

9、2 0.05 1)1 0.3 (0.051 0.0451) 2 FAo CA0 dcA CA A) 15dCA 1.05 ( A) cA 1.05, (2)cA 1.5, 1 (A) 1 (r A) 20 阿(22.22 0.3 竺22 影(23.8 20) 20 0.167 2.22 20.37 22.22) 22.67 梯形法: F A0 (1.3 1.05)(20.37 22.22) 坯2 (22.22 22.67) 9.81min L. mol 1000 60 电 9.81 CA0 1 .2 (3)CAf CAO (1 XA ) 1.2(1 Vp 9.81 109l 0.75) 0.3

10、mol l V F A0 CA0 CAf 1.2 V 1.5 CA0 ( rA) f 1 .2 0.5 1000 25L 60 8、一级反应ATP,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 流反应器的体积将怎样改变？ 解: (A) kCA k0exp(屛 Vp xA dXA 1 xA dXA FA0 0 ( rA ) CA0 k 0 1 XA XAk E) _ XA

11、_ RTp)(1 XA)I n(1 XA) IFTp Tm 精品文档 3 V 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 CA0 6 PA 0.1 10 RT 8.314 1045 11.5mol. m3 Vp Vo PA dpA dt 即:些 dt XA dxA CA0 0 0 ( XA) 1 XA dpA PA0 : 1 xA dt 2 dxA 1 xA 2 dt k (1 XA)(1 2 CA0 dxA 1 PAO ( kpA XA) Vp XA dt 2cAo(1 1(1 XA) (1 XA) 1 dXA (1

12、 XA)2 ,1 XA kpA0- 1 XA )dt XA) 2 XA ) XA dXA 0 k 2(1 Vp 3.466 0.8 Vo XA) 2in- k 1 2.77m3 XA 2 |n 2 3.466 0.4 6(1 CA0 k XA) CSTR Vm XA FA0 CA0k(1 XA ) exp( E RTm k(1 XA)I n(1 XA) XAk Vp k(1 XA)I n(1 XA) XA (1 XA)I n(1 XA) 6欢迎下载 0.02064Tm 423.15 Tm n 2, Vm XA V一 2 1 FA 0 kcA Vm1 CA 1/2, Vm XA Vm1/2 1/

13、2 n 1/ 2 Vm1 CA F A0 kcA n 1, Vm XA kcA1 Vm 1 2 CA FA0 Vm1 Vmn Vm1 1 n 1 CA 或Vmn F A0 XAf kcAf PPT 课件答案 在间歇反应器中进行液相反应 A+B P, CAc=0.307mol/L ，测得二级反应速率常数 Tm 432.07 K 1、 2 k=61.5 X10- L/ (mol h),计算当 CB0/CAO=1和5时，转化率分别为 0.5,0.9,0.99 的反应时间，并对计算结果加以讨论。 解：根CSTR基本方程 当匸旳/ = 1时* k 0.615 x 0.307 1 =5 30(/7) 0,

14、615 x 0.307 1 * (1-0.5) 0.9 - =47*70(/7) (1 - 0.9) 0.99 - =524.70(/:) (1 -0.99) 当*点= 99时 ” Z| - 0.615 x 0307 * 精品文档 IFVP 1 and xA 0.6 exp E TP Tm R TpTm 0.6 1 0.6 ln(1 0.6) , 84000 423.15 Tm 1 exp 一 8.314 423.15Tm 1.637 0.6109 exP 23.876 4牲 423.15 Tm Tm 所需要 0.4929 23.876 7欢迎下载 分析；等当岸配料.随转化率提高，反应时间迅速

15、增左帛 若来用过呈纟目分配科* Pifi转化率提高.反应时间瑙长放慢 2、 已知：苯醌与环戊二烯在 25 C下进行液相二烯合成反应 A+B T C 3 3 3 3 (-r A)= kCACB ; k=9.92 X10 m /kmol s ; CAo=0.1kmol/m ; Qo=0.08kmol/m ; XA=0.95 ; t/=1h;每天处理300kg环戊二烯。求：反应器有效容积？ =0.91 l*J , s = 1 4 x 0.615 X 0.307 In 5 5x(1 69 -0.9) :2.79(A) 当九 =O,99irf, Z2 = 1 ln 5 0.99 =5.81(A) 4 x

16、 0,615 x 0.307 MJ. JL 5 x CAO XA dxA 0而 (-r A)= kC A CB =kC AOCBO (1 XA)2 CAO XA dxA 1 kCBO XA dXA 0 (1 XA) XA 1 0.95 1 6 65 h 3 6.65 h kCBO (1 XA) 9.92 10 0.08 1 0.95 3600 300/66 300/66 Vo VOA VOB 1.894 2.367 4.261m3/h 24 0.1 24 0.08 2 kCAO C BO (1 XA) 8欢迎下载 精品文档 =0.78(/ ) 精品文档 V=v(t t/) 4.261(6.65

17、 1) 32.6m3 3、 在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应： CH3COOC2H5+NaOCH3COONa+C2H5OH 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=CA。/ OXAdXJ(-RA)=CAO / OXAfdXA/k 2A0CA0(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？ XA