反应工程习题答案 下载本文

内容发布更新时间 : 2024/11/17 20:31:49星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

解:1) A + B → C

?rA??dCA?kCACD?kCA0(1?xA)CDdt ??CA0xACA0xAxA???rAkCA0(1?xA)CDk(1?xA)CD 对于全混流反应器 ∵

0.4???87.4(ks)?24.28(h)?31.15?10?(1?0.4)?6.63∴

Vv0 v0?0.5m3/h ∵

3∴V??v0?24.28?0.5?12.14m

?? 2)在分批式反应器内的反应时间为

t?C0.4dxAA0?xAdxA0?r?1AkCD?01?x?67(ks)A

??t67??87.4?0.766

48. 在全混流反应器中一级不可逆反应,液相反应A → 2R,?rA?kCAkmol/m3·hCA0?2.3 kmol/m3,MR?60,CR0??0,若转化率xA?0.7,装置的生产能力为50000 所需反应器的有效容积和它的容积效率

?(用于非生产性操作时间t0

=0.75 h)

解:(1)进料速度v0

?CR?2CA0xA

?v500000CR?2CA0v0xA?24?MR

以CA0?2.3,xA?0.7,MR?60

v0?50000/(24?60?2?2.3?0.7)?10.78m3/h(2)反应器有效容积V

???VCA0xxAv?A?0kCAk(1?xA) ?V?v0xA?27.34m3k(1?xA)

t?CxAdxAA0(3)

?0kC?1Ak?xAdxA1101?x?lnAk1?xA k?9.52?109exp????7448.4?273?50???0.92

t?10.92ln11?0.7?1.31(h)

??t1.13??2.54?0.516

49. 现有一有效容积为0.75m3

的搅拌釜反应器,其内设置有换热面积为5.0m2

的冷却盘管。k?1.0788?109exp?一级不可逆的液相反应,其速率常数???5525.9?T??(h?1),反应热

原料液中A的浓度CA0?0.2mol/l,但不含反应产物R。此原料液的密度ρ=1050g/l要求原料液的进料流率为v0?3m3/h,反应器出口的反应液中CA?0.04mol/l所用的冷却介质的温度为25℃。试求满足上述反应要求所需的反应温度以及料液的起始温度解:1)计算反应温度T

CAC?1A01?k?

×109exp[-7448.4/T] h-1,

kg产物R/天。求50℃等温操作

欲利用改反应器来进行A→R的

(??Hr)?20921J/molA,CP?2.929(J/g·℃)。

U=209.2(KJ/m2

·h·℃)。

T0。

,k=9.52

;定压比热。总传热系数

0.220.75?1)()?18?0.043

5525.9k?1.0788?109exp[?]T根据

T?308.6K V(?rA)(??Hr)?UA(T?Tm)T0?T?]v0?cP2)

k??(18?0.04?0.75?20921?209.2?5?(308.6?298.16)(CA0?1)CAT0?308.6?3?1050?2.929(CH3CO)2 (A) + H2O(B)2CH3COOH(C)乙酸酐发生水解,反应温度1800 cm3

,求使乙酸酐的总转化率为CA0,离开第一釜为CA1,依次为CA2、CA3。

?CA0?CA11?∵

(?rA)1 (?rA)1?kCA1 ??CA0?CA1C111∴

kC?A1??xA1?1?A1CA01?k?11?k?1

CA2?1对第二釜CA11?k?2

对于等体积釜串联

?1??2??

CA2

C?1?xA2?1?1A0(1?k?)2(1?k?)2

x1A3?1?同理 (1?k?)3 ∴τ=2.3(min)

vV18000???2.3?782.6(cm3/min)

串联全混流反应器进行一级不可逆反应,假定各釜容积、温度相同,

N为1,2,3的反应有效容积,如不考虑非生产性操作时间的条件下分批式反应器的有效容积。x1A,N?1? (1?k?Ni)

N(个) 1 2 3

V(m3) 97.8 47.0 37.6 若采用分批式

1t?kln11???11A0.92ln1?0.9?2.503h tV??BV,其中?为N?1时

??97.810?9.78h ?V2.503B?9.78?97.8?25.03m3应用两个按最优容积比串联的全混流釜进行不可逆的一级液相反应,假定各釜的容积和操作温度都相同,已知此时的 k=0.92h-1

,原料液的进料速度v0=10m3/h,要求最终转化率 ?297.4K

25℃,k=0.1556 min-1,采用三个等体积

60%时,进料速度v0。

k?0.92(h?1),?0?10m3h,xA

xA?0.9,试求V1、V2和总容积V。

0.9,50. 的串联全混流釜进行反应,每个釜体积为解:初始浓度为

?试51. 计算解:利用52.速率常数解:对于一级不可逆反应应有

?(1)?rA1???xA1?xA11)?rA,i???11???2?kCA0(1?xA1)?kCA0(1?xA1)

?11??????rA,i?1?rA,i?? ??(代入

?xA,ixA,i1?xA,i?111?2xA1?xA0得 kCA0(1?xA1)整理得 xA1∵xA22??11????kCA0(1?xA2)kCA0(1?xA1)?

