化学反应工程第三章答案文档格式.docx
- 文档编号:13741549
- 上传时间:2022-10-13
- 格式:DOCX
- 页数:19
- 大小:487.17KB
化学反应工程第三章答案文档格式.docx
《化学反应工程第三章答案文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《化学反应工程第三章答案文档格式.docx(19页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
20/62=0、3226kmol/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:
反应器得实际体积:
3、3丙酸钠与盐酸得反应:
为二级可逆反应(对丙酸钠与盐酸均为一级),在实验室中用间歇反应器于50℃等温下进行该反应得实验。
反应开始时两反应物得摩尔比为1,为了确定反应进行得程度,在不同得反应时间下取出10ml反应液用0、515N得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
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得间歇反应器生产丙酸,产量为500kg/h,且丙酸钠得转化率要达到平衡转化率得90%。
试计算反应器得反应体积。
假定
(1)原料装入以及加热至反应温度(50℃)所需得时间为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。
用A,B,R,S分别表示反应方程式中得四种物质,利用当量关系可求出任一时刻盐酸得浓度(也就就是丙酸钠得浓度,因为其计量比与投量比均为1:
1)为:
于就是可求出A得平衡转化率:
现以丙酸浓度对时间作图:
由上图,当CA=0、0515×
14、7mol/l时,所对应得反应时间为48min。
由于在同样条件下,间歇反应器得反应时间与反应器得大小无关,所以该生产规模反应器得反应时间也就是48min。
丙酸得产量为:
500kg/h=112、6mol/min。
所需丙酸钠得量为:
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得浓度CA及CB以kmol/m3为单位,温度T得单位为K。
该反应得热效应等于-4000kJ/kmol。
反应开始时溶液不含R,组分A与B得浓度均等于0、04kmol/m3,反应混合物得平均热容按4、102kJ/m3、K计算。
反应开始时反应混合物得温度为50℃。
试计算A得转化率达85%时所需得反应时间及此时得反应温度。
如果要求全部反应物都转化为产物R,就是否可能?
为什么?
(1)
(由数值积分得出)
(2)若A全部转化为R,即XA=1、0,则由上面得积分式知,t→∝,这显然就是不可能得。
3、5在间歇反应器中进行液相反应:
A得初始浓度为0、1kmol/m3,C,D得初始浓度为零,B过量,反应时间为t1时,CA=0、055kmol/m3,CC=0、038kmol/m3,而反应时间为t2时,CA=0、01kmol/m3,CC=0、042kmol/m3,试求:
(1)
k2/k1;
(2)产物C得最大浓度;
(3)
对应C得最大浓度时A得转化率。
(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得最大收率:
产物C得最大浓度:
3、6在等温间歇反应器中进行液相反应
初始得反应物料中不含A2与A3,A1得浓度为2mol/l,在反应温度下k1=4、0min-1,k2=3、6min-1,k3=1、5min-1。
试求:
反应时间为1、0min时,反应物系得组成。
反应时间无限延长时,反应物系得组成。
(3)(3)
将上述反应改为反应时间无限延长时,反应物系得组成。
根据题中给得两种反应情况,可分别列出微分方程,然后进行求解。
但仔细分析这两种情况,其实质就是下述反应得特例:
当时,(A)式变为(B)
当时,(A)式变为(C)
当时,(A)式变为(D)
其中式(D)即为书讲得一级不可逆连串反应。
可见只要得到(A)式得解,则可容易化简得到(B),(C)及(D)式得解。
对于(A)式,可列出如下微分方程组:
(1)
(2)
(3)
由题意知初始条件为:
(4)
联立求解此微分方程组可得:
(5)
(6)
(7)
式中,由如下式确定:
(8)
(9)
现在可用上述结果对本题进行计算:
由(5)~(9)式得
(2)当t→∝时,由(5)~(9)式得
(3)此时为得情况,当t→∝时,由
得:
3、7拟设计一反应装置等温进行下列液相反应:
目得产物为R,B得价格远较A贵且不易回收,试问:
如何选择原料配比?
若采用多段全混流反应器串联,何种加料方式最好?
若用半间歇反应器,加料方式又如何?
由上式知,欲使S增加,需使CA低,CB高,但由于B得价格高且不易回收,故应按主反应得计量比投料为好。
(2)保证CA低,CB高,故可用下图所示得多釜串联方式:
(3)用半间歇反应器,若欲使CA低,CB高,可以将B一次先加入反应器,然后滴加A、
3、8在一个体积为300l得反应器中86℃等温下将浓度为3、2kmol/m3得过氧化氢异丙苯溶液分解:
生产苯酚与丙酮。
该反应为一级反应,反应温度下反应速率常数等于0、08s-1,最终转化率达98、9%,试计算苯酚得产量。
如果这个反应器就是间歇操作反应器,并设辅助操作时间为15min;
如果就是全混流反应器;
试比较上二问得计算结果;
(4)(4)
若过氧化氢异丙苯浓度增加一倍,其她条件不变,结果怎样?
