师范类《化工基础》PPT课件 第七章化学反应工程基础习题解答教案资料

exp
( R T1
T2
)
exp785.301040(71739123)
6.7
即923K时的分解速率比773K时快5.7倍。
6. 设某反应的速率方程式为rA=0.85cA2，其单位为kmol.m-3.s-1。当A的初
始浓度分别为(1)1kmol.m-3；(2)5kmol.m-3，若要求A的残余浓度为 0.01kmol.m-3，问各需要多少时间？当rA=0.05cA2 时，又如何？
解： 醋酸、丁醇、醋酸丁酯的摩尔质量分别为60、74、 116。 含1mol醋酸的初始溶液的体积为：
604.97740.57(m3) 750
则醋酸的初始浓度为： cA00.7 1501.753(km ol/m 3)
处理物料的流量为：
1160.522440 0601.7530.01639(m 3/m in)
解：二级反应的浓度与反应时间的关系为： t 1 ( 1 1 ) k cA cA0
速率常数为0.85时：
1 11 cA0=1kmol.m-3时 t10.85(0.011)116.5(s)
1 11 cA0=5kmol.m-3时 t20.85(0.015)117.4(s)
速率常数为0.05时： t1 ' 0.105(0.1011 1)1980(s) t'20.105(0.1011 5)1996(s)
x
A
)2
x
A
(1
x
'' A
)
x
'' A
(1
0.5)2
0.5(1
x
'' A
)
1
解得：x"A 0.667
9. 醋酐按下式水解为醋酸：(CH3CO)2O+H2O→2CH3COOH。 根据实验测定，反应为一级反应：rA=kcA。在288K时，反 应速度常数k=0.0806min-1；在313K时， k=0.380min-1。现 设计一全混流反应器，每天处理的溶液量为14.4m3，进料的 醋酐初始浓度cA0=0.095kmol.m-3，试问： (1) 当醋酐转化率xA=80%时，反应温度为288K，反应器的 容积为多少？ (2) 当温度提高到313K，反应器的容积取(1)所得容积时，醋 酐转化率为多少？ (3) 当反应温度为288K，而醋酐转化率为90%时，反应器的 容积应为多少？ (4) 改用平推流反应器，在288K时， xA为80%、90%时反应 器容积各为多少？ (5) 288K时，选用等容积的两釜串联，xA为90%时，求每釜 容积及总容积。
解：在全混流反应器中进行的二级反应，其反应体积为：
VRqv0qv0kcA0(x 1A xA)2
反应器体积变为原来的6倍时，其转化率为xA’，则有
6VR qv0kcA0(x1'A x'A)2
两式相比：6
x'A (1 xA )2 xA (1 x'A )2
x
' A
(1
0.5)2
)2
计算表明：当最终浓度很小时，反应时间与初始浓度的关系不大。
3. 在间歇搅拌釜式反应器中，用醋酸和丁醇生产醋酸丁酯， 反应方程式为：
C H 3 C O O H C 4 H 9 O H H 2 S O 4 C H 3 C O O C 4 H 9 H 2 O
其反应物的配比为：n(醋酸)：n(丁醇)=1：4.97。假设反应 物的密度在反应前后不变，均为750kg.m-3， 反应在373K时 进行，转化率达50%时需34.5min，而加料、卸料、清洗等 辅助时间为30min，现要求每天生产2400kg醋酸丁酯（分离 损失不计），试计算反应釜的容积（φ=0.85）。
师范类《化工基础》PPT课件 第七章化学反应工程基础习题解
答
4. 乙烷进行热裂解，其活化能为75kJ/mol，问923K时的分 解速率比773K时的快多少倍？(设指前因子A为常数)。
解：根据 kk0eE/RT 不同温度下的速率常数之比为：
k2 k1
k eE/ RT2 0
k eE/ RT1 0
E 1 1
反应体积为：
VR (tt') 0.01639 (34.530)1.057(m3)
实际的反应器容积为：
VTV R10.0.85571.244(m3)
4. 在平推流反应器中进行等温液相反应：A+B→P，反应系二
级反应，速率方程式为rA=kcAcB。在反应进行温度下反应 速率常数k=0.97×10-3m3.kmol-1.min-1。cA=cB=4kmol.m-3。 当反应物的体积流量qv=0.171m3.h-1时，试问：（1）要使反 应物A的转化率xA=80%时，平推流反应器的有效容积为多 少？（2）当其他条件不变时，xA为90%时，它的有效容积 为多少？（3）当反应物A和B的初始浓度cA0=cB0=8kmol.m3。而xA仍为80%时，它的有效容积为多少？
解： 按二级反应在平推流反应器内的空间时间计算式有：
VR
qv0
qv0
xA kcA0(1 xA )
其中 k 0 .9 7 1 0 3 m 3 k m o l 1 m i n 1
0 .0 5 8 2 m 3 k m o l 1 h 1
cA0=cB0=4，xA=0.8时：
V R0.1710.0582 0.4 8 (10.8)2.94(m 3)
cA0=cB0=4，xA=0.9时：
V R0.1710.0582 0.4 9 (10.9)6.61(m 3)
cA0=cB0=8，xA=0.8时：
V R0.1710.0582 0.8 8 (10.8)1.47(m 3)
7. 在某全混流反应器中进行均相液相反应：A→P，其动力学 方程为rA=kcA2，转化率为50%。（1）如果反应器体积为 原来的6倍，其他保持不变，则转化率为多少？（2）如果 体积相同，换成平推流反应器，其他保持不变，则转化率 为多少？
解： 醋酐水解为一级反应。物料的体积流量为：
qV021 44 .4 600.01(m 3/m in)
0
.
5
x
' A
(1
x
' A
)2
解得：x'A 0.75
设换成相同体积的平推流反应器时，转化率为 x
'' A
，则有：
VRqv0qv0kcA0(x1'A 'x'A ' )
与全混流反应器的计算相比为：
VR VR
q
v0
kcA
0
x
'' A
(1
x
'' A
)
q
v0
kc A 0
xA (1
xA
)2
x
'' A
(1