理想流动均相反应器设计题解

1、第三章 理想流动均相反应器设计题解 1、间歇反应器与全混釜恒容一级有一等温操作的间歇反应器进行某一级液相反应，13分钟后,反应物转化了70%.今拟将此反应转至全混流反应器,按达到相同的转化率应保持多大的空速?解:=kt, =0.7 ， CA=0.3CA0间歇釜中0.3=13k， k=0.0926 min-1 在全混釜中=25.2 min-1空速S=0.0397min-12、平推流恒容一级有一个活塞流管式反应器于555K,0.3MPa压力下进行AP气相反应,已知进料中含30%A(mol)，其余70%为惰性物料.加料流量为6.3mol/s.该反应的动力学方程为rA=0.27CA mol/m3

2、83;s,要求达到95%转化.试求所需的空时? 反应器容积?解: P =11.1 SVR =P·v0=P而CA0=0.0198mol/L=19.8mol/m3VR=11.1s×=3.53m33、平推流变容过程一级有一纯丙烷裂解反应方程式为C3H8C2H4+CH4.该反应在772等温条件下进行,其动力学方程式为-dPA/dt=kPA,忽略存在的副反应,并已知k=0.4h-1 反应过程保持恒压0.1MPa. 772和0.1MPa下的体积进料量为800L/h,求转化率为0.5时所需的平推流反应器的体积.解: A=0.5kP=(1A)(1-A)- AAf0.4P=(1+0.5)(1

3、-0.5)-0.5×0.5P=1.974hVR=Pv0=1.974×800=1579L=1.579 m34、间歇釜变容一级一级气相反应A2R+S ,在等温等压间歇实验反应器中进行,原料中含75%A(mol),25%(mol)惰性气体,经8分钟后,其体积增加一倍.求此时达到了多大的转化率? 速率常数多大?解: 膨胀因子 A=2膨胀率 A=yA0A=0.75×2=1.5对应转化率XA的反应体积 V=V0(1AA)所以，A=66.7%K=0.0735 min-15、全混流恒容二级反应在全混流反应器中进行液相均相二级反应:A+BC,在298K下的动力学方程式为rA=0.6

4、CACB mol/(L.min),该反应的进料速率为0 =0.018m3/min.A,B 的初始浓度相同,均为0.1mol/L,要求出口的转化率为90%,求需多大的全混釜?解: =mm =150 minVR=v0m=0.018 m3/min×150min=2.7 m36、多釜串联液相二级某一液相反应A+BR+S,其速率常数k=9.92m3/(Kmol·KS),初始浓度为0.08Kmol/m3 ，在两个等体积的全混釜中进行反应,最终出口转化率0.875.进料体积流量为0.278m3/KS .求全混釜的总体积?解： 1= 2= 1=2 两釜相同所以， =, 而xA2 =0.87

5、5整理有 (1-0.875)2 xA1=(0.875- xA1)(1- xA1)2试差解得 xA1=0.7251所以，VR1=4.16 m3总反应器体积 VR=2VR1=2×4.16=8.33 m37.【自催化反应优化】自催化反应 A+RR+R，速度方程为-r=kCACR，体系总浓度为C0= CA+CR 。若给你一个管式反应器和一个釜式反应器，为满足同一生产要求怎样联结设备费较少？（5分） 解：A+R R+R -rA =kCACR C0 =CA + CR. 串联连接，管式反应器加釜式反应器 速度较快，同样转化时所用的体积较小。 只有当CAm = CRm = 0.5(CA0 + CR0

6、) = 0.5C0 时速度最快。 或 当总空时= 1+1 最小时反应器体积最小。 对 = + 对CA1求导时最小时VR最少。 此时的xA为全混釜出口最佳转化率。8. An aqueous feed of A and B (400l/min,100mmolA/l 100mmolB/l) is to be converted to product in a play flow reactor ,the kinetics of the reaction is represented is A + B R -rA = 200CACB mol/l*minFind the volume of reacto

