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。_10.9_1一行 1-0.92动力学方程为3、在间歇反应器中有一级液相可逆反应 AuP,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。宿dCA斛：-dt=k1cA-k2cp&=K=CA0XAe=2 即 k1=2k2k2CAeCA0(1-XAe)根据一级可逆反应积分式112/t=ln&e-8=ln3.kk2=0.08664

2、min1k1k2XAeXAk1k2183_i.ik1=0.05776mink2=0.02888min1A=k1PA-k22.5(PAO-PA)出41-XA(kcA0)8min_10.8_181-0.8-2dCA学=2FCp=0.05776cA-0.02888cpkt(kCA0)18min假设正确,1dnAnA一A-3P,其动力学方程为(-A)=-A=k,在反应过程VdtV中系统总压 pt及组分 A 的分压均为变量，试推导dpL=f(pA)的表达式。dt5、恒温恒容的气相反应Pt=PA3(PA0-PA)即pt=-2PA-pA0dPtndPA二-2dtdt8、纯气相组分 A 在一等温等容间歇反应器

3、中按计量式Au2.5P进行反应，实验测得如下数据，时间/min02468101214分压 PA/MPa0.10.080.06250.0510.0420.0360.0320.0280.020用积分法求此反应的动力学方程式。解：由于当tT8时，PA=0.02常数，因此假设为一级可逆反应。A；2.5PPPe=2.5(PAO一PA：)=2.5(0.1一0.02)=0.2MPa.红=吐=亚=1。即,k2PAe0.02dcAdtk1CA-k2cp即,k1PAeRT-k2PPeRT解:(-rA)过二k。vdtVdCA=1dPA_1dPA_1dPtk上dT一一所下一2一了一V=kcA=kPARTdt=2kPA

4、达到平衡时,k1=10k2lndPAln12.5kdtPA0In12.5kt0.8PA0PAA0=0.126CA-0.0126cp12PA0.5k212.5k2t斜率=0.1581即,12.5k2=0.15811k2=0.0126min1k1=0.126min即drdPAdt=12.50.0126(PA-0.2PA0)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？1kt=ln1-XA1111.k=-ln=ln=0.1mint1-xA120.7在PFR中所需的空时=tBR=1

5、2min“11斛.仝速=0.083min12_cA0XA_cA0XA_XA(-rA)fkcAk(1XA)0.770.=23.3min0.1(1-0.7)313i.、v=0.0429minc703、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/L1.32.0(-rA)/mol/(L.min)50.100.060.050.045 0.042(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，CA0=.5mol/L,FA0=1000mol/h,求XAO=0

6、.30A0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解：由cA(rA)表作出cA曲线(-rA)CAO=1.3mo,lL,cAf=0.3molLIBR二？用梯形法,/11、=0.1乂(0.5x+0.6+0.51+0.25+0.11+0.061x-)2211+-x0.2父(0.06+0.05)+一0.3父(0.051+0.0451)22=127min在CSTR中.ccCA0.1 01.01.32.0(-A)0.1 0.060.050

7、.0450.0421103.3321.67241016.672022.2223.8(TA)CAf=CA0(1XA)=1.5(10.3)=1.05molLVpCAOdcA15dcAFAO=CAG=105G用内插法：10.05CA=1.05,=20-(22.22-20)=200.1672.22=20.37(-A)0.3，、10.2CA=1.5,=22.22+(23.822.22)=22.67(A)0.7梯形法：Vp11(1.3-1.05)(20.3722.22)10.2(22.2222.67)=9.81minLmolFAO22(3)cAf=CAO(1-XA)=1.2(1-0.75)=0.3moll

8、1000=1.525L605、丙烷裂解为乙烯的反应可表示为C3H8-C2H4+CH4（忽略副反应）在 772c 等温反应时，动力学方程为-dpA=kpA,其中 k=0.4h-1。若系统保持恒压 p=0.1MPa,dtvo=O.8m3/h（772C,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Vp=9.81F0CA0100060=9.811.2=109FA01.2-=1.5dxAkk2即:H=-(1-XA)(1XA)=-(1-XA)dt22Vpk(1-XA)ln(1-XA)IFTp=TmVm二-XAkCA0Vp_PA_0.1106.115m

