-理想流动均相反应器设计题解

1、[间歇反响器与全混釜恒容一级]有一等温操作的间歇反响器进展某一级液相反响，13分钟后,反响物转化了70%.今拟将此反响转至全混流反响器,按到达一样的转化率应保持多大的空速?CA0=kt,CA

CA0CACA0

=0.7，CA=0.3CA00.3=－13k，k=0.0926min-1在全混釜中τVRV0

=CA0XAkCA

= 0.70.30.0926

=25.2min-1∴空速S=1

125.2

=0.0397min-12、[平推流恒容一级]有一个活塞流管式反响器于555K,0.3MPa压力下进展A→P气相反响,进料中含30%A(mol)，其余70%为惰性物料.加料流量为6.3mol/s.该反响的动力学方程为r=0.27CA Amol/m3·s95%转化.试求⑴所需的空时?⑵反响器容积?解:τ

=VR

=1CA0=1

1yA0

=1㏑1

= 1 ㏑1

=11.1SP∴V=τ

V0 k CA v=τF

PA

y k AAA

0.27

10.95PCR P·0 A0PC而C =P AA0

A030.3

=0.0198mol/L=19.8mol/m3A0 RT

0.082555VR=11.1s×6.3mol/s19.8mol/m3

=3.53m33、[平推流变容过程一级]有一纯丙烷裂解反响方程式为CHCH+CH.该反响在772℃等温条件下进展,其动力学38 24 4方程式为-dP/dt=kP,无视存在的副反响,并k=0.4h-1A A

反响过程保持恒压0.1MPa.7720.1MPa800L/h0.5解:∵ε=21=0.5A 2(∵kτ1＋ε)㏑(1-ΧεΧ(P A A A AfP0.4τ=－(1+0.5)㏑(1-0.5)-0.5×0.5P∴τ=1.5ln20.25

=1.974hP 0.4P0VR=τv=1.974×800=1579L=1.579P04、[间歇釜变容一级]A→2R+S,在等温等压间歇试验反响器中进展,原料中含75%A(mol),25%(mol)8解:膨胀因子δ3-1=2A 1膨胀率εA=yA0δA=0.75×2=1.5对应转化率X的反响体积 V=V(1＋εΧ)A 0 A A所以，ΧV12-1=66.7%AK=1㏑1 t 1xA 8

V0A110.667

1.5=0.0735min-15、[全混流恒容二级反响]在全混流反响器中进展液相均相二级反响 :A+B→C,在298K下的动力学方程式为r=0.6CCmol/(L.min),该反响的进料速率为ν=0.018m3/min.A,B的初始浓度一样,均为A AB 00.1mol/L90%,求需多大的全混釜?V解:RV

=A0xAf=

A0Af =τCCCCxv r kCCCCCCx0 A AB

kC2A

kCA0

(1x )2 mAfτ= 0.9m

=150min∴V=vτ=0.018m3/min×150min=2.7m3R 0 m6、[多釜串联液相二级]A+B→R+Sk=9.92m3/(Kmol·KS)0.08Kmol/m3，0.8750.278m3/KS.求全混釜的总体积?解：

=CA0C1

C xA0A1Rv r0

2(1x )2A1τ=V2

=CA1CA2

C (x x )=A0 A2 A1=Rv r0

kCA0

2(1x )2A2∵ τ=τ 两釜一样1 2所以，

xA1

x xA2 A1,

=0.875(1x )2A1

(1x )2 A2A2整理有 (1-0.875)2x=(0.875-x

)(1-x)2A1试差解得 x=0.7251A1

A1 A1所以，V=

vC x

=4.16m30R1kC0

A0A12(1x

9.920.08(10.7521)2A0 A1总反响器体积VR=2VR1=2×4.16=8.33m3【自催化反响优化】自催化反响A+→R+R-r=kCCRC0=+CR。假设给你一个管式反响器和一个釜式反响器，为满足同一生产要求怎样联结设备费较少？〔5分〕解：A+R→R+R -rA=kCACR C0=CA+CR. 管式反响器加釜式反响器速度较快，同样转化时所用的体积较小。CAm=CRm=0.5(CA0+CR0)=0.5C0时速度最快。∵

