内容发布更新时间 : 2025/10/8 0:45:11星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
化学反应工程
1、有如下平行反应:
1 A?B???R (主反应) rR?k1CACBCR
k2 A?B???S (副反应) rS?k2CACB
k(1) 若采用间歇操作,试选择合适的加料方式; (2) 若采用连续操作,试选择用合适的反应器型式;
(3) 若主、副反应的活化能分别为30和20,反应温度宜高还是宜低? 解: SP?rRk1?CR rSk2(1) 若用间歇操作,应采用向事先含R的BR中同时加入A、B物料; (2) 若用连续操作,应选用CSTR,A、B同时连续加入; (3) ∵ E1 〉E2,∴反应温度宜高。(∵温度升高,有利于活化能高的反应)
2、在一等温操作的间歇釜式反应器中,进行某一级液相反应A→R,13分钟后,反应物转化率为70%,若让此反应在PFR或CSTR单釜中进行,为达到相同转化率,所需的空时和平均停留时间分别为多少? 解: k?ln1t111?ln?0.0926min?1
1?xA131?0.7?1(1) PFR: ??t?13min (2) CSTR: t?xA0.7??25.20min
k(1?xA)0.0926?(1?0.7)
3、1、有下列反应:C2H4 的二聚反应,反应温度为200℃,反应活化能E?156.9kJ/mol,为使反应速率提高一倍,计算所需提高的温度为多少? 解:反应速率提高一倍,即
k2?2 k1 1
?lnk2E11?(?)k1RT1T215690011(?)?T2?481.56K
8.314473.15T2ln2??T?8.4?C
提高温度为8.4?C
4、在一反应体积为3 m3的连续釜式反应器中等温进行下列液相反应:
A?B???P rP?1.6CA kmol/m3?h2A???Q rQ?0.2CA2 kmol/m3?h
rP及rQ分别为产物P及Q的生成速率,P为目的产物。反应用的原料为A及B的混合液,其中CA0=2 kmol/m3,每小时处理混合液6 m3。 求:反应器出口A、P、Q的浓度,P的收率及总选择性。
解: (?RA)?rP?2rQ ?? C?CACA0?CAVr3?A0??Q0(?RA)1.6CA?0.4CA262?CA1.6CA?0.4CA2?12
? CA?1 kmol/m3 ??VrCCPCP?P???0.5Q0RP1.6CA1.6?1CP?0.8 kmol/m3CQCQCQVr??????0.522Q0RQ0.2CA0.2?1CQ?0.1 kmol/m3YP?SP?或:
CP0.8??0.40CA02YP0.4??0.8XA0.5
2
SP? RP1.6CA44???(?RA)1.6CA?0.4CA24?CA5
5、等体积的PFR和CSTR反应器按图示形成七种组合方式,VP下进行一级不可逆反应,反应速率进入反应器系统的体积流率v0?VM?1.0l。在等温条件
A0??rA??kcA,k?1min?1,c?1kmol/m3,
?1.0l/min,计算各种组合方式的最终转化率。
(a) (b) (c)
(d) (e) (f)
(g)
解:在等温条件下进行一级不可逆反应,反应速率??rA??kcA,k?1min?1,
cA0?1kmol/m3
(a)两个釜并联,转化率相同,有
?m1??m2?VR/(v0/2)?2min k?m1?22xA????0.6671?k?m1?1?23(b)两个釜串联,按先后计算,即
3
?m1??m2??m?VR/v0?1min第一个釜出口浓度cA1?cA0?1?k?m1?
第二个釜出口浓度c?cA1cA011Af?1?k??m2??1?k?2?1?2?m??1?1?4xA?1?14?34?0.75c)PFR接CSTR,设PFR出口浓度为
cA1
?P??m?VR/v0?1mincA1?ck?pA0e?
?k??1
c?cA1cA0epeAf?1?k??m??1?k???0.184m?2xA?1?0.184?0.816d)CSTR接PFR,设CSTR出口浓度为
cA1
?P??m?VR/v0?1minccA0A1??1?k?m?
?k?c?k?p?cA0epe?1Af?cA1e?1?k???0.184m?2xA?1?0.184?0.816e)两个PFR 并联,转化率相同,有
?P1??P2?VR/(v0/2)?2minx?k?pA?1?e?1?e?2?0.865
f)两个PFR串联,设第一个PFR出口浓度
cA1
?p1??p2?VR/v0?1minc?k?p1A1?cA0e?e?1?0.368
cp2Af?c?k?A1e?0.368e?1?0.135xA?1?0.135?0.865g)PFR并CSTR,设两个反应器的进口流量相等,分别为v0/2
?P??m?VR/?v0/2??2mincA,p?cA0e?k?p?e?2?0.135
4
((((( cA,m?cAf?cA01??0.3331?k?1?1?2???m?0.135?0.333?0.2342xA?1?0.234?0.766
编号 A B C D E F G 连接方式 两个CSTR并联 两个CSTR串联 PFR串联CSTR CSTR串联PFR 两个PFR并联 两个PFR串联 CSTR与PFR并联 总转化率 0.667 0.75 0.816 0.816 0.865 0.865 0.766
6、在一容积为4m3的BR中进行液相均相反应A+B→P,在75C下等温操作,实验测得
0
rA=kCACB(kmol/l.s),已知k=2.78(l/kmol.s),A和B的初始浓度CA0=CBO=4mol/l,XA=80%,
该BR平均每分钟可处理0.684kmol的反应物A,试计算:
0
(1)今若把反应移到一个管内径为125mm的PFR中进行,假定仍维持在75C等温操作,且处理量与所要求达到的转化率均与BR相同,求所需的PFR管长l? (2)如反应移到一个CSTR中进行,求所需的反应器有效容积? 解:(1) CA0=CBO=4mol/L,且为等mol反应, 故: (?rA)??dCA2 ?kCACB?kCAdt?t?xA0.8??360S?6min ?3kCA0(1?xA)2.78?4?10?(1?0.8)而PFR: ??t?6min
VR?v0??FA00.684???6?1026l?1.03m3 CA00.004L?
4VR1.03?4??84m ?D20.1252?(2) CSTR:
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