7、r needed for 99.9% conversion of A to product Answer : k= 1/CA 1/CA0 kCA0 = xAf /1- xAf = 0.999/1-0.999 = 999. K = 200l/mol *min = VR/V0 = 1/k CA0 = 1/200*0.1 = VR/400 VR = 20L9. A gaseous feed of pure A (2mol/l 100mol/min) decomposes to give a variety of product in a plug flow reactor The kinetics

8、of the conversion is represented by A 2.5B -rA = 10(min-1) Find the expected conversion in a 22-liter reactor Answer: CA0 = 2 mol/l FA0 = 100 mol/min -rA = 10(min-1) CA= VR/V0 = = VR CA0 / FA0 = 22*2/100 = 0.44minx A = 1 e-10*0.44 = 1 e-4.4 10、 A liquid reactant stream (mol/l) passes through two mix

9、ed flow reactors in series The concentration of A in the exit of the first reactor is 0.5mol/l find the concentration in the exit stream of the second reactor .The reaction is second order with respect to A and V2/V1 = 2Answer : -rA = KcA2 =22*2 =44CA22 + CA2 0.5 = 0CA2 = (-1 ±)CA2 = (3-1) = 1/

10、4 = 0.25 mol/l1. 在等温操作的间歇反应器中进行一级液相反应，13分钟反应物转化了80%，若把此反应移到活塞流反应器和全混流反应器中进行，达到同样转化所需的空时和空速？（20分）解： k=min-1 活塞流：= t = 13min 空速 ：s = 1/= 1/13 = 0.077min-1 全混流：= = 32.3min2. 自催化反应 A+RR+R，速度方程为-r=kCACR，体系总浓度为C0= CA+CR 。若给你一个管式反应器和一个釜式反应器，为满足同一生产要求怎样联结设备费较少？（5分） 解：A+R R+R -rA =kCACR C0 =CA + CR. 串联连接，管式反

11、应器加釜式反应器 速度较快，同样转化时所用的体积较小。 只有当CAm = CRm = 0.5(CA0 + CR0) = 0.5C0 时速度最快。 或 当总空时= 1+1 最小时反应器体积最小。 对 = + 对CA1求导时最小时VR最少。 此时的xA为全混釜出口最佳转化率。3. An aqueous feed of A and B (400l/min,100mmolA/l 100mmolB/l) is to be converted to product in a play flow reactor ,the kinetics of the reaction is represented is

12、A + B R -rA = 200CACB mol/l*minFind the volume of reactor needed for 99.9% conversion of A to product Answer : k= 1/CA 1/CA0 kCA0 = xAf /1- xAf = 0.999/1-0.999 = 999. K = 200l/mol *min = VR/V0 = 1/k CA0 = 1/200*0.1 = VR/400 VR = 20L4. A gaseous feed of pure A (2mol/l 100mol/min) decomposes to give a

13、 variety of product in a plug flow reactor The kinetics of the conversion is represented by A 2.5B -rA = 10(min-1) Find the expected conversion in a 22-liter reactor Answer: CA0 = 2 mol/l FA0 = 100 mol/min -rA = 10(min-1) CA= VR/V0 = = VR CA0 / FA0 = 22*2/100 = 0.44minx A = 1 e-10*0.44 = 1 e-4.4 5.

14、A liquid reactant stream (mol/l) passes through two mixed flow reactors in series The concentration of A in the exit of the first reactor is 0.5mol/l find the concentration in the exit stream of the second reactor .The reaction is second order with respect to A and V2/V1 = 2Answer : -rA = KcA2 =22*2

15、 =44CA22 + CA2 0.5 = 0CA2 = (-1 ±)CA2 = (3-1) = 1/4 = 0.25 mol/l第三章均相反应器习题1、在等温操作的间歇反应器中进行一级液相反应，13分钟反应物转化了80%，若把此反应移到活塞流反应器和全混流反应器中进行，达到同样转化所需的空时和空速？2、在平推流反应器进行液相均相反应:A+BR(目的) rR =1.6 CA,Kmol/m3·h CA0=2 Kmol/m32AD rD=8.2 CA2,Kmol/m3·h求A的转化率95%时所用的时间? 此时R的收率? 若处理量为200L/min时 VR =?3在反应体

