反应工程课后答案

1、后， 第二章 均相反应动力学 反应物转化掉 80，经过 18min 后， 1、有一反应在间歇反应器中进行，经过8min 转化掉 90，求表达此反应的动力学方程式。 kt 1 cA0 (kcA0 ) 8min (kcA0)1 8min 假设正确， dcA k dt xA 1 xA 1 8 1 0.8 1 0.9 18 1 0.9 动力学方程 0.8 1 2 1 2 为 3、 在间歇反应器中有一级液相可逆反应 反应 8min 后， A 的转化率为 1/3， A P ，初始反应时 CA0 =0.5mol/L ， CP0=0 而平衡转化率是 2/3，求此反应的动力学方程式。 解： dC Ak1CA k

2、2Cp dt 1 A 2 p k1 k2 KCPe C AeCA0(1 xAe ) CA0 xAe k1 2k2 根据一级可逆反应积分式 t 1 ln k1 k2xAe xA xAe 2 8 ln 3 k1 k2 13 k1 k2 ln82 0.08664min 1 k1 0.05776min 1 k2 0.02888min dCA k1C A k 2C p 0.05776C A 0.02888CP dt nA k nVA ，在反应过程 1 dnA 5、恒温恒容的气相反应 A 3P，其动力学方程为 ( rA)V1 ddntA 中系统总压 pt及组分 A 的分压均为变量，试推导 dpt f(pA

3、)的表达式。 dt pt pA 3(pA0 pA) 即 dpt dt 解： ( rA ) pt2pA pA0 2dpA dt 1dnA v dt dcA knA V 1 dpA 1 dpA1 dpt dt kcA k pA RT 得 dpt 得 dt 8、纯气相组分 数据， 时间 /min 分压 pA/MPa 2kpA RT dt 2RT dt 2RT dt 在一等温等容间歇反应器中按计量式 A 0.1 0.08 0.0625 0.051 0.042 用积分法求此反应的动力学方程式。 解：由于当 t 时， pA 0.02 常数， 达到平衡时， 即， knVA 2.5P 进行反应， 实验测得如下

4、 10 12 14 0.036 0.032 因此假设为一级可逆反应。 A 2.5 p dc A k1c Ak 2c p dt 1 A 2 p ppe2.5( pA0 pA ) k p Ae k p pe 12 1 RT 2 k1 p pe k2 p Ae RT 0.2 10 0.02 0.028 0.020 2.5(0.1 0.02 ) 0.2MPa 即， k1 10 k 2 dp A dt k1 p A k2 2.5( pA0 pA ) 10 k 2 p A 12 .5k2 p A 2.5k2 12 .5k2 (pA p A0 2.5k 2 2.5k2 p A0 1 p A 0) 5 pA0

5、 pA ln ln dp pA 12 . 5 kdt 5p A0 pA0 12 .5 kt ln 0 .8 p A 0 12 .5k 2t pA 0 . 08 12 .5k 2t ln 0 . 02 斜率 0.1581 即，12.5k 2 0.1581 1 k2 0.0126 min 1 1 k1 0.126 min 1 dpA dt 即,dcA 0.126c A 0.0126c p dt A p 12.5 0.0126( pA 0.2 p A0) 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，

6、所需要的空时和空速各为多少？ 1 kt ln 1 x A 0.1min 1 12min 1 1 1 1 k ln ln t 1 xA 12 0.7 在 PFR中所需的空时tBR 解： 空速 v 在 CSTR中 c 11 0.083 min 12 cA0 xAcA0 xA ( r A) f 0.7 xA kcAk(1 x A) 70 23.3min 0.1 (1 0.7) 3 1 3 1 v 0.0429 min v 70 CA /mol/L 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1.0 1.3 2.0 (-rA )/mol/(L.min) 0.1 0.3 0.5 0.

7、6 0.5 0.25 0.10 0.06 0.05 0.045 0.042 c 3、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？ 时所需反应器的大小。 (3) 小。 1.3mol L cAf 0.3mol L tBR 2) 若反应移至平推流反应器中进行， C A0 =.5mol/L ，FA0=1000mol/h ，求 xA0=0.30 当 CA0=1.2mol/l ，FA0=1000mol/h ， xA=0.75 时，求所需全混流釜式反应器大 1 解：由 cA ( rA)表作出 cA 曲线 ( rA ) 用梯形法 11 1 1 1

8、 1 11 0.1(0.5 1 0.6 10.5 10.2510.110.061) 1) 22 1 1 1 1 1 1 0.2 (0.06 1 0.05 1) 0.3(0.051 0.0451) 22 12.7min cA 0.1 0.2 0.3 0.4 05 0.6 0.7 0.8 1.0 1.3 2.0 ( rA ) 0.1 0.3 0.5 0.6 0.5 0.25 0.1 0.06 0.05 0.045 0.042 1 10 3.33 2 1.67 2 4 10 16.67 20 22.22 23.8 ( rA ) cAf cA0(1 xA) 1.5 (1 0.3) 1.05 mol L