xA1xA0

C Ca0 A1

CCa1 A2F ra0 AA或 CA0dCA

1 r 2 rA AA CA1dCAC1 rCA1 A

2 rCA2 ACCAmCAmCAxAmxAfA 1rA∴当总空时τ=ττ最小时反响器体积最小。1+ 1对 τ=

C C +CA1dC

对C AA

最少。a0 A1rA

r A1 RCA2 AxA为全混釜出口最正确转化率。AnaqueousfeedofAandB(400l/min,100mmolA/l 100mmolB/l)istobeconvertedtoproductinaplayflowreactor,thekineticsofthereactionisrepresentedisA+B→R -rA=200CACBmol/l*minFindthevolumeofreactorneededfor99.9%conversionofAtoproductAnswer:kτ=1/CA–1/CA0kτCA0=xAf/1-xAf =0.999/1-0.999=999.K=200l/mol*minτ=VR/V0=1/kCA0=1/200*0.1=VR/400VR=20LAgaseousfeedofpureA(2mol/l100mol/min)decomposestogiveavarietyofproductinaplugflowreactorThekineticsoftheconversionisrepresentedbyA→2.5B -rA=10(min-1)Findtheexpectedconversionina22-literreactorAnswer:CA0=2mol/l FA0=100mol/min --rA=10(min-1)CAτ=VR/V0= VRFA0CA0

=VRCA0/FA0=22*2/100=0.44minxA=1–e-10*0.44=1–e-4.410、Aliquidreactantstream(mol/l)passesthroughtwomixedflowreactorsinseriesTheconcentrationofAintheexitofthefirstreactoris0.5mol/lfindtheconcentrationintheexitstreamofthesecondreactor.ThereactionissecondA–orderwithrespecttoAandV2/V1=2AAnswer:-rA

=Kc2 0

1V xA11

V2 xA2xA1∴V1

x CA1

A∴kV1

V r0 10.5=2

F rA0V kC 20a1

V0 0.521∴2kV 2(kV)1∴2V V

2*2=CA1CA2=

0.5C=4A2=4C0 0 C A2

A221414*4*0.5A2 CA2=

12*4

(-1± )1CA2= 81

(3-1)=1/4=0.25mol/l在等温操作的间歇反响器中进展一级液相反响，13分钟反响物转到达同样转化所需的空时和空速？〔20分〕解：㏑1

kt k=11 11

0.124min-11xA

t 1xAf

13 10.8活塞流：τ= 11 t=13mink 1xAfs=1/τ=1/13=0.077min-1

1 xAfk1xAf

1 0.80.12410.8

=32.3min=A R 0C+C

。假设给你一个管式反响器和一个釜式反响器，为满足同一A R生产要求怎样联结设备费较少？〔5分〕解：A+R→R+R

=kCC C=C+C. 串联连接，管A A R 0 A R+C0A0+C0A0R0C=C=CAm Rm

=0.5(C

)=0.5C

时速度最快。A2x xA1 A0C Ca0 A1CCa1r1r2ra0 A A AAA或 CA0dC CA1dCAAAA2AAA2AA1rA

2 C rC CAm A 1rAx xAm Af∴当总空时τ=ττ1+ 1

最小时反响器体积最小。对τ=C

Ca0 A1

+CA1r

对 求导时τ最小时VACA1 AC

最少。rCA A2 ACx此时的 为全混釜出口最正确转化率。xAAnaqueousfeedofAandB(400l/min,100mmolA/l 100mmolB/l)istobeconvertedtoproductinaplayflowreactor,thekineticsofthereactionisrepresentedisA+B→R

=200CC

mol/l*minA A BFindthevolumeofreactorneededfor99.9%conversionofAtoproductAnswer:

A kτ=1/C –A A0 Af kτC =x /1-x =0.999/1-0.999=A0 Af K=200l/mol*minτ=V/V=1/kC =1/200*0.1=V

/400R 0 A0 RRV =20LRAgaseousfeedofpureA(2mol/l100mol/min)decomposestogiveavarietyofproductinaplugflowreactorThekineticsoftheconversionisrepresentedbyAA→2.5B-r=10(min-1)AFindtheexpectedconversionina22-literreactorA0 A0 A Answer:C =2mol/l F =100mol/min --r =10(min-1)A0 A0 A τ=V/V= V =V C /F

