反应工程课后答案

1、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。dCA"dT3、在间歇反应器中有一级液相可逆反应A P ,初始反应时 CAo=0.5mol/L, Cpo=0解:反应8min后，A的转化率为1/3，而平衡转化率是2/3，求此反应的动力学方程式。dCAdtkiC ak?Cpkt 1Xacao 1Xa10.81(kCA0)8min8 10.8210.91(kCA0)18min11810.92假设正确，动力学方程为kC PeKk2CAeCCAoXAe2 即 )k1 2k2AO (1XAe

2、根据一级可逆反应积分式.1.XAetIn 81k1 k2ln2 O.O8664mink1k2XAeXak1k2138k1 0.05776 min1 k20.02888min1dCAdtkiC ak?Cp0.05776Ca 0.02888Cp5、恒温恒容的气相反应A t3P，其动力学方程为(rA)1 dgV 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dptdtf( Pa)的表达式。Pt即dptdt解：（a）pA 3( pA0Pt2Pa2dpAdt1 dnA v dt dCAPa)Paodtk匕RTknAV1 dpART1 dpA2RTT1 dpt2RT dtknA得dpt

3、得 _ dt8、纯气相组分数据，时间/min分压pA/MPa用积分法求此反应的动力学方程式。2kpA0.1等温等容间歇反应器中按计量式A0.080.06250.0510.042解：由于当t达到平衡时,即,2.5P进行反应，实验测得如下101214OG0.0360.0320.0280.020时，Pa 0.02常数，因此假设为一级可逆反应。A 2.5de a dt PkgPe2.5( p a o.PAek1 -RTP pePAek1k2k?CpPa )2.5(0.10.02 )0.2 MPaRT0.2 “100.02即，k110k2dp adtk1 p a2.5( Pao Pa)2.5k2 p A

4、0 2.5k22.5 k 2 p A0112 .5k2 (Pa Pao)510 k2 Pa12 .5k2 Padp12 .5 kdt5 PA0In Pa12 .5 ktP In 1p A 051InA 0AA12 .5 k 2即,dCAdtdPAdt0.8 p AO1P A 050.126cA 0.0126cp12.5 0.0126( Pa 0.2Pa0)12 .5 k 2tt斜率 0.1581即,2.5k20.1581k20.0126min 1k10.126min 1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

5、器中进行时,所需要的空时和空速各为多少?1 kt In1 Xa1111k - lnln t 1 xA120.7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)fCaoXaXakCAk(1 Xa)0.77023.3min0.1 (10.7)3310.0429 min 170CA/mol/L1.32.0(-r A)/mol/(L.mi50.100.060.050.040.04n)52c3、液相反应在一间歇反应器中进行，反应速率如下表所

6、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，C A0 =.5mol/L ， FAo=1000mol/h，求xao=O.3O时所需反应器的大小。（3）当 CA0=1.2mol/l，FA0=1000mol/h，Xa=0.75 时，求所需全混流釜式反应器大小。1解：由Ca （：）表作出 Ca曲线（U）Cao 1.3mol L , CAf 0.3mol L tBR1 10.1 (0.51 -2(1) 1-0.2(0.0612用梯形法0.61 0.51 0.251 0.11 0.061 10.051) - 0.3 (0.051 0.0451)2127mi

7、nFAoCao dcACa (a)15dCA1.05 (a)Ca0.401.01.32.0(a)50.10.060.050.0450.0421103.3321.67241016.672022.2223.8(a)1.5 (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 0.167 2.22 20.3722.22)22.67梯形法:F A0(1.3 1.05)(20.37 22.22)102(2

8、2.22 22.67)9.81min L. mol1000 60电 9.81CA01 2(3)CAfCao (1Xa) 1.2(1Vp9.81109l0.75)0.3mol lVF A0V 1.5CAfCA0 ( rA) f 1 .20.5100025L60CA05、丙烷裂解为乙烯的反应可表示为CaHstC2H4+CH4 （忽略副反应）在772 C等温反应时，动力学方程为dPAdtkpA，其中k=0.4h -1。若系统保持恒压p=0.1MPa, v=0.8m 3/h(772 C, O.IMPa)，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Cao6P-RT