9、 VpcA0 dcA1.5 dcA FAocA ( rA) 1.05 ( rA) 用内插法： 10.05 cA 1.05,20(22.22 20) 20 0.167 2.22 20.37 ( rA)0.3 10.2 2)cA 1.5,22.22(23.8 22.22) 22.67 ( r A)0.7 梯形法： Vp FA0 1 Vp 9.81 FA0 cA0 9.81 1000 60 1.2 109l (1.3 1.05)(20.37 22.22) 0.2 (22.22 22.67) 9.81min L mol (3)c Af cA0(1 xA ) 1.2(1 0.75) 0.3 mol l

10、VcA0 cAf1.2 0.3 1.5 FA0 cA0 ( rA) f 1.2 0.5 1.5 1000 25L 60 5、丙烷裂解为乙烯的反应可表示为 C3H8C2H4+CH4(忽略副反应) 在 772等温反应时， 动力学方程为 - dpA kp A，其中 k=0.4h-1。若系统保持恒压 p=0.1MPa, dt A 3 0 =0.8m3/h(772 ， 0.1MPa) ，求当 xA=0.5 时，所需平推流反应器的体积大小。 解：恒压变容反应 c A0 Vp v0 pA pA0.1 106 RT 8.314 1045 xA dxA 0 A A 0 ( xA ) 1 x A 11.5 mol

11、 m3 cA0 dpA dt pA0A 1 x A 2 dpA dt 1(1 xA ) (1 xA ) 1 dxA pA 0 (2 ) (1 xA) 2dt dxA1 x A kpAkp A0 dt1 xA 1 xA 2 dxA kk2 即： A k (1 xA)(1 xA) k(1 xA2) dt22 cA0 dxA ( rA ) k 1 xA dt 2cA0 (1 xA) Vp xA dx A2 1 A ln k k 1 xA 2 (1 xA)A V p 3.466 0.8 2.77m3 v0 02.4 ln 2 3.466 150，活化 Vm ，则 Vm/Vp 应有何关系 ?当转 ?如反

12、应级数分别为 n=2，1/2，- 1 时， 8、一级反应 AP，在一体积为 VP 的平推流反应器中进行，已知进料温度为 能为 84kJmol-1 ，如改用全混流反应器，其所需体积设为 化率为 0.6 时，如果使 Vm=Vp ，反应温度应如何变化 全混流反应器的体积将怎样改变？ 解： ( rA ) kcA k0 exp( E ) cA A A 0 RT A V PxA dxA1 FA0 Vm FA0 cA 0 k (1 xA ) xAk PFR CSTR Vm xA ( rA ) c A0 k 0 dxA 1 cA01kln(1 xA ) xA Vpk(1 xA )ln(1 xA ) exp(

13、RTm RTp)(1 xA )ln(1 xA) xA IF Tp Tm VmxAk VP k(1 xA )ln(1 xA ) xA (1 xA )ln(1 xA) IF Vm 1and xA 0.6 VP 1 exp E TP Tm R TPTm 0.6 1 0.6 ln(1 0.6) 1 exp 84000 423.15 Tm 8.314 423.15Tm 1.637 0.6109 exp 23.876 423.15 Tm Tm 0.4929 23.876 423.15 Tm Tm 0.02064Tm 423.15 Tm Tm 432.07K n 2, Vm n 1/ 2, FA 0 Vm

14、xA kcA2 xA 1/ 2 Vm2 Vmn1 V c n 1 Vm1cA FA0 Vm FA0kcA 或VmFA0 xAf Vm1 Vm1/2 Vm1 Vm 1 Vm1 1 cA 1/ 2 cA 2 cA n kcAnf PPT 课件答案 1、 在间歇反应器中进行液相反应 -2 k=61.5 10-2L/ （ mol h） ,计算当 反应时间，并对计算结果加以讨论。 A+BP ， CA0=0.307mol/L ，测得二级反应速率常数 CB0/CAO =1 和 5 时，转化率分别为 0.5,0.9,0.99 所需要的 A+B C t CAO xA dxA ( rA ) 2 (-r A )=

15、kCA CB = kC AOCBO (1 xA) dxA xA t CAO 0 kCAOCBO(1 xA)2 1 xA dxA kCBO 0 (1 xA) xA 1 kCBO (1 xA) 9.92 10 3 0.08 0.95 1 0.95 1 36100 6.65h 2、已知：苯醌与环戊二烯在 25下进行液相二烯合成反应 -3 3 3 3 (-r A)= kCACB ； k=9.92 10-3m3/kmol s ； CAO=0.1kmol/m 3； CBO=0.08kmol/m 3； xA=0.95；t/=1h；每天处理 300kg 环戊二烯。求：反应器有效容积？ vo vOA vOB30

16、0 /66 300/66 1.894 2.367 4.261m3/h 24 0.1 24 0.08 V= vO(t t/ ) 4.261(6.65 1) 32.6m3 3、在等 温间 歇反 应器 中进行乙酸乙酯皂化反应： CH3COOC2H5+NaOH CH3COONa+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 5.6l/mol.min 。要求最终转化率达到 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=CA00XA fdX A/(-RA)=CA0 0XAfdXA/k 2A0C2A0 (1-XA) 2 =1/(kCA0) XA/(1-XA) =1/(5.6 0.02) 0.95/(1-0.95) =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