高等反应工程复习题.docx

1、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：ClCH2CH2OHNaHCO3OHCH2CH2OH NaClCO2乙二醇产量为20kgh。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11，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(molh)。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

2、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

3、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/(atmgh)，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xT曲线斜率。若改变惰性气体含量，有何影响？讨论： 放热反应：AB，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

4、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14.4C，混合后温度为23.9C。反应对环氧丙烷为一级,对水为零级，速率常数k： k=16.961012e-75334/RT，h-1,E单位J/mol。 CPA=84.45 kJ/（kmolC）,CPB=41.9kJ/（kmolC） CPC=107 kJ/（kmolC）,CPM=19.5kJ/(kmolC） 反应热为HR=-84590-16.27（T-293）

5、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/(molK)， 丁烷的CP=141 J/(molK)，异戊烷CP2=161J/(molK) E=65.7 kJ/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

6、器中仅有750F的水（含0.1%质量硫酸）。进料由80 1bmol/h的环氧丙烷A和1000 1bmol/h的水B（含0.1%质量硫酸）及100 1bmol/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=16.961012e-75334/RT，h-1,E单位J/mol。 CPA=84.45 kJ/（kmolC）,CPB=41.9kJ/（kmolC） CPC=107 kJ/（kmolC）,CPM=19.5kJ/(kmolC） 反应热为-36000 Btu/1bmolA 冷却水流量为51b/s,UA=16000 Btu/(h0F),Ta1=600F

7、,A=0.932 1bmol/ft3 ,B=3.45 1bmol/ft3, C=1.54 1bmol/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AR，其速率方程为rA=kCA kmol/(m3s)，k=81015exp(-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4.510-4m2/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=0.6910-4m2/s 空隙率为30%。