?2xA1?xA2?0 ?0.9, ∴xA1?0.6838

xA10.6838??2.35(h)k(1?xA1)0.92(1?0.6838)

?1?∴

V1?v0?1?23.5(m3) x?xA10.9?0.6838?2?A2??2.35(h)k(1?xA2)0.92(1?0.9) V2?v0?2?23.5(m3)

3V?V?V?47(m) 12总容积

53. 用两串联全混流反应器进行一个二级不可逆等温反应,已知在操作温度下

k?0.92(m3kmol?1h?1),CA0?2.30kmolm3,v0?10m3h,要求出口

xA=0.9,计算该操作最优容积比

(V1V2)和总容积V。

?(?解:

1)rA1?12?[]?2?xA1?xA1kCA02(1?xA1)2kCA0(1?xA1)3

?(? 代入

1)rA,1?xA,122?111[??]xA,1?xA,0rA,2?rA,1 ?2kCA0(1?xA,1)33111[?]xA,1kCA02(1?xA,1)2kCA02(1?xA,1)2

xA1?3xA1?3.01xA1?0.99?0xA1?0.741

xA1?xA00.741?1???5.22h22kC(1?x)1.92?2.3?(1?0.741)A0A1 ? xA2?xA10.9?0.741?2???7.51h22kCA0(1?xA2)0.92?2.3?(1?0.9)

?5.22V1V2?1??0.695?27.51 V?V1?V2???v0

总容积

3V?10?(7.51?5.22)?127.3m ?

54. 应用管径为D=12.6cm的管式反应器来进行一级不可逆的气体A的热分解反应,其计量方程为A=R+S;速率方程为

?rA?kCA;而k=7.8×109exp[-19220/T](s-1),原料为纯气体A,反应压力P=5atm下恒压反应,T=5000C。

xA?0.9,FA0=1.55kmol/h,求所需反应器的管长L,停留时间t,空时τ(理想气体)。

解:反应气体的进料体积流速为:

v0?FA0RT1.55?0.082?773??19.66(m3/h)P5

反应流体在管内的体积流速为:

FRT?F0(1??AyA0xA)RT/PP

1RT2?1??A??1y?1.0,F?FA0(纯气体)P 1此处:0;A0,CA0∴v?FA0(1?xA)/CA0 v?FAFA0(1?xA)CA0(1?xA)CA0??vF(1?x)(1?xA) A0A而

CA???Vv?10k?xA(1?xA)dxA0(1?xA) ??1[2ln1?xA]?29.88(s)?0.0083(∴k1?xh)A

L?4V4v0?4?5. ?D2??D2?46?103?29.883.14?(0.126)2?13.0(m) t?1k?xAdxA01?x?1ln1?18.57(s)Ak1?xA

液相原料中反应物

A

进入平推流反应器中进C?2l,?r2A0?1mol,lVA?0.05CAmol?ls。

1)当出口浓度

CA?0.5moll时的进料流v0。

2)当进料流量

v0?0.5lmin时出口浓度CAf。

V1)F?VxAdxAA0Cv?A00?0?rA

??CxAdxA0?r?A?CA0dCAC?1(1?1A0?)?20sA0.05C2A0.05CACA0

??1(1?1)V2?602)0.05C???240sACA0v00.5

1C?12?1C?12?1?13AA0C1A?13?0.077moll

自催化反应A + R → 2R,其速率方程为:?rA?kCACR,在70℃下等温地进行此反应,CA0?0.99 kmol/m3

;CR0?0.01 kmol/m3

v0?10 m3/h;要求反应的转化率1)在全混流反应器中反应所需的容积;

2)在平推流反应器中反应所需的容积。

a?CR0 令

C?0.01?0.0101A00.99

CA?CA0(1?xA)

CR?CR0?CA0xA?CA0(a?xA)

?rA?kC2A0(1?xA)(a?xA) 1)全混流反应器所需的容积

V?v0xAkC?x?10?0.99?661(m3)A0(1A)(a?xA)1.512?0.99(1?0.99)(0.0101?0.99)2)平推流反应器所需的容积 2A?R在此温度下xA55.行

的反应,已知

求:解:356. k=1.512 m/kmol·h;

其它数据如下:试求:?0.99。

解: