釜式反应器.docVIP

3 釜式反应器 3.1在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应： 该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级。反应开始时乙酸乙酯及氢氧化钠的浓度均为0.02mol/l，反应速率常数等于5.6l/mol.min。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，所以反应时间仍为2.83h。 ? 3.2拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应： 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：氯乙醇，碳酸氢钠，和乙二醇的分子量分别为80.5,84 和 62kg/kmol,每小时产乙二醇：20/62=0.3226 kmol/h 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： 反应时间： 反应体积： （2）?? 反应器的实际体积： ? 3.3丙酸钠与盐酸的反应： 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，在不同的反应时间下取出10ml反应液用0.515N的NaOH溶液滴定，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 52.2 32.1 23.5 18.9 14.4 10.5 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=0.0515×14.7mol/l时，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=112.6mol/min。 所需丙酸钠的量为:112.6/0.72=156.4mol/min。 原料处理量为： 反应器体积： 实际反应体积： ? 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，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？ 解：(1) （由数值积分得出） (2)若A全部转化为R,即XA=1.0,则由上面的积分式知，t→∝,这显然是不可能的。 ? 3.5在间歇反应器中进行液相反应： A的初始浓度为0.1kmol/m3,C，D的初始浓度为零，B过量，反应时间为t1时，CA=0.055kmol/m3，CC=0.038 kmol/m3，而反应时间为t2时，CA=0.01 kmol/m3，CC=0.042kmol/m3，试求： （1）?? k2/k1; （2）?? 产物C的最大浓度； （3）?? 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,CA,CC及t2,CA,CC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： ? 3.6 在等温间歇反应器中进行液相反应 初始的反