第三章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：In CAA0 =kt,CA0 CA =CA0 =，C A=间歇釜中.In = 13k, k= min在全混釜中T=VR = CA0 XA=V0 kCA0.70.3 0.0926=min-1空速5=丄=島2、平推流恒容一级有一个活塞流管式反应器于555K,压力下进行At P气相反应，已知进料中含30%A(mol),3其余70%为惰性物料.加料流量为s.该反应的动力学方程为rA= mol/m

2、 ,要求达到95%转化.试求所需的空时反应器容积 VrVR 1 inT P =而-下nCAO. =1 In FAQ =丄 In 込二丄 n U = CA k PA kYa k 1 Xa 0.27In11 0.95=T P V0= T PCA0而 CA0=瞬=0.0820.555=L=mS= X6.3mol/s3 =3.53m3 19.8mol/m33、平推流变容过程一级有一纯丙烷裂解反应方程式为Qff GH+CH.该反应在 772 C等温条件下进行，其动力学方程式为-dPMdt=kP a,忽略存在的副反应，并已知k=反应过程保持恒压.772C和下的体积 进料量为800L/h,求转化率为时所需的

3、平推流反应器的体积.£-2 1T k t p=一 (1 + e a) In (1- X a)-e aX AfT P= (1+ lnX1.5ln 2 0.25 _04=*= t pvo= X 800=1579L=1.579 m4、间歇釜变容一级一级气相反应 22R+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S a=3t1=2膨胀率 S A=yA0 S A=X 2 =对应转化率 *的反应体积 V=V 0(1 +s AX a)V 1所以，X A= -0=Y5 =%A

4、1.5K=1 ln 佥=8 ln F0167 = min-1 5、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+BT C,在298K下的动力学方程式为r A= mol/,该反应的进料速率为vo=O.O18m3/,B的初始浓度相同，均为L,要求出口的转化率为 90%,求需多大的全混釜-r _ CAOXAf _ CAOXAf _ CAOXAf _CAO XAf_= Z =22 = T mV0rAkCACBkCA2kCAO2 (1 XAf )20.6 0.0(9 O.9)2=150 min33/ -r=vo t m=0.018 m /min X 150min= m6、多釜串联液相二级某

5、一液相反应A+4 R+S,其速率常数k=(Kmol KS),初始浓度为m，在两个等体积的全混釜中进行反应，最终出口转化率.进料体积流量为0.278m3/KS .求全混釜的总体积解:-R1 = CAO CA1 =C AO XA1% =1= kCA02(1 Xai)2-R2 _ CA1 CA2 _ CAO (xA2 xA1)T 2=kCA02 (1 XA2 )2T 1= T 2两釜相同V0rA2所以,整理有试差解得xA2(1 xA1)2(1XA1XA2 )而 XA2 =2 2XA1= X A1)(1- X Al)A1 =所以,Vr=v0 CA0XA1kCA02(1 Xai)20.278 0.752

6、19.92 0.08 (1 0.7521)2总反应器体积 V r=2Vr1=2 X = m37. 【自催化反应优化】自催化反应A+R R+R速度方程为-r=kCAG，体系总浓度为C0= G+G。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 -r A=kCAG C 0 =CA + G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= C Rm= (C A0 + C R0)= 0.5C 0 时速度最快。XA1 XA0rACa0 dCAA12Ca1Ca1 dCACa1 CA2ACa0 C A11A-当总空时

7、TT 1+ T 1最小时反应器体积最小对 T = Ca0 rCA1 +dCCAA对Cai求导时T最小时Vr最少。ACA2 A此时的xA为全混釜出口最佳转化率。8. An aqueous feed of A and B (4001/mi n,100mmolA/l 100mmolB/l) is tobe converted to product in a play flow reactor ,the kinetics of thereacti on is represe nted isA + B R -rA = 200C ACb mol/l*mi nFind the volume of react

8、or n eeded for % conv ersi on of A to productAn swer :k t = 1/C A 1/C A0k t CA0 = x Af /1- x Af = = 999.K = 200l/mol *mi nT = Vr/Vq = 1/k C A0 = 1/200* = V r/400V r = 20L9. A gaseous feed of pure A (2mol/l 100mol/m in) decomposes to give avariety of product in a plug flow reactor The kin etics of th

9、e conv ersi on is represe nted by1A -rA = 10(min )Find the expected conversion in a 22-liter reactor1Answer: Caq = 2 mol/l F aq = 100 mol/min -r A = 10(min ) C At = Vr/Vq = |V = Vr Caq / F aq = 22*2/100 =CA0-10*x A = 1- e = 110、A liquid reactant stream (mol/l) passes through two mixed flowreactors i

10、n series The concentration of A in the exit of the firstreactor is l find theconcentration in the exit stream of the secondreactor .The reacti on is sec ond order with respect to A and V2/V1Answer : -r a = Kc AV1xA1V0rA1V2xA2 xA1F A0rA2.V；2(晋)2*2XA1C A0kC al'kV；V?10.50.52=2CA1 CA2CA22=424Ca2 + C