=22*2/100=0.44minR 0 RFA0CA0

R A0 A0Ax =1–e-10*0.44=1–e-4.4AAliquidreactantstream(mol/l)passesthroughtwomixedflowreactorsinseriesTheconcentrationofAintheexitofthefirstreactoris0.5mol/lfindtheconcentrationintheexitstreamofthesecondreactor.Thereactionissecond–orderwithrespecttoAandV/V=2AAnswer:-rA

=Kc2 0

V x1

V x2

2 1xA1A∴V x C A

∴kV1

A V r0 10.5=2

F rA0 A21 A1 A0V

V 0.520∴kV

kC a12(kV

)2*2=C C

0=0.5CA2 =4V2 V1 A1 0 0 CA22

CA224C 2+C 0.5=0A2 A2C = 1A2 C = 1A2 8

(-1±14*4*0.5)(3-1)=1/4=0.25mol/l第三章均相反响器习题1380%，和空速？2、在平推流反响器进展液相均相反响:A+B→R(目的) rR

=1.6CA,Kmol/m3·h CA=2Kmol/m302A→D r=8.2CA2,Kmol/m3·hD求⑴A95%时所用的时间?⑵此时R200L/minV=?R31m3的间歇操作釜式反响器中，环氧丙烷的甲醇溶液与水反响生成丙二醇H2COCHCH3+H2OH2COHCHOHCH3该反响对环氧丙烷为一级，反响温度下的速率常数为0.98h-1，原料液中环氧丙烷的浓2.1kmol/mH2COCHCH3+H2OH2COHCHOHCH3的全混流反响器，物料在最正确的条件下进展反响A2B+C。由反响器流出的4A和B(CA=0.10mol/CB=0.04mol/L2L/min的全混流反响器，物料在最正确的条件下进展反响A2B+C。由反响器流出的物料中含有A、B和C(CAf=0.04mol/L)。试求：在反响器内条件下，A、B和C的反响速率？5、一个液相反响：k1A+B R+Sk2k17L/molmink23L/molmin6、某液相二级反响:A+BR+Sk9.92m36、某液相二级反响:A+BR+Sk9.92m31,在全混流反响器中进行,CA0=CB0=2mol/L,要使出口A0.875。求：

kmol KS在单个全混釜中进展，进料体积为0.278m3/KS，求全混釜体积；A+BP(目的) rA+BP(目的) rP2CA，kmol/m3h2ARrR0.5CA，kmol/2ARrR0.5CA，kmol/m3h2hr时A的转化率和产物P的收率？8、图解设计一个四釜等体积串联釜式反响器，A0，A2mol/L,要求转化率为80%，r=3Cmol/Lmin,求每釜的空时 和总反响空时。A A 9、在一等温操作下的间歇釜中进展某一级液相反响，1370%，今假设把此反响移到活塞流反响器和全混流反响器中进展可为多少？10可为多少？10ARrkC2转化率X =0.50,其它数值不变。6倍，转化率为多少？1111555K0.3MPa的平推流管式反响器中进展AP的气相反响。进料中含30%A(mol%)，其余为惰性物料，A6.3mol/S，动力学方程为：r0.27C12、有一级气相反响：12、有一级气相反响：2AR+2S,在平推流管式反响器中进展，当空速为1min-1时，纯

mol/m3S，为了到达95的转化率。试求反响器的容积大小？AAA90%。求在A95%时该反响器的单位体积进料量。1、均相反响A 3R听从二级反响动力学，在0.5MP623K和v43/h纯A2.5cm2m60%转化率。为设计工业规320m3/h50%A50%0.5MPa623K80%2.5cm2m长的管子多少根？学计量关系是2AR+S，在373K，0.1MPa下处理含有学计量关系是2AR+S，在373K，0.1MPa下处理含有20%惰性气体的进料100molA/h，要求A95%。问需要多大的平推流反响器？t(s)020406080100140200260330420PA 10(MPa)×10.80.680.560.450.370.250.140.080.040.0215、一个2m3的活塞流管式反响器，进展AR的一级可逆反响，其反响速率方程为：

0.01C

mol,,

，进料中含有C

=0.1mol/LA水溶液。试求：A A

Lmin A0平衡转化率；在反响器中的实际转化率。Ak1Ak1Rk2SA0反响均为一级，反响温度下，k1=0.3min，k2=0.10min，进料A的浓度为C，进料流量为150L/min。试计算目的产