化学反应工程作业答案

3-2 在等温间歇反应器中进行皂化反应325325CH COOC H NaOH CH CHCOONa C H OH +→+ 该反应对乙酸乙酯和氢氧化钠均为一致，反应开始时乙酸乙酯和氢氧化钠的浓度均为0.02mol/L ，反应速率常数为5.6L/（min ·mol ），要求最终转化率为0.95，试求当反应器体积为31m 、32m 时，所需的反应时间是多少？ 解： A B C D +=+

A A B

r k C C =⋅⋅ 设A 的转化率为A x ，B 的转化率为B x 000A A A A A A n n n x n n --∆=

= 000

B B B

B B B n n n x n n --∆== ∵ 00A B n n = ， A B n n ∆=∆ ， ∴ A B

C C =

t=0

Af

x A

A a

dx C r ⎰

=020

Af

x A

A A dx C k C ⋅⎰

=01(1)A Af kC x --0

1A k C =169.6 min t 与反应体积无关。

∴31m 、所需反应时间均为169.6min

3-3 在平推流反应器中进行等温一级反应，出口转化率为0.9，现将该反应移到一个等体积的全混流反应器中进行，且操作条件不变，问出口转化率是多少？ 解：对于平推流反应器： 1ln

1Af k x τ=- 0

B

v v τ= 对于全混流反应器： ''

1Af Af

x k x τ=

- 0

R

v v τ=

∴ 1ln

1Af x -='

1Af Af

x x -=2.3 ∴ '

Af x =0.697

3-6 已知某均相反应，反应速率2

,17.4A A r kC k ml ==/（mol ﹒min ），物料密度恒定为0.75g/ml ，

加料流量为7.14L/min ，0A C =7.14mol/L ，反应在等温下进行，试计算下列方案的转化率各为多少？

(1) 串联两个体积0.253m 的全混流反应器。

（2）一个0.253m 的全混流反应器，后接一个0.253m 的平推流反应器。 （3）一个0.253m 的平推流反应器，后接一个0.253m 的全混流反应器。 （4）两个0.253m 的平推流反应器串联。 解：

（1） 0R v v τ==

3

0.251027.14

⨯=35mm ， 设转化率为12,f f x x 12011

(1)f A f x k C x τ=-⇒121(1)f f x x -=4.35 ⇒1f x =0.622

∴ 101(1)A A f C C x =-=7.14×（1-0.622）=2.7mol/L 2222

1221

(1)(1)f f A f f x x k C x x τ=

⇒--=1.64

∴ 20.467f x = 12(1)Af A f C C x =-=1.44 ∴ 0(1)0.80Af A Af Af C C x x =-⇒= （2） 00.251000

7.14

R V V τ⨯=

==35min 12011

(1)f A f x k C x τ=-⇒121(1)f f x x -=4.35 ⇒1f x =0.622 ∴ 101(1)A A f C C x =-=7.14×（1-0.622）=2.7mol/L

221221

1.64(1)(1)f f A f f x x k C x x τ=⇒=--

∴

20.62

f x =

12(1)Af A f C C x =-=2.7×（1-0.62）=1.026

∵

0(1)A f A A f

C C x =- ∴ 0.856Af x = （3） 00.251000

7.14

R v v τ⨯=

==35min 1011

(1)

f A f x k C x τ=⇒-1f x =0.813

∴ 101(1)A A f C C x =-=7.14×(1-0.813)=1.34

22121

(1)f A f x k C x τ=-⇒222(1)f f x x -=0.816

∴ 2f x =0.347

∴ 12(1)Af A f C C x =-=1.34×（1-0.347）=0.875

∵

0(1)A f A A f

C C x =- ∴ 0.877Af x = （4） 35min τ=

1011

(1)

f A f x k C x τ=⇒-1f x =0.813

101(1)A A f C C x =-=1.34

2121

(1)

f A f x k C x τ=⇒-2f x 0.449

∴ 12(1)Af A f c C x =-=1.34×（1-0.449）=0.738

∵ 0(1)A f A A f

C C x =- 0.897Af x =

3-7 液相自催化反应A →P,反应速率23

,10/()A A p r kc c k m kmol s -==⋅，进料体积流量

300.002/,

V m s =进料浓度3002/,0.01A p c kmol m c ==。问当A x =0.98时，下列各种情况下的反应器体积。

(1) 单个平推流反应器； （2）单个全混流反应器；

（3）两个等体积全混流反应器串联。 解：

（1） Af c =2×（1-0.98）=0.04

00 2.01A A p p p A c c c c c c -=-⇒=-

0.04

000

2

1

(2.01)(2.01)

Af

Af

x x A

A A

A A A

A A A A dx dx dc c c r kc c k

c c τ-===

--⎰

⎰

⎰

！！！！

=

[]2

0.041ln ln(2.01)2.01A A c c k

--=457.47 （s ） 30.815R V m =

（2） 003

2

0.00220.98 4.97()()100.04(2.010.04)

A Af R A f

V c x V m r -⨯⨯=

=

=⨯⨯- （3）

0120012211()()

(2.01)(2.01)A A A A R A A A A V c c V c c V kc c kc c --==-- 即 11122

11111

0.04221

0.0788 2.012A A A A A A A A c c c c c c c c ---=≈=-- ∴10.3014A c =