反应工程课后答案解析.docx

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反应工程课后答案解析

CA0

（kCA0）8min

（kCA0）18min

假设正确,

解:

dCA

dt

k1CAk2Cp

k1

k2

KCe

CAe

CA0XAe

2即

XAe）

k1

第二章均相反应动力学

1、有一反应在间歇反应器中进行，经过8min后，反应物转化掉80%，经过18min后,

转化掉90%，求表达此反应的动力学方程式。

kt丄亠

Xa

10.81

810.82

10.91

1810.92

动力学方程为

dCA,2

kCA

dt

3、在间歇反应器中有一级液相可逆反应AP，初始反应时6=0.5mol/L,0。

=0反

应8min后，A的转化率为1/3，而平衡转化率是2/3，求此反应的动力学方程式。

根据一级可逆反应积分式

1.xAe

tInAe—

k1k2XAeXa

彳2

1i3—ln1

3

k1k2

k1

k2

0.08664min1

k10.05776min

k20.02888min

dCA

dt

k1CAk2Cp

0.05776Ca0.02888CP

5、恒温恒容的气相反应At3P,其动力学方程为（rA）

1dnA

Vdt

nA

k「，在反应过程

中系统总压pt及组分A的分压均为变量，试推导如f（pA）的表达式。

dt

Pt

即

dpt

dt

解：

（「a）

pA3（pA0

Pt2Pa

2dpA

dt

1dnA

Pa）

Pao

vdtdCA

dt

k匕

RT

k比

V

1dpA

RT~dT

1dpA

2RT^T

1dpt

2RTdt

knA

得dpt

得_dt

8、纯气相组分数据，

时间/min

2kpA

A在一等温等容间歇反应器中按计量式A

2.5P进行反应,

实验测得如下

0

分压pA/MPa0.10.080.06250.051

用积分法求此反应的动力学方程式。

10

12

14

OG

0.042

0.036

0.032

0.0280.020

解：

由于当t

时，Pa0.02常数,

因此假设为一级可逆反应。

达到平衡时,

A2.5

dca

dt

Pp

k1CA

2・5（pao

即,

k2Cp

Pa

2.5（0.10.02）

0.2MPa

dpa

dt

k1Pa

kPAekPpe

1RT2RT

Ppe0.2

匕10

PAe0.02

k1

k2

k2

2.5（PaoPa）

2.5k2pAo2.5k2

2.5k2pA0

1

12.5k2（Pa-Pao）

5

即，k110k2

10k2Pa

12.5k2Pa

Pao

dp

12.5kdt

5PA0

InPa

12.5kt

PIn—

1

pA0

5

1

In

A0

A

A

12.5k2

0.126cA0.0126cp

即,

dCAdt

dPA

dt

0.8pAO

1

PA0

5

12.50.0126（Pa0.2Pa0）

12.5k2t

t

斜率0.1581

即,2.5k20.1581

k20.0126min1

k10.126min1

第三章均相反应过程

1、液相一级等温反应在间歇釜中达到70%转化率需要12min，若此反应移到同温度下平

推流反应器和全混流反应器中进行时，所需要的空时和空速各为多少?

1ktIn

1Xa

1111

k-lnln—

t1xa120.7

在PFR中所需的空时tBR

0.1min1

Xa

12min

解：

空速

丄0.083min

12

在CSTR中

CaoXa

（5）f

CaoXaXa

kCAk（1Xa）

0.7

7023.3min

0.1（10.7）3

31

0.0429min1

70

CA/mol/L

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

1.0

1.3

2.0

（-rA）/mol/（L.mi

0.1

0.3

0.5

0.6

0.5

0.25

0.10

0.06

0.05

0.04

0.04

n）

5

2

3、液相反应在一间歇反应器中进行，反应速率如下表所示:

（1）若CA0=1.3mol/L,,则反应时间为多少?

