高等反应工程复习题.docx

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高等反应工程复习题

例1.1拟在等温间歇反应器进行氯乙醇的皂化反应：

ClCH2CH2OH＋NaHCO3→OHCH2CH2OH

＋NaCl＋CO2

乙二醇产量为20kg／h。

使用15％的NaHCO3水溶液及30％（均为质量）的氯乙醇水溶液作原料，摩尔比为1∶1，混合液密度为1.02kg/L。

该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为一级，在反应温度下反应速率常数等于5.2L／（mol·h）。

要求氯乙醇转化率达到95％。

（1）若辅助时间为0.5h，试计算反应器的有效体积。

（2）若装填系数取0.75，试计算反应器的实际体积。

例1.4

确定由纯乙烷裂解年产3亿磅乙烯，转化率为80%时所需活塞流反应器体积。

反应为不可逆且遵循基元反应速率方程，反应在6atm和1100K的条件下等温操作。

已知1000K时，k=0.072s-1，活化能为82kcal/mol。

1磅=0.4536kg。

例1.3

⏹乙二醇可用作抗冻剂和生产聚酯、瓶子及胶片。

⏹希望年产2亿磅乙二醇，反应器等温操作。

浓度为16mol/l的环氧乙烷水溶液A与等体积含有0.9％（质量）的硫酸催化剂水溶液一起加入反应器中。

如果达到80％转化率，确定反应器体积。

反应速率常数为0.311min-1,1磅=0.4536kg

例3.乙烯氧化生产环氧乙烷。

乙烯和氧气按化学计量比进入260℃等温操作填充床反应器中，10atm下乙烯进料流率为136.2mol/s假定用10个管束式反应器，每个反应器中有100根直径为1.5in装有催化剂的管子。

反应流体的性质与该温度压力下空气性质相同，催化剂颗粒直径为0.635cm，颗粒密度为1.923g/cm3，空隙率为0.45。

若使转化率达到60%，计算所需催化剂的质量。

（等温反应）

260℃时k=0.0141mol/（atm·g·h），A为乙烯。

⏹根据绝热反应热量衡算式，当进口温度T0一定时，热容项的大小会影响x~T曲线斜率。

若改变惰性气体含量，有何影响？

讨论：

放热反应：

A→B，yA0=0.5,其余为惰性组分，当yA0增大或减小时，达到相同转化率所需温度是否相同？

CSTR

⏹例1（8-4）：

在绝热CSTR反应器中生产丙二醇，将19.55kmol/h的环氧丙烷加入反应器，原料由

（1）等体积的环氧丙烷（1.32m3/h）和甲醇（1.32m3/h）,

（2）含0.1%（质量）硫酸的水组成，水的体积流率为6.6m3/h。

甲醇和水的流率分别为32.63kmol/h和366kmol/h。

两种进料混合前的温度均为14.4ºC，混合后温度为23.9ºC。

反应对环氧丙烷为一级,对水为零级，速率常数k：

k=16.96×1012e-75334/RT，h-1,E单位J/mol。

CPA=84.45kJ/（kmol·ºC）,CPB=41.9kJ/（kmol·ºC）

CPC=107kJ/（kmol·ºC）,CPM=19.5kJ/（kmol·ºC）

反应热为△HR=-84590-16.27（T-293）J/mol

A：

环氧丙烷；B：

水；C：

丙二醇；M：

甲醇

A+B+M=C

⏹

⏹

⏹例（8-6）

在活塞流反应器中进行正丁烷液相异构化反应。

反应在高压条件下绝热进行，处理量为378.5m3/d，进料为摩尔分率为90%正丁烷和10%异戊烷的混合物，进料温度为330K，计算转化率为40%时反应器体积。

已知：

k（360K）=31.1h-1，△HR=-6900J/（mol·K），

丁烷的CP=141J/（mol·K），异戊烷CP2=161J/（mol·K）

E=65.7kJ/mol，

KC（60℃）=3.03，CA0=9.3kmol/m3。

例9-4：

在带有换热器的CSTR反应器中生产丙二醇，始态下500gal反应器中仅有750F的水（含0.1%质量硫酸）。

进料由801bmol/h的环氧丙烷A和10001bmol/h的水B（含0.1%质量硫酸）及1001bmol/h的甲醇M组成。

绘出温度和浓度随时间变化图。

反应对环氧丙烷为一级,对水为零级，速率常数k：

k=16.96×1012e-75334/RT，h-1,E单位J/mol。

CPA=84.45kJ/（kmol·ºC）,CPB=41.9kJ/（kmol·ºC）

CPC=107kJ/（kmol·ºC）,CPM=19.5kJ/（kmol·ºC）

反应热为-36000Btu/1bmolA

冷却水流量为51b/s,UA=16000Btu/（h0F）,Ta1=600F,ρA=0.9321bmol/ft3,ρB=3.451bmol/ft3,ρC=1.541bmol/ft3

A：

环氧丙烷；B：

水；C：

丙二醇；M：

甲醇

例3.6

在全混流反应器中进行反应A→R，其速率方程为rA=kCAkmol/（m3·s），k=8×1015exp（-16000/T）s-1，

△HR=-200000kJ/kmol,cp=4000kJ/（m3K）,MA=MR=100,CA0=3kmol/m3。

若反应温度为100℃，进料温度为60℃，要求生产流量为0.4kg/s，计算

1.出口转化率为0.7时反应器的容积；

2.为保证反应器满足热稳定性条件，对传热有何要求？

例1：

肼被广泛研究用于推进器的燃料，使空间飞船具有更长的飞行时间。

肼在装有氧化铝载体的铱催化剂的填充床进行裂解。

2%的肼与98%的氦混合流经装有圆柱形颗粒的填充床，颗粒直径为0.25cm，长为0.5cm，混和气的流速为15m/s，温度为750K。

在此温度下动力黏度为4.5×10-4m2/s。

该裂解反应由外部传质控制，如果填料层的高度为0.05m，等温操作，则可能的转化率为多少？

已知：

298K时，DAB=0.69×10-4m2/s

空隙率为30%。