9、oim3II.UIIIOIIIIRT8.3141045XAdXAVo=CA0PA=PAOdpAdt0(-XA)1-XA1XA2dpA1(1XA)-(1-XA)1dXAdt-A0(1XA)2dtdxA21XAdt=-kpA=-kpA01-XA1XA(-rA)CA0dxA1xAdtk-=2CA0(1_XA)VpVoXAdxA2,1二ln)kk1-xA-2ln2=3.4660.4Vp=3.4660.8=2.77m3p8、一级反应 A-P,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 84kJmol-1,如改用全混流反应器， 其所需体积设为化率为 0.6 时，如果使 Vm

10、=Vp,反应温度应如何变化全混流反应器的体积将怎样改变？Vm,则 Vm/Vp 应有何关系？当转?如反应级数分别为 n=2,1/2,-1 时,解:(-rA)=kcA=koexp(-RT)CAPFRCSTRVPFAoVmXAdxA1XAdxA(-A)CAOk0XA1-XA-1备1n(iA)VmFA0CA0k(11XA)一XAk=-exp(元一品(1.XA)ln(1i)XAVP-k(1-XA)ln(1-XA)(1-XA)ln(1-XA)cijc1=0.5 时,口3)=0.50.615x0.307=5.30(A)(1-05)0.9启=0.9日寸，=47.70(力)当x1=0.99山J,外0.615x0

11、.307(10.9)10.99x=524.70(白)0,615x0.307(1-0.99)VmIF=1andxA=0.6VP一 expEH、RTPTm0.6X(1-0.6)ln(1-0.6)1=exp84000423.15-Tm丫8.314、423.15Tm,x1.6370.6109=exp23.876423.15-TmTm423.15-Tm-0.4929=23.876mTm-0.02064Tm=423.15-TmTm=432.07Kn=2,Vm8=1/2,FA0VmXAkcAXAVm2n=-1Vmn7nJVm1CA或 VmnkcA1FA0XAfkcnkcAfVm1Vm1/2Vm1Vm_1Vm

12、1CA1/2=CA2=CAPPT 课件答案1、在间歇反应器中进行液相反应k=61.510-2L/(molh)，计算当反应时间，并对计算结果加以讨论。A+B-P,CA0=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 所需要的解，根据 CSTR 基本方程(一。)当C万。/=1寸，(7-)-Arc：(1-当=51，(一、一、) )=左一-XR)大JQJ口O#*)(5X#)1LXfljc.cljcar=crrAkj.J(1xQJf(5x；)_1门5x4大仁川。5(1=0.5时-t-,=In- 5=O.78(Zr)4x0.615x0.3

13、075x(10.5)当 x1=0.9时1.50.9t、-In=2.79(7?),4x0.615x0,3075x(10.9)当然=0.99 时,分析:等当量配料，随转化率提高,反应时间迅速增长：若采用过量组分配科，R8 转化率提高,反应时间增长放慢口2、已知：苯醍与环戊二烯在 25c 下进行液相二烯合成反应 A+B-C33_3_3（-A）=kCACB;k=9.9210m/kmols;CAo=0.1kmol/m;CBo=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？XAkCBO(1-XA)9.921040.08300/66300/663Vo=

14、VOAVOB1.8942.367=4.261m/h5一0.994x0.615x0.307=5.81(A)5x(10.99)t=CAOXAdxA)E2(-rA尸kCACB=kCAoCBO(1-XA)XAt-CAO0dxAXAdxAkCAOCBO(1-XA)kCBO.0(1-XA)0.951-0.951=6.65h3600240.1240.08V=VO(tt/)=4.261(6.651)=32.6m33、在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应：CH3COOC2H5+NaOH 一CH3COONa+C2H50H 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

15、/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=CA000XAfdXA/(-RA)=CA000XAfdXA/k2A0C2A0(1-XA)2=1/(kCA0)XA/(1-XA)=1/(5.60.02)095/(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?1卜万(1.3-0.3)22.