反应工程第三章作业

反应工程作业+第三章 3.2

+第三章 3.4

+第三章 3.7

+第三章 3.9

+第三章 3.14

第三章

+3.2 拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应:

CH₂ClCH₂OH + NaHCO₃ → CH₂OHCH₂OH + NaCl + CO₂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）的氯乙醇水溶液作原料，反应器装料中氯乙醇和碳酸氢钠的摩尔比为1：1，混合液的比重为1.02。该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为一级，在反应温度下反应速率常数等于5.2l/mol.h，要求转化率达到95%。

（1）若辅助时间为0.5h ，试计算反应器的有效体积；（2）若装填系数取0.75，试计算反应器的实际体积。解题思路：

（1）间歇反应器的反应体积根据单位时间的反应物料处理量Q 0及操作时间决定。Q 0可由生产任务计算得到，操作时间由反应时间t 和辅助时间t 0组成。因此要计算V r 需计算

Q 0和t 。其中，。（2）实际反应体积由

计算而得，f 为装填系数，

等于0.4~0.85，本题中f=0.75。

⎰-=Af

X A A A X dX kc t 0

20)

1(1)(00t t Q V r +=f

V V r

=

+（1）解：氯乙醇，碳酸氢钠，和乙二醇的分子量

分别为80.5kg/kmol,84kg/kmol 和62kg/kmol,每小时产乙二醇：20/62=0.3226 kmol/h 。计算生产任务：每小时需氯乙醇：每小时需碳酸氢钠：

原料体积流量：氯乙醇初始浓度：

h

kg /2.1901595.084

3266.00

0=⨯⨯h

kg /11.913095.05

.803266.00

0=⨯⨯h

l Q /8.27502.12.19011.910=+=l mol C A /231.18

.27595.010003266.00

=⨯⨯=

反应时间：

反应体积：

（2）反应器的实际体积：

l

t t Q V r 5.956)5.0968.2(8.275)('

0=+⨯=+=h X dX kC C kC dX C t Af

Af

X A A

A X

B A A A 968.295

.0195

.0231.12.51)

1(102

00

0=-⨯⨯=⎰-=⎰

=l

f V V r 127575

.05.956===

+ 3.4 在间歇反应器中，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C A 及C B 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 ，组分A 和B 的浓度均等于0.04kmol/m³，反应混合物的平均热容按4.102kJ/m³.K 计算。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？

R

B A →+)

/()11000exp(101.13

14

h m kmol c c T

r B A A •-⨯=

解题思路：（1）绝热间歇反应过程中，温度与时间的关系

由能量守恒定律转化后得

反应时间由

计算得到。

已知：T 0=323K 、C A0=C B0=0.04kmol/m 3、-△H=-4000J/mol

代入上面两式便可求得T 和t 。

（2）若A 全部转化为R ，及X A =1.0，则会有t→∞。

解：（1）由题可知：

()[]A

A A

pt

r A X X X C H C T T 01.39323102

.4400004.0323)

(00+=-⨯+=∆-+=ρA

pt

r A X C H C T T ρ)(00∆-+=()⎰--=⎰=⎰

ℜ-=Af

Af

Af X

A A

B A A A X B A A A X A A A X

C C X k dX C C kC dX C dX C t 0

000000

0)

(1）（k m kJ C pt ./102.43

=ρ

由数值积分可得出：

(2)若A 全部转化为R ,即X A =1.0,则由上面的

积分式知，t→∝,这显然是不可能的。

()()h

A X C X dX C C kC dX C dX C t A A A A

A X

B

A A A X A A A Af

Af 32.91101.3932311000exp 101.12

201400

00

0=⎰-⎪

⎪⎭

⎫ ⎝⎛+-⨯=⎰=⎰

ℜ-=K

T 2.35685.001.39323=⨯+=

+3.7 拟设计一反应装置等温进行下列液相反

应:

目的产物为R ，B 的价格远较A 贵且不易回收，试问:

（1）如何选择原料配比？

（2）若采用多段全混流反应器串联，何种加料方式最好？

（3）若用半间歇反应器，加料方式又如何？

R B A →+22

1B

A R c

c k r =S

B A →+2B

A S c

c k r 22=