化学反应工程王承学课后答案第三章

化学反应工程王承学课后答案第三章

3-1 在反应体积为1m的间歇操作釜式反应器中，环氧丙烷的甲醇溶液与水反应生成丙二醇

3H2COCHCH3?H2O?H2COHCHOHCH3

?1h 该反应对环氧丙烷为一级，反应温度下的速率常数为0.98，原料液中环

氧丙烷的浓度为2.1kmol/m，环氧丙烷的最终转化率为90%。若辅助时间为0.65h，一天24h连续生产，试求丙二醇的日产量为多少？ 解 H2COCHCH33

?H2O?H2COHCHOHCH3

( A ) ( B )

一级反应

1CA01111t?ln?ln?ln?2.35h

kCAfk1?xAf0.981?0.9V1m313v0???m/h

t?t0(2.35?0.65)h3丙二醇日产量=24v0CA0xAf

1 =24??2.1?0.9?15.12kmol/天

3 MB?76kg/kmol

?76?15.12?1149.12kg/天

丙二醇日产量Q和B液体(cA0 3-2一个含有A

?0.10mol/L、cB0?0.04mol/L)

以体积流量2L/min流入容积VR=10L的全混流反应器，物料在最佳的条件下进行反应A→2B+C。已知由反应器流出的物料中含有A、B和C，

cAf?0.04mol/L。试求：在反应器内条件下，A、B和C的反应速率？

??解 空时

VR10L??5minv02L/min

CA0?CAfrAf

??(0.1?0.04)mol/L ?5minrAf?CA0?CAf??0.012mol/L?min

rBf?2rAf?0.024mol/(L?min)

?rAf?0.012mol/(L?min)A+B→R+S

rCf

3-3 一个液相反应： 其中，k1?7L/(mol?min)，k2?3L/(mol?min)。

反应是在一个容积为120L的稳态全混流反应器中进行的，两条加料线，一个保持2.8mol/L反应物A的加料浓度，另一个保持1.6mol/L反应物B的加料浓度，两条线分别以等体积速率进入反应器，要求指定组分转化率为75%。求每条线的加料流量？假设反应器内密度为常数。 解

A?B???R?S

k2cB0?cBfcB0cBfcB01???k 因B的浓度低，所以为指定组分，两条线混合后两组份的浓度各降一半，

因此，有：

xBf??1??75%

cBf?0.2mol/L

cAf?CA0?CB0XBf?1.4?0.8?0.75?0.8mol/L

因此，

A?B???R?S 出口

k2?0.8mol/L ?0.2mol/L

1???k初始 1.4 0.8 0 0 cAf反应掉 0.6 0.6 生成 0.6 0.6 cBf

rBf?k1cAfcBf?k2cRfcSf?7?0.8?0.2?3?0.6?0.6?0.04mol/L?min

??cB0?cBfrBfVR0.8?0.2??15min

0.04120L??8L/min 总加料速率v0??15minv0'?4L/min 每条线加料流量v0?2

3-4 某液相二级反应

A+B→R+S，其速率常数

k?9.92m3/(kmol?ks)，在全混流反应器中进行，

cA0?cB0?2mol/L，要使出口A的转化率达0.875。求

30.278m/ks，求全混釜体积？ （1）在单个全混釜中进行，进料体积为

（2）当进料体积流量不变，用两个相等体积的釜串联，求全混釜总体积。

3v?0.278m/ks 解 1. 0 cAf?cA0(1?xAf)?0.25mol/L ，cBf?0.25mol/L

??cA0?cAfrAf?cA0xAfkcAfcBf2?0.875??2.823ks 29.92?0.253V?v??0.278?2.823?0.785m釜体积为 R 0VR 2. 两釜串联 VRi?2

xA1xA2?xA1?1??2??2kcA0(1?xA1)kcA0(1?xA2)2?xA2?xAf?0.875

?xA1

?0.725

xA1?1??0.483ks2kcA0(1?xA1)VRi?v0?i?0.278?0.483?0.134VR?2VRi?2?0.134?0.268m3

因此，采用两个等体积釜相串联，反应器的总体积减小近3倍。

3-5 在等温全混流釜式反应器中进行下列液相反应：

3r?2c[kmol/(m?h)] A+R→P（目的） pA3r?0.5c[kmol/m?h] 2A→R RA3c?c?2kmol/m A0 B0

试计算反应2h时A的转化率和产物P的收率？ 解 A+R→P（目的） rp 2A→R rR?2cA

?0.5cA

?1r?2r?r?3ck?3h A RpA ，

xAf11???0.143 k??13?2?12Sp??rA32Yp?SpxA??0.143?9.52%

3

3-6 图解设计一个四釜等体积串联釜式反应器，?A2mol/L，要求转化率为80%，rA总反应空时。 解 图解法公式

rp

?0，A

初始浓度为

?3cAmol/?L?min?，求每釜的空时?i和