（2）若反应移至平推流反应器中进行，CA0=.5mol/L,FA0=1000mol/h，求xa0=0.30

c

时所需反应器的大小。

（3）当CA0=1.2mol/l，FAd=1000mol/h，xa=0.75时，求所需全混流釜式反应器大

小。

1

解：

由cA~（rA）表作出~cA曲线

Cao1.3moFL

用梯形法

CAf

0.3molLtBR

11

0.1（0.51-

2

0.61

0.51。

右H0.0611

（1）

10.2（0.061

2

0.05

1）10.3（0.0510.0451）

2

127min

FAo

CA0dcA

CA

「a）

15dCA

1.05（

「a）

Ca

0.1

0.2

0.3

0.4

05

0.6

0.7

0.8

1.0

1.3

2.0

（「a）

0.1

0.3

0.5

0.6

0.5

0.25

0.1

0.06

0.05

0.045

0.042

1

（「a）

10

3.33

2

1.67

2

4

10

16.67

20

22.22

23.8

1.5（10.3）1.05molL

CA0（1Xa）

CAf

用内插法:

cA1.05,

（2）cA1.5,

1

（「A）

1

（rA）

20

阿（22.22

0.3

竺22影（23.8

20）200.1672.2220.37

22.22）

22.67

梯形法:

FA0

（1.31.05）（20.3722.22）

坯2

（22.2222.67）9.81minL.mol

100060

电9.81

CA01.2

（3）CAfCao（1Xa）1.2（1

Vp

9.81

109l

0.75）

0.3moll

V

FA0

CA0

CAf1.2

V1.5

CA0（rA）f1.20.5

1000

25L

60

5、丙烷裂解为乙烯的反应可表示为

GHtGH+CH（忽略副反应）

dt

在772C等温反应时，动力学方程为-醒kpA，其中k=0.4h-1。

若系统保持恒压p=0.1MPa,

解：

恒压变容反应

CA0

6

0.110

Part11.5morm3

Vp

Vo

XadxA

CA00

0（Xa）

Pa

1Xa

PA0U

dpA

dt

pA0（

1（1Xa）（1Xa）1dXA

（1Xa）2

）dt

dpA

dt

2dxA

1Xa2

dt

kpA

kpA0—0

1Xa

即:

些

dt

k

（1Xa）（1

2

CA0dXA

Xa）

2

Xa）

1xadt

2CA0（1

Xa）

Vp

XadXA

Vo

0k

2（1

Xa）

2in-

k1

Xa

2|n23.466

0.4

Vp3.4660.8

2.77m3

8、一级反应AtP,在一体积为VP的平推流反应器中进行，已知进料温度为150C，活化能

为84kJ•mol-1，如改用全混流反应器，其所需体积设为Vm则Vm/Vp应有何关系？

当转化

率为0.6时，如果使Vm=Vp反应温度应如何变化？

如反应级数分别为n=2,1/2,-1时，全混流反应器的体积将怎样改变？

解:

（「a）

kCA

k°exp（rt）Ca

PFR

汇

XadxA

1

XadxA

FA0

0（「a）

CA0k

01Xa

CSTR

V,

mXA

Fa

\0CA0k（1

Xa）

Vm

XAk

Vpk（1Xa）In（1Xa）

E

E

xa

exp（

）

RTm

RT/（1Xa）In（1

Xa）

6（1

CA0k

IFTpTm

Xa）

XAk

Vpk（1Xa）In（1Xa）

（1Xa）In（1Xa）

IFVm1andxA

VpA

0.6

0.6

10.6ln（10.6）

1exp84000423^

8.314423.15Tm

1.637

0.6109

exp23.876

423.15Tm

Tm

423.15

0.492923.876

Tm

0.02064Tm423.15Tm

Tm432.07K

n

2,

Vm

Xa

Vm2

1

FA0

kcA

Vm1

Ca

1/2,

Vm

Xa

Vm1/2

1/2

n

""1/2

Vm1

Ca

FA0

kcA

n

1,

Vm

XakcA1

Vm1

2

Ca

FA0

Vm1

Vmn

Vm1

1

n1

CA

或Vmn

FA0XAf

kcAf

PPT课件答案

1、在间歇反应器中进行液相反应

A+B^P,CAc=0.307mol/L

，测得二级反应速率常数

2

k=61.5X10-L/（mol•h）,计算当CB0/Cao=1和5时，转化率分别为0.5,0.9,0.99所需

要的反应时间，并对计算结果加以讨论。

当G/c

=1时.

