分离过程计算题(1)

1、2007) 1、液相平行反应Pr P=2CAmol/L min-1RrR= 1mol/L min-1SrS=1CA2mol/L min-1CAo=2mol/ L, CPo = CRo = Co = 0 , P 为目的产物，求：(1) 在全混流反响器(CSTR中能得到P的最大浓度;(2) 在平推流反响器(PFR中能得到P的最大浓度;答：解：瞬时选择性Sp =2Ca2(1+Ca)dCP-dC A分)(1) CSTR(全混流反响器)中：平均选择性=瞬时选择性分)(1(1Cp-Cpo 2CA2CA=2 Cp = (C A0 - CA )2Cao - Ca(1 + Ca)2p A0(1 + Ca)2dC

2、p=0 ? Ca =1.5mol/l ? Cp,max = 1.2mol/l(3dC A分)(2) PFR(活塞流反响器)Cp =Cp =Ca02Ca人乔edCA令2CaA 2dCA = (1 + Ca)2dCpdC?0? Ca = 02l n(1 +4) +21+4-2 = 1.6mol/l2、根据反响的T-X关系图，答复以下问题:M温度.T1AB线、NP线各称作什么线？2在等温线上，A、D、0、E、M点中，那点速率最大？那点速率最小？3 在等转化率线上，H、C、R、0、F、B点中，那点速率最大？那点速率最小?4在C、R两点中，那一点速率大？答:(1 )AB是平衡曲线，NP是最正确温度曲线；

3、(2分(2)M点速率最大，A点速率最小；(2分(3)O点速率最大，B点速率最小；(2分4 R?C; 2分5M点速率最大。2分3、在间歇搅拌釜式反响器中，用己二酸 硫酸催化下进行，其动力学由实验测得：CAo=CBo=0.004kmol/L, k=1.97 L / kmol?mi n.A与己二醇B聚缩制醇酸树脂。反响在-rA=kC aCb,实验条件：反响温度70 C,假设每天处理2400Kg己二酸，己二酸转化率在解：Ca=Cbo2rA = kCA(1 分)分t=CAo /kCAo(VXA)2XakCAo 1-Xa= 5073(mi n)(2t R分507.360= 8.5h(2分Qo =24001

4、46 X24 X0.004=171.叫(2(2V = QO(tR +tO) = 171.2 X(8.5 + 1) = 1.6m3分= 1.60.75=2.2m34、对一级反响 AtR,反响速率常数 k=1 min-1，采用空时均为1 min的全混流反响器CAo=2 kmol/m与平推流反响器相互串联操作，计算以下两种串联方式的转化率。其中(a)解：对情况a：1 X1对情况C A1C aoeC A10 .736X1b:C A 2 = C A1 e = 1 XeC A0 C A2C A0=0.736 kmol0.368 kmol2- 0.3680.8163=1 .0 kmol / m X11 X3

5、=0.368kmol /m32-0.36820.816两种情况有相同的转化率，混合早晚无影响。2 分1 分1 分1分2022 三、全混流反响器体积Vm=2m3,平推流反响器体积Vp=1m3,对一级反响1 AR,在相同的温度、进料流率条件下，求：1采用“先全混后平推的顺序串联操作时，出口转化率为X1是多少？2假设采用“先平推后全混的顺序操作时，出口转化率X2又将是多少？进料体积流率为 V0=1 m3/h，反响速率常数为1h 1°14解方程得：Xa= 0.816 = 81.6 %分kCA01XA1 1 k 1V11 111hX A150%2 分V011 1 1XAC A0 XdxA丄in

6、1XaJXa1 分Xa 0kCA0 1Xa kXa11 XaV11 x A1xA21h得方程：ink 21 分V。1Xa1 1 Xa解：1 1cA0Xa1 Xa12 分1 分Cao 0XA1dxA5(1Xa)llnk(2 分)V。X A1 1XA1k1 163.21%(2 分)C A0 (X AkCA0(1Xa1)x71)Xa Xa1k(1 Xa)(1 分)V2V0Xa Xa1Xa(1 分)解方程得：Xa = 0.816= 81.6%(1 分)四、液相平行反响PArp=k1CArR=k2 Ca2k1=1.0h-1, k2/k1=1.5 L mol-1, CAo=2mol Vo=5m3/h，出口

7、 A的转化率为 90%，试求:(1)(2)(3)L-1, Cpo= Cso =0,要求反响流体的进料速率为在全混流反响器中能得到 P的浓度； 在平推流反响器中能得到 P的浓度； 假设采用两个全混流反响器串联操作，为获得产物 的 反 应20 分P的最大浓度，每个反响器所需 应总 体 积。解：1CSTR 中:rppmpm(rA )k1C Ak1CAk 2CACpCA0CACp(CA0 Ca ) k 1k1k 2CA(2 0.2) 111.5 0.2(2) PFR 中:dCp pdCAk1CA&Cak 2C ACp0(3 分)1.385mol /111 1.5Ca(2 分)(3 分)CA0d

8、CACa1 1.5CA61 g。丄 ln 1 15 21 1.5Ca1.51 1.5 0.21.50.749mol/13两个CSTR串联:(2 分)Cpm1 (C A0 CA1)m2 (CA1 CA)Ca1)kjk 1k 2Ca(CA1 CA )kJ(C(C A0k1 k 2CA1 V11 1.5Cai叫0 得:dCAV2(2 Cai)C A1V0(CA0 CA1 )k1CA1 k 2CA1V 0 (CA1 C A ) k1C A k2CA1 1.5Ca (CA10.853mol /15 (20.853)1 0.853 1.5 0.8532Ca)2.95m35(°.853 巴12.5

