2011化学反应工程计算题

1、 5.反应工程计算题解t/min012345678C(t)/(g/L)02481282001.用脉冲示踪法测得一连续流动体系出口示踪剂的浓度-时间对应值如下：试求停留时间分布的E(t)、F(t)函数。【解】已知的C(t)t对应数据是等时间间隔的值，即ti相等，可以移到括号的外面。E(t)=C(t)C(t)C(t)C(t)工C(t)Ati0At工C(t)0C(t)=1x(0+2+4+8+12+8+2+0+0)_36C(t)AtAt(t)(t)F菅乙C(t)Ati0计算结果列表如下：0C(t)-036T/min012345678E(t)/min-102/364/368/3612/368/362/3

2、600F(t)02/366/3614/3626/3634/36111it/min012345678C(t)/(g/L)02481282002.按上述题1中的数据计算该流动系统的平均停留时间和方差，并据此计算多釜串联的流动模型参数N及轴向扩散的模型参数Pe。解】脉冲示踪法得到等时间间隔的数据，根据公式：工tC(t)t=工C(t)0 x0+1x2+2x4+3x8+4x12+5x8+6x2+7x0+8x0=3.722mm0+2+4+8+12+8+2+0+0艺12C(t)12x2+22x4+32x8+42x12+52x8+62x20+2+4+8+12+8+2+0+0-3.72220=1.534min2

3、模型参数计算：=0.111c21.534因为C2=i=0123.7222釜串联的流动模型参数N：1N二二9.0c20轴向扩散的模型参数Pe：Pe二二18.0c203.用多级全混流串联模型来模拟一管式反应装置中的脉冲实验，已知Ct2二8.971min2,平均停留时间为6.187min,求：推算模型参数N；计算一级不可逆等温反应的出口转化率(已知k=0.15min-1)。解】(1)无因此方差：c28.971c2=-=0.2340126.18721N=4.27c20(2)转化率(取N=4)x=1-=0.566Akt(1+)NN4已知物料在某反应器的停留时间分布密度函数E(t)=0.01exp(-0.

4、01t)s-1。若物料在这个反应器内的停留时间是100s，试计算：物料在该反应器内的平均停留时间；停留时间小于100s的物料占进料的百分比；停留时间大于100s的物料占进料的百分比；停留时间在90110之间的物料占进料的百分比.【解】(1)依题意已知：E(t)=0.01exp(-0.01t)s-1据：tJtE(t)dt0tJtx0.01e-0.01tdt=100(s)0即物料在该反应器内的平均停留时间为100s。(2)小于100sE(t)=0.01exp(0.01t)s-1据：（和f已（t）dt1(丝)AN0T1001000J1000.01e-0.0itdt=-e-0.010=63.2%e0.

5、01x0e0.01x100即停留时间小于100s的物料占进料的63.2%。大于100sE(t)=0.01exp(-0.01t)s-1据：(an).讥=E(t)dt1(N)AN100twJ0.01e-0.01tdt=-e-0.01t100co1001-1e0.01x100e0.01x2=36.8%即停留时间大于100s的物料占进料的36.8%。(4)在90-110s之间E(t)=0.01exp(-0.01t)s-1据：(AN)fE(t)dt1(N)AN9011011090J1100.01e-0.01tdt=-e-0.01t90=7.4%e0.01x90e0.01x110即停留时间在90110之间

6、的物料占进料的7.4%。5某间歇反应器中进行某一级反应，100s时间后，转化率达到50%。在相同条件下，要求转化率达到99.9%，需要多少时间？【解】由于反应是在间歇釜式反应器中进行，且为一级反应，故11t=Ink1-xA已知：t=100s,xA=0.51111k=In二In二0.00693t1-x1001-0.5A若xA=0.999则：11t=Ink1-xA1In1二997(s)二16.6min0.006931-0.999即：当转化率达到99.9%时，需要16.6min。t(min)0123456E(t)(min-!)00.10.20.40.20.106.在一反应器中进行速度常数k=1.0m