16、积为1m3的间歇操作釜式反应器中，环氧丙烷的甲醇溶液与水反应生成丙二醇 H2COCHCH3+H2OH2COHCHOHCH3该反应对环氧丙烷为一级，反应温度下的速率常数为0.98h-1，原料液中环氧丙烷的浓度为2.1kmol/m3，环氧丙烷的最终转化率为90%。若辅助时间为0.65h，一天24小时连续生产，试求丙二醇的日产量是多少?4、一个含有A和B液体(CA0=0.10mol/L、CB0=0.04mol/L)，以体积流量2L/min流入容积V=10L的全混流反应器，物料在最佳的条件下进行反应A2B+C。已知由反应器流出的物料中含有A、B和C(CAf=0.04mol/L)。试求：在反应器内条件下

17、，A、B和C的反应速率？ 5、一个液相反应：k1 A+BR+S k2 其中：， 反应是在一个容积为120L的稳态全混流反应器中进行的，两条加料线，一个保持2.8mol/LA的浓度，另一个保持1.6mol/LB的加料浓度，两条线分别是等体积速率进入反应器，要求指定组分转化率为75%。求每条线的加料流量？假设反应器内密度为常数。6、某液相二级反应:A+BR+S，其速率常数,在全混流反应器中进行,CA0=CB0=2mol/L,要使出口A的转化率达0.875。求： (1) 在单个全混釜中进行，进料体积为0.278m3/KS，求全混釜体积 ； (2) 当进料体积流量不变，用两个相等体积的釜，求全混釜总体

18、积 .7、在等温全混流釜式反应器中进行下列液相反应： A+BP(目的) ， 2A R ， 试计算反应2hr时A的转化率和产物P的收率？8、图解设计一个四釜等体积串联釜式反应器，A初始浓度为2mol/L,要求转化率为80%，rA=3CAmol/Lmin,求每釜的空时和总反应空时。9、在一等温操作下的间歇釜中进行某一级液相反应，13分钟后反应物转化了70%，今若把此反应移到活塞流反应器和全混流反应器中进行，达到相同的转化率所需的空时和空速可为多少？10、在某一全混流反应器中进行均相液相反应：AR，转化率=0.50, 其它数值不变。 (1) 若把反应器的体积增大到原来的6倍，转化率为多少？(2) 若

19、反应在一个与其容积相同的活塞流反应器中进行转化率为多少？11、在555K及0.3MPa的平推流管式反应器中进行AP的气相反应。已知进料中含30%A(mol%)，其余为惰性物料，A的加料流量为6.3mol/S，动力学方程为：，为了达到95%的转化率。试求反应器的容积大小？12、有一级气相反应：2AR+2S,在平推流管式反应器中进行，当空速为1min-1时，纯A进料的转化率为90%。求在A的转化率为95%时该反应器的单位体积进料量。13、均相反应：A3R，服从二级反应动力学，在0.5MPa、623K 和纯A进料下，采用一内径为2.5cm，长2m的实验反应器能获得60%转化率。为设计工业规模的反应器

20、，当处理量为时，进料中含50%A和50%惰性物，在同样的0.5MPa和623K下反应，要达到80%转化率，试问：需2.5cm内径2m长的管子多少根？14、在恒容间歇反应器中，气相反应物A在373K时分解，得到的数据列于下表。反应的化学计量关系是2AR+S，在373K，0.1MPa下处理含有20%惰性气体的进料100molA/h，要求A的转化率为95%。问需要多大的平推流反应器？t(s)020406080100140200260330420PA×10(MPa)10.80.680.560.450.370.250.140.080.040.0215、一个2m3的活塞流管式反应器，进行AR的一级可逆反应，其反应速率方程为：，进料中含有CA0=0.1mol/L的A水溶液。试求： (1)平衡转化率； (2)在反应器中的实际转化率。16、在一个活塞流反应器中进行下列反应： k1 k2ARS反应均为一级，反应温度下，k1=0.3min，k2=0.10min，进料A的浓度为CA0，进料流量为150L/min。试计算目的产物R的最高收率和最大选择性以及达到最大收率时所需的反应体积。17、二级液相反应，反应物浓度为1