《反应工程习题》PPT课件.ppt

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1、1.在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应：在银催化剂上进行甲醇氧化为甲醛的反应：进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：（摩尔比），反应后甲醇的转化率达（摩尔比），反应后甲醇的转化率达72%，甲醛的收率，甲醛的收率为为69.2%。试计算。试计算反应的选择性；反应的选择性；反应器出口气体的组成。反应器出口气体的组成。解：解：反应的选择性为：反应的选择性为：进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气进入反应器的原料气中，甲醇：空气：水蒸气=2：4：（摩：（摩尔比），当进入反应器的总原料量为尔比），当进入反应器的总原料量为100mol时，则反应器的进时

2、，则反应器的进料组成为：料组成为：设甲醇的转化率为设甲醇的转化率为XA，甲醛的收率为，甲醛的收率为YP，则反应器出口，则反应器出口甲醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数甲醇、甲醛和二氧化碳的摩尔数nA、nP和和nc分别为：分别为：nA=nA0(1-XA)=7.672mol；nP=nA0YP=18.9608mol；nC=nA0XA-nP=0.7672mol组组分分摩摩尔尔分率分率y yi0i0摩摩尔尔数数n ni0i0(mol)(mol)CHCH3 3OHOH2/2/（2+4+1.32+4+1.3）=0.2740=0.274027.4027.40空气空气4/4/（2+4+1.32+4+1.3）=0.547

3、9=0.547954.7954.79水水1.3/1.3/（2+4+1.32+4+1.3）=0.1781=0.178117.8117.81总计总计1.0001.000100.0100.0 结合上述反应的化学计量式，水（结合上述反应的化学计量式，水（nW）、氧气（）、氧气（nO）和氮）和氮气（气（nN）的摩尔数分别为：）的摩尔数分别为：nW=nW0+nP+2nC=38.30 mol nO=nO0-1/2nP-3/2nC=0.8788 mol nN=nN0=43.28 mol所以，反应器出口气体组成为：所以，反应器出口气体组成为：组组分分摩摩尔尔数（数（molmol）摩摩尔尔分率分率%CHCH3 3

4、OHOH7.6727.6726.9836.983HCHOHCHO18.9618.9617.2617.26H H2 2O O38.338.334.8734.87COCO2 20.76720.76720.69830.6983O O2 20.87880.87880.79990.7999N N2 243.2843.2839.3939.392.在等温下进行液相反应在等温下进行液相反应A+BC+D，在该条件下的反应速，在该条件下的反应速率方程为：率方程为：若将若将A和和B的初始浓度均为的初始浓度均为3mol/l的原料混合进行反应，的原料混合进行反应，求反应求反应4min时时A的转化率。的转化率。解：由题中

5、条件知是个等容反应过程，且解：由题中条件知是个等容反应过程，且A和和B的初始浓的初始浓度均相等，即为，故可把反应速率式简化，得度均相等，即为，故可把反应速率式简化，得 t=4min时，解得时，解得XA=82.76%3.在催化剂上进行三甲基苯的氢解反应：在催化剂上进行三甲基苯的氢解反应：反应器进口原料气组成为反应器进口原料气组成为66.67%H2,33.33%三甲基苯。在三甲基苯。在及及523K下等温反应，当反应器出口三甲基苯的转化率为下等温反应，当反应器出口三甲基苯的转化率为80%时，其混合气体的氢含量为时，其混合气体的氢含量为20%，试求：，试求：（1）此时反应器出口的气体组成。此时反应器出

6、口的气体组成。（2）若这两个反应的动力学方程分别为：若这两个反应的动力学方程分别为：则出口处二甲基苯的生成速率是多少？则出口处二甲基苯的生成速率是多少？解：以解：以100kmol为计算基准，设为计算基准，设X为三甲基苯的转化率，为三甲基苯的转化率，Y为生成的甲苯摩尔数。为生成的甲苯摩尔数。用物料衡算求出口气体组成：用物料衡算求出口气体组成：组组分名称分名称X=0X=0时时X=0.8X=0.8时时三甲基苯三甲基苯(A)(A)33.3333.3333.3333.33（1-X1-X）氢氢（B B）66.6766.6766.67-33.33X-Y66.67-33.33X-Y二甲基苯二甲基苯(C)(C)

7、0 033.33X-Y33.33X-Y甲甲烷烷(D)(D)0 033.33X+Y33.33X+Y甲基苯（甲基苯（E E）0 0Y Y100.0100.0100.0100.0由题给条件可知，混合气中氢的含量为由题给条件可知，混合气中氢的含量为20%，所以有：，所以有：66.67-33.33X-Y=20解得（甲苯量）解得（甲苯量）生成的二甲基苯量：生成的二甲基苯量：生成的甲烷量：生成的甲烷量：剩余的三甲基苯量：剩余的三甲基苯量：33.33（）（）氢气含量为：氢气含量为：20kmol故出口尾气组成为：三甲基苯故出口尾气组成为：三甲基苯6.666%，氢气，氢气20%，二甲，二甲基苯基苯6.654%，甲

8、烷，甲烷46.67%，甲基苯，甲基苯20.01%。（2）由题给条件可知，各组分的出口浓度为：由题给条件可知，各组分的出口浓度为：则二甲苯的生成速率为：则二甲苯的生成速率为：4.拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应：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，产量为以生产乙二醇，产量为20/h，使用，使用15%（重量）的（重量）的NaHCO3水溶液及水溶液及30%（重量）的氯乙醇水溶液作原料，反（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应器装料中氯乙醇和碳酸氢钠的摩尔比为1：1，混合液的，混合液的比重为。该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为一级，在反应温度比重为

9、。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，要求转化率达到下反应速率常数等于，要求转化率达到95%。（1）若辅助时间为，试计算反应器的有效体积；若辅助时间为，试计算反应器的有效体积；（2）若装填系数取，试计算反应器的实际体积。若装填系数取，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解：氯乙醇，碳酸氢钠，和乙二醇的分子量分别为80.5,84和和62kg/kmol,每小时产乙二醇：每小时产乙二醇：20/62=0.3226kmol/h每小时需氯乙醇：每小时需氯乙醇：每小时需碳酸氢钠：每小时需碳酸氢钠：原料体积流量：原料体积流量：氯乙醇初始浓度：氯乙醇初始浓度：V0反应时间：反应时间：V0（2）反应器的实际体积：反应器的实际体积：思考题：在常压及思考题：在常压及800等温下在活塞流反应器中进行下列气等温下在活塞流反应器中进行下列气相均相反应：相均相反应：在反应条件下该反应的速率方程为：在反应条件下该反应的速率方程为：式中式中CT及及CH分别为甲苯及氢的浓度，分别为甲苯及氢的浓度，mol/l，原料处理量为，原料处理量为2kmol/h，其中甲苯与氢的摩尔比等于，其中甲苯与氢的摩尔比等于1。若反应器的直径为。若反应器的直径为50mm，试计算甲苯最终转化率为，试计算甲苯最终转化率为95%时的反应器长度。时的反应器长度。