9、6m31 0.21.5 0.22(2 分)(1 分)(3 分)(3 分)V 总=V1+V2 = 2.95+12.56= 15.51m3五、在一闭式容器中进行停留时间分布的脉冲实验，测得数据如下：t (mi n)0246810121416CA(kg/m3)06.512.512.510.05.02.51.00求: 1 Et、22假设在该容器内进行-级不可逆反响，rA -kCA,k-0.15mi n-1,假设实测E (t)数据可用多釜串联模型拟合, 求 N 及Xa。20 分解：(1) C0= 2/2 :0+2 X(6.5+12.5+12.5+10.0+5.0+2.5+1.0 )+0 = 100 Kg

10、/m 3(2 分)t (min)0246810121416Ca06.512.512.510.05.02.51.00E(t)-CA/C000.0650.1250.1250.100.050.250.100t E(t)00.130.50.750.800.500.300.140t 2E(t)00.262.004.506.405.003.601.960(写出上述表格中的数据，即E(t)函数，2 分)0 tE(t)dt20 2 (0.13 0.50.750.80 0.50 0.30 0.14)02=6.24min(2 分)20 t E(t)dt-2t-0+2X (0.26+2.00+4.50+6.40+5

11、.00+3.60+1.96)+0 6.24222=8.50min(2 分)-2t8.506.2420.218(2) N4.580.218(2 分)(3 分)Xa 1(10.15 6.2450.57657.6%)5(7分，其中写出公式 3分；正确代公式中数值 2分;结果正确一一2分)六、气固相一级不可逆催化反响A B，催化剂为直径5mm球形颗粒，以单位床层体积为基准的反响速率常数k=2S-1,床层空隙率& b=0.4 ,测得内扩散效率因子n=0.672,计算以下情况下的宏观反响速率常数Kw。(1) 催化剂粒径改为直径 3mm，其它条件不变；(2) 改变填充方式，使 £ b=0.

12、5，其它条件不变。解:丄)s0.672 得出：s0 3sdks2 (1 B)De(2 分)(2 分)(1)改变粒径，而不改变其它条件:那么：s1s0d1, s1d°3 351.82 分此时，3 1s1 th s11s13113 11 0.8341.8 th1.81.82 分kwi = n 1 kv = 0.834X 2 = 1.67 s-1m-3 床层2 分2改变填充方式，其它条件不变:那么：s01 b0 1 B2 10.51 0.41.0951 分s21.0953.2861 分2 s21th-丄s2s2盘h3.2860.6383.2862 分kw2= n 2 kv = 0.638X

13、 2 = 1.27 s-1m-3床层2 分2022 三、计算题：共50分1、在体积为0.12m3的全混流反响器中进行反响A + B R + Sk2= 3m3/kmol min，两种反响物以等体积参加反响器，一种含 含B1.6kmol/ m 3,假设系统的密度不变，式中 k1= 7m3/kmol -min,A2.8kmol/ m 3,另一种B的转化率为75%,求每种物料的流量？ 15分解：Ca0=1.4 kmol/ m 3, Cb°=0.8 kmol/ m 32 分Cb = Cb01-Xb = 0.2 kmol/ m 3Cr = Cs= Cb0 Xb= 0.6kmol/ m 3Ca =

14、 Ca0 Cb0 X b= 0.8 kmol/ m 3rA= k1 Ca Cb k2 CrCs= 0.04 kmol/ m 3 min3分2 分C b 0X b 0.6h而伽“公式2分，结果1分Qo = V/ t =0.12X 1000/15=8 L/ min 公式 2 分，结果 1 分每种物料流量各为 4L/ min2分反响2、液相平行p=2Camol/L min-1A :prR= 1mol/L min-1rS=1C a2mol/ L min-1CAO=2mol /L, Cpo=Cro= Cso= 0,CSTR 中能得到P的最大浓度;PFR 中能得到P为目的产物，求:(1) 在全混流反响器(

15、2) 在平推流反响器(P的最大浓度。15 分解：瞬时选择性 Sp21CadCP-dCA3 分1CSTR 中:平均选择性=瞬时选择性1 分即:Cp- CpoCA0 - CA1ca2cpCao-Ca11ca22 分因为O<Cao<2 ,在此范围内，当 Ca= 0时，Cp有最大值。(1 分)CPmax 2-012mol/L2 分2 PFR中:CPCA0Ca12 dCA1 Ca(2分)令dCPdCACa0 2 分CpCA01 Ca2 dCA-11 Ca0.667mol/l02 分3、在一闭式容器中进行停留时间分布的脉冲实验，测得数据如下:t mi n0246810121416CAkg/m306.512.512.510.05.02.51.00求：(1) E (t)、t、c o(2)在该容器内进行一级不可逆反响(一rA) =kCa, k=0.15min-1,用多釜串联模型解:_ 23(1) C0 0202(6.5 12.512.510.05.02.51.0)100Kg/mt0246810121416CaE(t)00.0650.1250.1250.10.050.0250.010CA0tE(t)00.130.50.750.80.50.30.140t2E(t)00.2624.56.453.61.960写出Et数值，2分t tE