化学反应工程第三章答案.doc

3 釜式反应器
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该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级。,。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,,所需的反应时间又是多少?
解:(1)
(2) 因为间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关,。
 
***乙醇的皂化反应:
以生产乙二醇,产量为20㎏/h,使用15%(重量)的NaHCO3水溶液及30%(重量)的***乙醇水溶液作原料,反应器装料中***乙醇和碳酸氢钠的摩尔比为1:1,。该反应对***乙醇和碳酸氢钠均为一级,,要求转化率达到95%。
(1)   ,试计算反应器的有效体积;
(2)   ,试计算反应器的实际体积。
解:***乙醇,碳酸氢钠,,84 和 62kg/kmol,每小时产乙二醇:20/62= kmol/h
每小时需***乙醇:
每小时需碳酸氢钠:
原料体积流量:
***乙醇初始浓度:
反应时间:
反应体积:
(2)   反应器的实际体积:
 
:
为二级可逆反应(对丙酸钠和盐酸均为一级),在实验室中用间歇反应器于50℃等温下进行该反应的实验。反应开始时两反应物的摩尔比为1,为了确定反应进行的程度,,以确定未反应盐酸浓度。不同反应时间下,NaOH溶液用量如下表所示:
时间,min
0
10
20
30
50
∝
NaOH用量,ml






现拟用与实验室反应条件相同的间歇反应器生产丙酸,产量为500kg/h,且丙酸钠的转化率要达到平衡转化率的90%。试计算反应器的反应体积。假定(1)原料装入以及加热至反应温度(50℃)所需的时间为20min,且在加热过程中不进行反应;(2)卸料及清洗时间为10min;(3)反应过程中反应物密度恒定。
解:用A,B,R,S分别表示反应方程式中的四种物质,利用当量关系可求出任一时刻盐酸的浓度(也就是丙酸钠的浓度,因为其计量比和投量比均为1:1)为:
于是可求出A的平衡转化率:
现以丙酸浓度对时间作图:
 
由上图,当CA=×,所对应的反应时间为48min。由于在同样条件下,间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关,所以该生产规模反应器的反应时间也是48min。
丙酸的产量为:500kg/h=。
所需丙酸钠的量为:=。
原料处理量为:
反应器体积:
实际反应体积:
 
,在绝热条件下进行液相反应:
其反应速率方程为:
式中组分A及B的浓度CA及CB以kmol/m3为单位,温度T的单位为K。该反应的热效应等于-4000kJ/kmol。反应开始时溶液不含R,,。反应开始时反应混合物的温度为50℃。
(1)   试计算A的转化率达85%时所需的反应时间及此时的反应温度。
(2)   如果要求全部反应物都转化为产物R,是否可能?为什么?
解:(1)

(由数值积分得出)
(2)若A全部转化为R,即XA=,则由上面的积分式知,t→∝,这显然是不可能的。
 
:
,C,D的初始浓度为零,B过量,反应时间为t1时,CA=/= kmol/m3,而反应时间为t2时,CA= kmol/=,试求:
   k2/k1;
产物C的最大浓度;
   对应C的最大浓度时A的转化率。
解:(1)因为B过量,所以:
恒容时:
(A)
(B)
(B)式除以(A)式得:
解此微分方程得:
(C)
将t1,及t2,数据代入(C)式化简得:
解之得:

(2)先求出最大转化率:
(3)产物C的最大收率:
产物C的最大浓度:
 
在等温间歇反应器中进行液相反应
初始的反应物料中不含A2和A3,A1的浓度为2mol/l,在反应温度下k1=-1,k2=