反应工程习题课内容摘要.doc

PAGE PAGE 9 习题课 第一次习题课（1-3） 一、填空： （1）以浓度ci、mol分率yi和分压pi表示的反应速率式中，反应速率常数为kc、ky及kp，kc与ky的关系为 , ; kc与kp的关系为 （2）～1/T直线，有时在高温区发生转折或弯曲，其原因可有是：采用的速率方程不合适，或反应机理发生了变化。 （3）三种方式的的反应速率表达式： （aw—比外表面积，pb—堆密度）。 二、在间歇式反应器中进行等温二级、一级、0级均相反应，分别求出转化率由0～0.9所需时间与转化率由0.9～0.99所需时间之比。 解：设转化率由0～0.9所需时间为tA，转化率由0.9～0.99所需时间tB，则转化率由0.9～0.99所需的反应时间为（tB-tA） 对二级反应： 对一级反应： 对零级反应： 三、在间歇反应器中进行等温二级反应A→B，反应速率rA=0.01cA2mol/l.s; 当CAo分别为1、5、10mol/l时,求反应CA =0.01 mol/l时所需的反应时间分别为9900、9980、9990 解：CAo=1 mol/l时 CAo=5 mol/l时 s CAo=10 mol/l时 四、某反应化学计量式为 1/2A+B=R+1/2S 其速率方程式-rA=2cA0.5cB如计量式写成，A+2B=2R+S 速率式是什么? 答：不变，化学计量关系式不影响速率式。 五、在一均相等温液相聚合反应中，单体的初始浓度为0.04 mol/l和0.08 mol/l时，在34分钟单体均消失20%，问单体的消失速率是多少？ 解：因消失速率与浓度无关，所以此反应为一级反应 即： P58(e.3.1 e.3.4 e.3.6) e.g.用间歇式反应器进行乙酸和乙醇的酯化反应，每天生产乙酸乙酯12000kg，其化学反应式为 原料中反应组分的质量比为A：B：S=1：2：1.35，反应液的密度等于1020kg/m3，并假定在反应过程中不变，每批装料、卸料及清洗等辅助操作为1h，反应在100℃下等温操作，其反应速率方程如下： 100℃时，,平衡常数K=2.92。 （1）计算乙酸转化35%时所需反应体积。 （2）根据物料性质、反应器填充系数取0.75，则反应器实际体积是多少？ （3）采用连续釜式反应器生产，计算所需体积。 （4）采用三个等体积的釜式反应器串联，总体积是多少？ 解：（1）首先计算原料处理量Qo 根据题给条件，可算出每小时乙酸需用量 式是88为乙酸乙酯的分子量，由于原料中乙酸：乙醇：水=1：2：1.35，所以1+2+1.35=4.35kg 原料器中合1kg乙酸，由此可求单位时间的原料器量。 式中60为乙酸的分子量，原料器的起始组线如下： 乙醇散水的分子量为46和18，通过乙醇的起始浓度和原料中各组分的质量比，可求出乙醇和它的起始浓度为： cA=cAo(1-XA) cB=cBo-cAoXA cR=cAoXA cs=cso+cAoXA 代入速率方程中得 式中 反应体积： （2）反应器实际体积12.38/0.75=16.51m3=V （3） 由于反应器内物料组成与流出组成相同，因此求按出口转化率来计算反应速率，把转化率值代入上式得 （4） 因Vr1= Vr2= Vr3 XA3=0.35代入上式得 联立上式得 解得XA1=0.1598 XA2=0.2714 代入第1釜物料衡算式得 又因Vr1= Vr2= Vr3=3.299 又因Vr1= Vr2= Vr3=3.299 ∴VR(4)：3Vr1=9.897m3 从以上计算可知VR2＞VR3＞VR1＞VR4 结果分析：V连＞V间＞V串 间歇反应是变速操作、开始rA大，终止时最小，而连续釜是等速操作，且恰好相应于间歇反应器的最小反应速率下操作，反应体积自然大而串联釜操作比单釜操作体积小。 P91 2.6 解：图2.1 图2.2 （1）可逆反应 可逆反应 （2）放热反应 吸热反应 （3）M点速率最大，A点速率最小；M点速率最大，A点最小 （4）O点速率最大，B点速率最小；H点速率最大，B点速率最小 （5）R点速率大于C点速率；根据等速线的走向来判断H、M点的速率的大小。 第二次习题课（4-6） 1．在PFR与CSTR中进行可逆反应2A=B+C；于等温中进行（PFR），Qo=10m3/h，cAo=5kmol/m3， 若B的最终浓度是其平衡浓度的98%，求VR？若在CSTR中进行同样反应，则VR’为多小？ 解：2A=B+C 组分 A B C t=0 cAo o o 反应某瞬时t cAo(1-XA) cAoXA/2 cAoXA/2 当rB=0（平衡时） 在PFR中 在CST