苯酚浓度
苯酚产量
(2)全混流反应器
(3)说明全混釜得产量小于间歇釜得产量,这就是由于全混釜中反应物浓度低,反应速度慢得原因。
(4)由于该反应为一级反应,由上述计算可知,无论就是间歇反应器或全混流反应器,其原料处理量不变,但由于CAB增加一倍,故C苯酚也增加一倍,故上述两个反应器中苯酚得产量均增加一倍。
3、9在间歇反应器中等温进行下列液相反应:
rD及rR分别为产物D及R得生成速率。
反应用得原料为A及B得混合液,其中A得浓度等于2kmol/m3。
计算A得转化率达95%时所需得反应时间;
(2)
A得转化率为95%时,R得收率就是多少?
若反应温度不变,要求D得收率达70%,能否办到?
(4)
改用全混反应器操作,反应温度与原料组成均不改变,保持空时与
(1)得反应时间相同,A得转化率就是否可达到95%?
(5)
在全混反应器中操作时,A得转化率如仍要求达到95%,其它条件不变,R得收率就是多少?
(6)
若采用半间歇操作,B先放入反应器内,开始反应时A按
(1)计算得时间均速加入反应器内。
假如B得量为1m3,A为0、4m3,试计算A加完时,组分A所能达到得转化率及R得收率。
(1)第二章2、9题已求出t=0、396h=24、23min
(2)
(3)若转化率仍为0、95,且温度为常数,则D得瞬时选择性为:
D得收率:
这说明能使D得收率达到70%
(4)对全混流反应器,若使τ=t=0、3958h,则有
CA=0、4433
所以:
这说明在这种情况下转化率达不到95%。
(5)(5)
对全混流反应器,若X=0、95,则R得收率为:
(6)依题意知半间歇式反应器属于连续加料而间歇出料得情况。
为了求分组A得转化率及R得收率,需要求出A及R得浓度随时间得变化关系,现列出如下得微分方程组:
对A:
对R:
在反应时间(t=0、4038h,为方便起见取t≈0、4h)内将0、4m3得A均速加入反应器内,故
采用间歇釜操作时,原料为A与B得混合物,A得浓度为2kmol/m3、现采用半间歇釜操作,且,故可算出原料A得浓度为:
由于:
代入
(1),
(2)式则得如下一阶非线性微分方程组:
初始条件:
t=0,CA=0,CR=0
可用龙格---库塔法进行数值求解。
取步长△t=0、02h,直至求至t=0、4h即可。
用t=0、4h时得CA与CR可以进行A得转化率与R得收率计算:
式中VA为所加入得A得体积,且VA=0、4m3;
CA0为所加入得A得浓度,且CA0=7kmol/m3;
V为反应结束时物系得体积,V=1、4m3。
同理可以计算出R得收率:
3、10在两个全混流反应器串联得系统中等温进行液相反应:
加料中组分A得浓度为0、2kmol/m3,流量为4m3/h,要求A得最终转化率为90%,试问:
总反应体积得最小值就是多少?
此时目得产物B得收率就是多少?
如优化目标函数改为B得收率最大,最终转化率为多少?
此时总反应体积最小值就是多少?
对上式求dVr/dXA1=0可得:
将XA2=0、9代入上式,则
解之得XA1=0、741
所以总反应体积得最小值为
即
解得CB1=0、005992kmol/m3
同理
解得CB2=0、00126kmol/m3
B得收率:
(3)目标函数改为B得收率,这时得计算步骤如下:
对于第i个釜,组分A,B得衡算方程分别为:
对B:
当i=1时,
当i=2时,
由
(1)式解出CA1代入
(2)式可解出CB1;
由
(1)式解出CA1代入(3)式可解出CA2;
将CB1及CA2代入(4)式可解出CB2,其为τ1,τ2得函数,即(5)
式中CA0为常数。
由题意,欲使CB2最大,则需对上述二元函数求极值:
联立上述两个方程可以求出τ1及τ2。
题中已给出Q0,故由可求出CB2最大时反应器系统得总体积。
将τ1,τ2代入(5)式即可求出B得最高浓度,从而可进一步求出YBmaX、将τ1,τ2代入CA2,则由XA2=(CA0-CA2)/CA0可求出最终
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 化学反应 工程 第三 答案