（~^）-血。

人（1

-兀丿債

『J厶,

i_

1『I—x

丿=

1I

1h-

&妣AO一S

S（1—4〉

<*

1

x—

（）.5

=5*30（片〉

0,615x0.307（1

一0.5）

1

0*9

当用』=O.QFF'J”

人二

X—

二47*70（/;）

0.615x0,307（1

-0.9）

解：

根据CSTR基本方程

x——=524,70（A）

0.615x0.307（1-0.99）

CAO

XAd生；（-r

「a）

当S•久4一乂J《台

1tZv寸

—乂片）

比J。

Joa_k”><5

一—）

1「厂"五/

「I4A1

4斤匕LJo（L一兀川）

」

A—■」

4<5-）

1t5—jv,

=In一一——一上一

°斤卍川o庁（J—乂却）

当宮,=（）

.5HJ,

1

5—0.5

JF_

J1D

*4x0.615x0.307

5xCl—O.5>

&—0.91l*J,

1

5一O.9

—

In

「—

2.79（A）

~4x0.615x0.307

5x（1-0.9）

当乂『=O,99irf,

1

5—O.9Q

/—

In

-——=

*2

■UJL

•vF•Q1IF**

4x0.615x0.307

5x<1-0.99）

分析；等当岸配料.随转化率提高，反应时间迅速增左帛若来用过呈纟目分配科*Pifi转化率提高.反应时间瑙长放慢

2、已知：

苯醌与环戊二烯在25C下进行液相二烯合成反应A+BtC

3333

（-ra）=kCACB；k=9.92xI0[m/kmol•s];CAo=0.1[kmol/m];CBo=0.08[kmol/m];

xa=0.95;t/=1[h];每天处理300kg环戊二烯。

求：

反应器有效容积？

2

CAO

Xa

dxA

xadXA

Xa

2

kCAOCBO（1Xa）

kCBO0

（1Xa）

1

0.95

kCBO（1XA）

9.9210

0.08

10.95

6.65[h]

3600

voVOAVOB

300/66

240.1

300/661.8942.3674.261[m3/h]

240.08

a）=kCaCB=kCAOCBO（1XA）

CA1dCA

caorA

rA

（1.30.3）22.22

11.11min

V=vO（tt/）4.261（6.651）32.6[m3]

3、在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应：

CH3COOC2H5+NaOH

CH3COONa+C2H5OH该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级。

反应开始时乙酸乙酯及氢氧

化钠的浓度均为0.02mol/l，反应速率常数等于5.61/mol.min。

要求最终转化率达到

95%试问：

（1）当反应器的反应体积为1m3时，需要多长的反应时间？

（2）

若反应器的反应体积为2m3时，所需的反应时间又是多少？

解：

（1）t=CA。

/OXAdXJ（-RA）=CAO/OXAfdXA/[k2A0CA0（1-XA）2]

=1/（kCA0）XXA/（1-XA）=1/（5.6X0.02）X0.95心-0.95）

=169.6min（2.83h）

（2）因为间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关，所以反应时间仍为2.83h。

4、平推流反应器中进行二级反应，当进料初浓度从30%降到4%，若要求反应结果的残余浓度维持在0.1%，问进料流率应作如何调整？

xadXA

CA0竺

0

kVCAoCA

V0Ca0Ca代入数据：

Ca0.001

当Cao0.3时，V01

kV0.30.001

0.3-0.001

当Ca00.04时，v02

kV0.040.001

0.040.001

二式相除：

V021.022

V01

V021.022V01