反应工程课后答案解析.docx

1、反应工程课后答案解析CA0(kCA0 ) 8 min(kCA0 ) 1 8min假设正确,解:dC Adtk1C A k2C pk1k2K CeCAeCA0XAe2 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Xa1 0.8 18 1 0.8 21 0.9 118 1 0.9 2动力学方程为dCA , 2kCAdt3、在间歇反应器中有一级液相可逆反应 A P，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

2、此反应的动力学方程式。根据一级可逆反应积分式1 . xAet In Aek1 k2 XAe Xa彳 21 i 3 ln13k1 k2k1k20.08664mi n 1k1 0.05776 mink2 0.02888 mindCAdtk1C A k2C p0.05776Ca 0.02888CP5、恒温恒容的气相反应 A t3P,其动力学方程为(rA)1 dnAV dtnAk，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。 dtPt即dptdt解：（a）pA 3( pA0Pt 2Pa2dpAdt1 dnAPa)Paov dt dCAdtk匕RTk比V1 dpART

3、dT1 dpA2RTT1 dpt2RT dtknA得dpt得 _ dt8、纯气相组分 数据，时间/min2kpAA在一等温等容间歇反应器中按计量式 A2.5P进行反应,实验测得如下0分压 pA/MPa 0.1 0.08 0.0625 0.051用积分法求此反应的动力学方程式。101214OG0.0420.0360.0320.028 0.020解：由于当t时，Pa 0.02常数,因此假设为一级可逆反应。达到平衡时,A 2.5dc adtPpk1C A25( p a o即,k2C pPa2.5(0.1 0.02 )0.2 MPadp adtk1 Pak PAe k P pe1 RT 2 RTP p

4、e 0 .2匕 10PAe 0.02k1k2k22.5( Pao Pa)2.5k2 p Ao 2.5k22.5 k 2 p A0112 .5k2 (Pa - Pao)5即，k1 10k210 k2 Pa12 .5k2 PaPaodp12 .5 kdt5 PA0In Pa12 .5 ktP In 1p A 051InA 0AA12 .5 k 20.126cA 0.0126cp即,dCA dtdPAdt0.8 p AO1P A 0512.5 0.0126( Pa 0.2Pa0)12 .5 k 2tt斜率 0.1581即,2.5k2 0.1581k2 0.0126min 1k1 0.126min 1

5、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?1 kt In1 Xa1111k - ln ln t 1 xa 12 0.7在PFR中所需的空时 tBR0.1 mi n 1Xa12 min解：空速丄 0.083min12在CSTR中CaoXa(5)fCaoXa XakCA k(1 Xa)0.770 23.3min0.1 (1 0.7) 33 10.0429 min 170CA/mol/L0.10.20.30.40.50.60.70.81.01.32.0(-r A)/mol/(

6、L.mi0.10.30.50.60.50.250.100.060.050.040.04n)523、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=0.30c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Cao 1.3moFL用梯形法CAf0.3mol L tBR1 10.1 (0.51 -20.6 10.

7、51。右 H 0.061 1(1)1 0.2 (0.06120.051)1 0.3 (0.051 0.0451)2127minFAoCA0 dcACAa)15dCA1.05 (a)Ca0.10.20.30.4050.60.70.81.01.32.0(a)0.10.30.50.60.50.250.10.060.050.0450.0421(a)103.3321.67241016.672022.2223.81.5 (1 0.3) 1.05mol LCA0 (1 Xa)CAf用内插法:cA 1.05,(2)cA 1.5,1(A)1(r A)20阿(22.220.3竺22 影(23.820) 20 0.

8、167 2.22 20.3722.22)22.67梯形法:F A0(1.3 1.05)(20.37 22.22)坯2(22.22 22.67) 9.81min L. mol1000 60电 9.81CA0 1 .2(3)CAf Cao (1 Xa ) 1.2(1Vp9.81109l0.75)0.3mol lVF A0CA0CAf 1.2V 1.5CA0 ( rA) f 1 .2 0.5100025L605、丙烷裂解为乙烯的反应可表示为GHt GH+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C

9、A060.1 10Part 11.5morm3VpVoXa dxACA0 00 ( Xa)Pa1 XaPA0UdpAdtpA0 (1(1 Xa) (1 Xa) 1 dXA(1 Xa)2)dtdpAdt2 dxA1 Xa 2dtkpAkpA0 01 Xa即:些dtk(1 Xa)(12CA0 dXAXa)2Xa )1 xa dt2CA0(1Xa)VpXa dXAVo0 k2(1Xa)2in-k 1Xa2 |n 2 3.4660.4Vp 3.466 0.82.77m38、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，

10、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)kCAk exp( rt ) CaPFR汇Xa dxA1Xa dxAFA00 (a)CA0 k0 1 XaCSTRV,m XAFa0 CA0k(1Xa)VmXAkVp k(1 Xa)I n(1 Xa)EExaexp() RTmRT/ (1 Xa)In(1Xa)6(1CA0 kIFTp TmXa)XAkVp k(1 Xa)I n(1 Xa)(1 Xa)I n(1 Xa)IFVm 1an dxAVp A0

11、.60.61 0.6 ln(1 0.6)1 exp 84000 4238.314 423.15Tm1.6370.6109exp 23.876423.15 TmTm423.150.4929 23.876Tm0.02064Tm 423.15 TmTm 432.07Kn2,VmXaVm21FA 0kcAVm1Ca1/2,VmXaVm1/21/2n 1/ 2Vm1CaF A0kcAn1,VmXa kcA1Vm 12CaFA0Vm1VmnVm11n 1CA或VmnF A0 XAfkcAfPPT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2k=61

12、.5 X 10- 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=1 I1 h -&妣 A O一 SS (1 45一）1 厂五/I 4 A 14斤匕LJo （L 一兀川）A 4 & 0.91 l*J ,15 一 O.9In 2.79(A) 4 x 0.615 x 0.3075 x (1 - 0.9)当乂=O,99irf,15 O.9Q/ In-=* 2U JL vF Q 1 I F * *4 x 0.615 x 0.3075 x

13、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 25 C下进行液相二烯合成反应 A+B t C3 3 3 3（-r a）= kCACB ； k=9.92 x I0m/kmol s ; CAo=0.1kmol/m ; CBo=0.08kmol/m ;xa=0.95 ; t/=1h;每天处理300kg环戊二烯。求：反应器有效容积？2CAOXadxAxa dXAXa2kCAO C BO (1 Xa)kCBO 0(1 Xa)10.95kCBO (1 XA )9.92 100.081 0.95

14、6.65 h3600vo VOA VOB300/6624 0.1300/66 1.894 2.367 4.261m3/h24 0.08a)= kC a CB = kC AOCBO (1 X A )CA1 dCAcao rArA(1.3 0.3) 22.2211.11minV=vO(t t/) 4.261(6.65 1) 32.6m33、 在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应： CH3COOC2H5+NaOHCH3COONa+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.mi n 。要求最终转化

15、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/k 2A0CA0 (1-XA) 2=1/(kCA0) X XA/(1 -XA) =1/(5.6 X 0.02) X 0.95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？xa dXACA0 竺0kVCAoCAV0 Ca0 Ca 代入数据：Ca 0.001当 Cao 0.3时，V01kV 0.3 0.0010.3-0.001当 Ca0 0.04时，v02kV 0.04 0.0010.04 0.001二式相除：V02 1.022V01V02 1.022V01