化学反应工程第二版习题解答

《化学反应工程》第二版习题解答

6.3?10?3?8.314?555.15V0??0.0969m3s?13000.95dx0.95dxA11A??cA0????ln?11.10s00?rA0.27?1?xA?0.271?0.95SV???1?11.10?1?0.09s?1VR?V0??0.0969?11.10?1.075m3标准空速为：Tp273.15?0.3V000.0969Tp0555.15?0.1013?0.131SVNO??s?1VR1.075

21 液相一级不可逆分解反应A→B+C于常温下在一个2m3全混流反应器

（CSTR，MFR，连续搅拌槽式反应器）中等温进行。进口反应物浓度为1 kmol·m-3，体积流量为1m3hr-1，出口转化率为80%。因后续工段设备故障，出口物流中断。操作人员为此紧急停止反应器进料。半小时后故障排除，生产恢复。试计算生产恢复时反应器内物料的转化率为多少？ 解

首先求反应速率常数VcA0?cA?V0?rAf21?0.2?10.2kk?2hr?1全混流反应器切断进出料即为间歇反应器cAcA?e?kt?e?2?0.5cA?0.0736kmol?m?3cA00.2xA?

cA0?cA1?0.0736??0.9264cA0122 第17题中的反应，(1)当cA0=1.2kmol·m-3，进料速率1kmolA·hr-1，转化率为75％；(2) cA0=1.3kmol·m-3，进料速率2kmolA·hr-1，出口为0.3kmol·m-3；(3) cA0=2.4kmol·m-3，出口仍然为0.3kmol·m-3，进料速率为1kmolA·hr-1。计算三种情况下，用全混流反应器的体积各为多少? 解

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《化学反应工程》第二版习题解答

VcA0?cA?V0?rAfV0?FA0cA0由数据表，对应?rA?0.5kmol?m?3min?1cA?1.2?1?0.75??0.3VR1?VR2VR311.2?0.3??0.025m31.20.5?6021.3?0.3???0.051m31.30.5?6012.4?0.3???0.029m32.40.5?60

23 反应A+B→R+S，已知VR=0.001m3，物料进料速率V0=0.5×10-3m3min-1，

cA0=cB0=5mol·m3，动力学方程式为?rA=kcAcB，其中k=100m3kmol-1min-1。求：(1)反应在平推流反应器中进行时出口转化率为多少？(2)欲用全混流反应器得到相同的出口转化率，反应器体积应多大?(3)若全混流反应器体积VR=0.001m3，可达到的转化率为多少? 已知k=1m3kmol-1hr-1，cB0=3kmol·m-3，cA饱和=0.02kmol·m-3，水溶液流量为10m3hr-1。 解 平推流

VR1?V0kcA0xAf?xAf0dxA11?(?1)2(1?xA)kcA01?xAf 11?1??1??0.5VRkcA00.001?0.1?51?1?V00.0005(1) 全混流

VRcA0?cAcA0?cA0.005?0.0025????42V0?rAkcAcB100?0.0025 VR?V0??0.5?10?3?4?2?10?3m3 13

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VRcA0?cAcA0?cAcx???2A0A2V0?rAkcAcBkcA0?1?xA?0.5?10?3xAm?(2) VR?0.0012100?0.005?1?xA?3

1?

xA?1?xA?2xA?0.382024 在全混流反应器中进行如下等温液相反应：

rc=k1cA2 2A→B＋C

rD=2k2cAcB A＋B→2D

A的初始浓度为2.5kmol·m-3，A和C的出口浓度分别为0.45和

0.75kmol·m-3。假设进口物流中不含B、C、D，反应时间为1250sec，求： 1. 出口物流中B和D的浓度； 2. k1和k2 。 解

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?1 14

《化学反应工程》第二版习题解答

第二章习题

1. 动力学方程的实验测定时，有采用循环反应器的，为什么?

答：循环反应器行为与全混流反应器相同，可以得到反应速率的点数据，而且反应器进出口浓度差比较大，对分析精度要求不很高。

2. 为什么可逆吸热反应宜选平推流反应器且在高温下操作，而可逆放热反应

却不是?根据可逆放热反应的特点，试问选用何种类型反应器适宜?为什么?

答：可逆吸热反应的反应速率与化学平衡都随温度的升高而升高，高温下操作对二者都有利。可逆放热反应的化学平衡随温度的升高向反应物方向移动，对达到高转化率不利。对此类反应，可选用多段绝热反应器或换热条件较好的管式反应器。

3. 一级反应A→P，在一体积为VP的平推流反应器中进行，已知进料温度为

150℃，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：

(?rA)?kcA?k0exp(?PFRCSTRE)cARTxAdxVP1xAdxA?1A????ln(1?xA)?0(?r)01?xFA0ckckAA0AA0VmxA?FA0cA0k(1?xA)

Vm?xAk?Vpk(1?xA)ln(1?xA)EExA??exp(?)RTmRTp(1?xA)ln(1?xA) 15