11、 A2 - = 01 CA2 =丙(-1± .14*4*0.5)113分钟反应物转Ca2 = 8 (3-1) = 1/4 = mol/l1. 在等温操作的间歇反应器中进行一级液相反应，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：In占kt k- 1 池 A 10.80.124min活塞流：T = 1 1 ：Aft - 13min空速:s - 1/ t - 1/13 -全混流：1 xAf10.8T k 1 xAf0.124 1 0.82. 自催化反应A+R R+R速度方程为-r二kCAG，体系总浓度为 C0=C+G。若给你一个管

12、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 f R+R -r a =kGG Co =G + 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Gm = C Rm= （C A0 + C R0）= 时速度最快。XA1 XA0Fa0ICa0 CA1Ca1 CA21rA2rACao dCACA1 dCA1A当总空时T = T 1+T 1最小时反应器体积最小。c对 T = Ca0rCA1 +詈 对CAi求导时T最小时 W最少ACa2 A此时的XA为全混釜出口最佳转化率。3. An aqueous feed of A and B (40

13、01/mi n,100mmolA/l 100mmolB/l) is to be converted to product in a play flow reactor ,the kinetics of the reaction is represented isA + B f R -r a = 200C aCb mol/l*minFind the volume of reactor n eeded for % conversion of A toproductAn swer :k T = 1/C A - 1/C A0k t CAo = x Af /1- x Af = = 999.K = 200

14、1/mol *minT = Vr/V0 = 1/k C A0 = 1/200* = V r/400V R = 20L4. A gaseous feed of pure A (2mol/l 100mol/min) decomposestogive a variety of product in a plug flow reactor The kineticsof the conversion is represe nted by1A f -r a = 10(min )Find the expected conversion in a 22-liter reactor1CA0An swer: C

15、A0 = 2 mol/l F A0 = 100 mol/min -r a = 10(min ) C a t = Vr/V0 =善二 Vr Ca0 / F A0 = 22*2/100 =-10* /e = 15. A liquid reactant stream (mol/l) passes through two mixedflow reactors in series The concentration of A in the exitof the first reactor is l find the concentration in the exit stream of the seco

16、nd reactor .The reaction is second - order with respect to A and V2/V1 = 2Answer : -r a = Kc a0V1xA1xA1FA0rA2kV1CA1 CA210.5Q-52=2x A1C A 0kC2a 1.kV2v72*2 =CA220 . 5 C A 2C A2 2=44C2 + C A21 CA2 =24 (-1 士 1 4* 4* 0.5)1CA2 =8 (3-1) = 1/4 = 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

17、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：33A+4 R(目的)r r = CA,Kmol/m h CA 0=2 Kmol/m2322 Drd= CA ,Kmol/m h求A的转化率95%寸所用的时间此时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H2COCHC+HO* H2COHCHOHCH该反应对环氧丙烷为一级，反应温度下的速率常数为，原料液中环氧丙烷的浓度为n环氧丙烷的最终转化率为 90%若辅助时间为，一天 24小时连续生产，试求丙二醇的 日产量是多少

18、4、一个含有A和B液体(Cao=L、CBo=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A 2B+C已知由反应器流出的物料中含有A B和C(Of=L)。试求：在反应器内条件下，A B和C的反应速率5、一个液相反应：kiA+BR+Sk2其中：k1 7L/mol min， k2 3L/mol min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LA的浓度，另一个保持 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31:A+B * R+S,

19、其速率常数 k 9.92 m,在全混流反应器中进kmol KS行,CAo=CBo=2mol/L,要使出口 A的转化率达。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，求全混釜总体积7、在等温全混流釜式反应器中进行下列液相反应：A+B P(目的)r p 2 CA， kmol / m3 h2A R r R 0.5 CA， kmol / m3 hCa0 Cb0 2kmol/m3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 0，A初始浓度为2mol/L,要求转化率为80% rA=3CA

20、mol/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2 »A R, rA k CA，转化率 XA=,其可为多少10、在某一全混流反应器中进行均相液相反应: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及的平推流管式反应器中进行A P的气相反应。已知进料中含30%A(mol%),3其余为惰性物料，A的加料流量为S,动力学方程为：r a 02

21、7 C a mol /S，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1mi n-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。313、 均相反应：A 3R,服从二级反应动力学，在、623K和y0 4q 川 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%专化率。为设计工业规模的反应器， 当处理量为320 m3 / h时，进料中含50%A和50%惰性物，在同样的和 623K下反应，要达 到80%专化率，试问：需 2.5cm内径2m长的管子多少根14、 在恒容间歇反应器

22、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2A R+S,在373K,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)020406080100140200260330420PaX 10(MPa)115、一个2m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:A0.04Ca0.01CrmolL min，进料中含有CAo=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 k 2AR* Sk1=, k2=，进料A的浓度为CA。，进料流量为150L/min。试计算反应均为一级，反应温度下，目的