9、 8.3.4 11o45 11.5mOLm3VpVox- dxAC o0( X)Pa1 x-dp-pA0 -1 xadtpA0 (1(1 Xa)(1 Xa) 1、dXAdPAdt2dx-1 X- 2 dtkPA(1 Xa)21 xa kPA0-1 x-)dt即:些dtk(1 Xa)(12CA0 dXA1 xa dtXa)k2(1Xa2)VpVox-dx-0 k(1 x-)2k2CA0(12ln-k 1Xa)Xa2 In 23.4660.43V p 3.466 0.82.77m8、一级反应 At 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 C,活化能为84 kJ mol -1

10、，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？E)cRT丿解:xkk(1x)l n(1 x)exp(ERTmxRH x)ln(1 x-)PFRVpXa dx1Xa dxF00 ( r)c0k 0 1xCSTRVmxF0c°k(1X)(r)kck°exp(1R(1 X-)IFTp TmV XAkVPk(1 XA)ln(1 Xa)Xa(1 XA)ln(1 Xa)1an dxA 0.6expR 罟0.61 0.6

11、 ln(1 0.6)1 exp 84000 4?38.314 423.15TmL 1.637423 15 T0.6109 exp 23.876mTm42315 T0.4929 23.876-Tm0.02064Tm 423.15 TmTm 432.07K2,VmXa1/2,Fa 0Vm1,F A0VmVm2Vm1Vm1/2Vm1VmCa1/2Ca或VmkcAfVmnVm1PPT课件答案1、在间歇反应器中进行液相反应A+B f P, CAo=0.307mol/L，测得二级反应速率常数k=61.5 X 102L/ ( mol h),计算当 Cbo/C ao=1 和 5 时，转化率分别为 0.5,0.

12、9,0.99 所需要的反应时间，并对计算结果加以讨论。尸 j cbc .解：根据CSTR基本方程 ，=(一匕)10.615 x 0.3070.5当Cg 心加=1时， 一= kc(_-x/y当I = 6 5卩寸*当丄川=0.9HJ #当兀川=0.99FH=5.30</7)(1 - 0,5)10.9:x 47 *70(/?)0.615 x 0.307(1 一 0.9)10.99x= 524 ,70(/0 0.615 x 0.307(1 -0.99)=厅IT寸,(rJ =辰：c(l x a)(5 乂 寸)tIf*dx片J 1D (1 -)<5_ 乂11h (J _ )Jo (5一 h,)

13、J5 p X" tIn丿4 斤£ MO5(1 -工川)当Io.sttd-»15O：5J In=0.78( / )Ln 4x0.615 x 0.3075x(1 O.5>当乂川=69FkJ ,15 0.9芝3 In = 2*79 ( A )4 x 0.615 乂 0.3075x(1- 0.9)当乂 t = 0.99时，15 - 0.99,=In = 5.81 (A )_4 x 0.615 x 0.3075 x <1 - 0.99)分桁：等当旱配料，随转化率提高，反应时间迅速增长： 若采用过呈纟目分配料* 随转化率提嵩. 反应时间増长放慢“2、已知：苯醌与环

14、戊二烯在25 C下进行液相二烯合成反应333(-r a)=kCACB ;k=9.92 x 10 m /kmol s ;CAo=0.1kmol/m;CBo=0.08kmol/m3; xa=0.95 ; t/=1h;每天处理 300kg 环戊二烯。求：反应器有效容积？CaoXa dxA0而(_r A)= kC a C B = kC AOC BO (1Xa)2XadxAtCAO c2kCAO C BO (1Xa)1Xa dXAkCBO 0(1 Xa)1kCBO(1 xa)9.92 10 3 0.08Xa0.956.65 h1 0.95 3600voVOAVOB咤 200/661.894 2.367

15、4.261帀小24 0.124 0.08V= 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.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=C A0 / 0XA fdX a/(-RA)=CA0 / 0XAfdXA/k2A0C 2A0 (1-XA) 2=1/(kCA0) x XA/(1 -XA) =1/(5.6 x 0.02) x 0.95/(10.95)=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2.83