化学反应工程大题 (2)

反应共消耗A2.5?0.45?2.05kmol?m?3每消耗2个A生成1个C，生成C所消耗的A为2?0.75?1.5kmol?m?3生成D所消耗的A为2.05?1.5?0.55kmol?m?3每消耗1个A将生成2个D，因此D的出口浓度为0.55?2?1.1kmol?m?3每生成1个C伴生1个B，但每生成1个D又消耗0.5个B，所以，B的浓度为0.75?0.5?1.1?0.2kmol?m?3?CC0.75?0??1250?rCk1?0.452k1?2.963?10?3m3kmol?1s?1?CDrD1.1?02k2?0.45?0.2

??1250?k2?4.889?10?3m3kmol?1s?1k1???9、在体积VR=0.12m3的全混流反应器中，进行反应A?BR?S，式中???k2k1=7m3kmol-1min-1，k2=3m3kmol-1min-1，两种物料以等体积加入反应器中，一种含

2.8kmolA·m-3，另一种含1.6kmolA·m-3。设系统密度不变，当B的转化率为75％时，求每种物料的流量。

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2.8?1.4kmol?m?321.6cB0??0.8kmol?m?32cB?0.8?1?0.75??0.2kmol?m?3cA0?cR?cS?0.8?0.75?0.6kmol?m?3cA?1.4?0.6?0.8kmol?m?3?rA?7?0.8?0.2?3?0.6?0.6?0.04kmol?m?3min?1

??v?cB0?cB0.8?0.2??15min?rA0.040.12?60?0.48m3hr?115每一股是总物料量的一半：vA?vB?0.48?0.24m3hr?1210、自催化反应A+P→2P的速率方程为：?rA=kcAcP，k=l m3kmol-1min-1，原料组成为含A 13%，含P 1%（摩尔百分数），且cA0+cP0= l kmol·m-3，出口流中cP= 0.9 kmol·m-3，计算采用下列各种反应器时的空间时间(τ=VR/V0)。(1)平推流反应器；(2)全混流反应器；(3)平推流与全混流反应器的最佳组合；(4)全混流反应器与一分离器的最佳组合。

cA0?1kmol?m31?0.0714xAf?0.914

2?rA?kcAcP?kcA0(1?xA)cA0xA?kcA0(1?xA)xAxAin?dxA1???rA?kcA0dxA1??1?xA?xAkcA0?11? ????xAin??dx1?xxAA??xAfFor PFR??cA0?xAfxAin?xAfxAin?xAf??0.9???????1?xAf?111?0.9????ln?ln?4.76minkcA0?xAin?1?1?0.0714?????1?x??1?0.0714??Ain?? 6

For CSTR??cA0 xAf?xAin10.9?0.0714???9.2min2kcA1?xAf?xAf1?1?1?0.9??0.90?For CSTR?PFR由于1d??rA?与?rA的极值点相同,令?0，有1?2xA?0，xA1?0.5?rAdxA?1?1x?xAin10.5?0.0714?Af???1.71minkcA0(1?xA1)xA11?1(1?0.5)?0.5?3cA1?cA0(1?xA1)?0.5kmol?m

?0.9???1?0.9??2.20?2?ln??0.5???1?0.5?????1??2?1.71?2.20?3.91minFor CSTR?分离器d??rA??0,dxAxA1?0.5

??1xAf?xAin10.5?0.0714???1.71minkcA0(1?xA1)xA11?1(1?0.5)?0.511、A进行平行分解反应，其速率式为

↗R rR=1 kmol·m-3min-1 A →S rS=2cA kmol·m-3min-1 ↘T rT=cA kmol·m-3min-1

其中R是所要求的目的产物，cA0=1kmol·m-3。试问在下述反应器进行等温操作时，预计最大的cR为多少?(1)全混流反应器；(2)平推流反应器。

低浓度操作对生成目的产物R有利，对全混流反应器，可在极低的浓度下操作

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cR?(cA0?cAf)Sp?(cA0?cAf)?(1?0)1?11?0?011?2cAf?cAf

对平推流反应器，则尽量使其转化率提高。

cR??cA0?cAf?Sp??1dcAcAf1?3cAfcA011?ln?0.462mol?m331?0

12、某液相一级不可逆反应在体积为VR的全混釜中进行，如果将出口物料的一半进行循环，新鲜物料相应也减少一半，产品物料的转化率和产物生成速率有什么变化？ 解

全混流循环时??cA0xAf?xA0

?rAf出口物料一半与等量的xA=0的物料混合，xA0=0.5xAf。

??cA0xAf?0.5xAf0.5xAf?kcA0?1?xAf?k?1?xAf?2k??xAf1?xAfxAf?2k?

1?2k?与简单地把处理量减半等效。

cA0xAfV0?2k??V0cA0kVR ?cA0???21?2k?21?2k???8

13、有一自催化反应A→R， 动力学方程为 ?rA=0.001cAcR kmol·m-3s-1。 要求反应在4个0.1m3的全混流反应器中进行，反应物初始浓度cA0=10kmol·m-3，cR0=0，处理量为5.4 m3hr-1。如何排列这4个反应器（串联、并联、或串并联结合）才能获得最大的最终转化率？最大的转化率是多少？ 解

?rA?0.001cAcR?0.001cA?cA0?cA?d?0.001cA?cA0?cA???0dcA当 d??rA??0, ?rA 最大dcAcA?1cA0?cR?52?cA0?cA??cA?0??cA0?cA10?5??200s0.001cAcR0.001?5?5

将3个反应器并联，??另外一个串联在后面0.1?3?3600?200s，恰好是最佳操作条件。5.4cA?3.486kmol?m?3VRc?c5?cA?A0A?V00.001cAcR0.001cA?5??5?cA??xA?1?

cA3.486?1??0.6514 cA01012??B???C，k1=0.25hr-1，k2=0.05hr-1，进料流率V0为14、一级不可逆连串反应A?kk1m3hr-1，cA0=1kmol·m-3，cB0=cC0=0。试求：采用两个VR=1m3的全混流反应器串联时，反应器出口产物B的浓度。 解

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