7、in-1的一级反应，其停留时间分布密度函数如下表,试确定多釜串联模型的模型参数，并用此模型求其出口平均转化率。解】脉冲示踪法得到等时间间隔的数据，根据公式：工tC(t)C(t)0 x0+1x0.1+2x0.2+3x0.4+4x0.2+5x0.1+6x0=3.0min0+0.1+0.2+0.4+0.2+0.1+0另12C(t)12x0.1+22x0.2+32x0.4+42x0.2+52x0.1+62x0-_3.020+0.1+0.2+0.4+0.2+0.1+00=4.70min2模型参数计算：因为=二=300=0.5220123.021）釜串联的流动模型参数N：1N二二1.92b20(2)取N=

8、2.0计算转化率：11x=1=0.84A,Nt、(1+k)nN7.己二酸与己二醇以等摩尔比在343K下进行缩聚反应生产醇酸树脂。以硫酸为催化剂，由实验测得其反应速率方程式为：rA=kCACBcA=c实验测定，在343K时，k=1.97Lkmol-imin-i。己二酸的起始浓度CA0=O.OO4kmolL-i。若每天处理2400Kg己二酸，己二酸的转化率为80%。如果此反应在间歇釜式反应器(BSTR)中进行，每批操作的辅助时间t=1h,装料系数为f=0.75,所需间歇釜的体积为多少？【解】(1)达到所需要求的转化率所需的反应时间为：+_1乞_10.81_-kC(1-X)_1970.004(1-0

9、.8)60_A0A(2)反应器体积的计算：最终转化率为0.80时，每批所需的反应时间为8.50h2400每小时己二酸进料量_0.684kmol/h24x1460C0.6840.004_171lh-1A0每批生产总时间=反应时间+非生产时间=9.5h反应器有效体积VR=v0t总=171X9.5=1630L=1.63m38、己二酸与己二醇以等摩尔比在343K下进行缩聚反应生产醇酸树脂。以硫酸为催化剂，由实验测得其反应速率方程式为：rA_kCACBCA=CB实验测定，在343K时，k=1.97LKmol-1min-1。己二酸的起始浓度CA0=0.004kmolL-1。若每天处理2400Kg己二酸，己

10、二酸的转化率为80%。若此反应在管式反应器(PFR)中进行，反应器的体积为多少？解】每小时己二酸进料量2400_0.684kmol/hr24x146TOC o 1-5 h zF0.684V_A0_1710C0.004A0PFR所需容积：JxdxCAA0A00kC2(1一x)2A0AV_vCJxa(xa)_vP0A00-rA_X-08_1447(/)_1.47m31.97x0.0041-0.82.85V_0kC1一xA0A00.89、己二酸与己二醇以等摩尔比在343K下进行缩聚反应生产醇酸树脂。以硫酸为催化剂由实验测得其反应速率方程式为：rA=kCACBcA=c实验测定，在343K时，k=1.9

11、7LKmol-1min-1。己二酸的起始浓度CA0=0.004kmolL-1。若每天处理2400Kg己二酸，己二酸的转化率为80%。若此反应在连续釜式反应器(CSTR)中进行，反应器的体积为多少？解】每小时己二酸进料量240=0.684kmol/hr24x146V0_需4_171Lhr_2.85LminA0Vx=YAkCA0对于单个CSTRx_vCA0A0kC21x几kC1xA0AA0A285x/0.8a_7234G）_7.234m31.97x0.004（10.8/10、己二酸与己二醇以等摩尔比在343K下进行缩聚反应生产醇酸树脂。以硫酸为催化剂，由实验测得其反应速率方程式为：rA_kCACBCA=CB实验测定，在343K时，k=1.97LKmol-1min-1。己二酸的起始浓度CA0=0.004kmolL-1。若每天处理2400Kg己二酸，己二酸的转化率为80%。若此反应在两釜串联反应器(2-CSTR)中进行，控制第一釜的出口转化率为60%，第二釜的出口转化率为80%，反应器的总体积为多少？解】每小时己二酸进料量240=0.684kmol/hr24x146FV=A00CA0二0684二171Lh=2.85马.0.004/hr/min对于2-CSTR