(最新)化学反应工程作业答案.pdf

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1、3-2 在等温间歇反应器中进行皂化反应325325CH COOC HNaOHCH CHCOONaC 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/（minmol），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：ABCDAABrk CC设 A 的转化率为Ax，B 的转化率为Bx000AAAAAAnnnxnn000BBBBBBnnnxnn00ABnn，ABnn，ABCCt=00AfxAAadxCr=020AfxAAAdxCk C=01(1)AAfkCx-01AkC=169.6

2、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：1ln1Afkx0Bvv对于全混流反应器：1AfAfxkx0Rvv1ln1Afx=1AfAfxx=2.3 Afx=0.697 3-6 已知某均相反应，反应速率2,17.4AArkCkml/（molmin），物料密度恒定为 0.75g/ml，加料流量为7.14L/min，0AC=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

3、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）0Rvv=30.251027.14=35mm，设转化率为12,ffxx12011(1)fAfxkCx121(1)ffxx=4.35 1fx=0.622 101(1)AAfCCx=7.14（1-0.622）=2.7mol/L 22221221(1)(1)ffAffxxkCxx=1.64 20.467fx12(1)AfAfCCx=1.44 0(1)0.80AfAA

4、fAfCCxx（2）00.25 10007.14RVV=35min 12011(1)fAfxkCx121(1)ffxx=4.35 1fx=0.622 101(1)AAfCCx=7.14（1-0.622）=2.7mol/L 2212211.64(1)(1)ffAffxxkCxx20.62fx12(1)AfAfCCx=2.7（1-0.62）=1.026 0(1)AfAAfCCx0.856Afx（3）00.2510007.14Rvv=35min 1011(1)fAfxkCx1fx=0.813 101(1)AAfCCx=7.14(1-0.813)=1.34 22121(1)fAfxkCx222(1)f

5、fxx=0.816 2fx=0.347 12(1)AfAfCCx=1.34（1-0.347）=0.875 0(1)AfAAfCCx0.877Afx（4）35min1011(1)fAfxkCx1fx=0.813 101(1)AAfCCx=1.34 2121(1)fAfxkCx2fx0.449 12(1)AfAfcCx=1.34（1-0.449）=0.738 0(1)AfAAfCCx0.897Afx3-7 液 相 自 催 化 反 应A P,反 应 速 率23,10/()AAprkc ckmkmol s，进 料 体 积 流 量300.002/,Vms进料浓度3002/,0.01Apckmol m c

6、。问当Ax=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）Afc=2（1-0.98）=0.04 002.01AApppAcccccc0.04000021(2.01)(2.01)AfAfxxAAAAAAAAAAdxdxdcccrkcckcc！=20.041lnln(2.01)2.01AAcck=457.47（s）30.815RVm（2）00320.002 2 0.984.97()()100.04(2.010.04)AAfRAfV c xVmr（3）0120012211()()(2.01)(2.01)AAAAR

7、AAAAVccV ccVkcckcc即11122111110.042210.07882.012AAAAAAAAcccccccc10.3014Ac3-11 对平行反应 AL 1Lr;AM 2MArc;AN 2NArc。其中 L 为目的产物，在等温操作中证明：（1）采用全混流反应器则max0LAcc；（2）采用平推流反应器则max00/(1)LAAccc解：（1）对 L 物料衡算：00()()LfRLfLfRAfcVV crVVr对 A 物料衡算：00000()()AAfRAAfAfRAfccVVcV crVVr002()1()()()1LfLfAAfAAfAfAfrcccccrc当0LfAfdc

8、dc时，Lfc最大。此时021AfAcc，不取。又00AfAcc当Lfc=0 Lc最大，此时max0LAcc（2）对 L 物料衡算：000()LLLLRLLRv Cv CdCrVv dCr V对 A 物料衡算：000()AAAARAAAv CVcdcr vv dcr VLLAArdcdcr00200111(1)11AfAfLAAcccLLLAAAAAfAccrcdcdcdcrccc当Lfc=0 Lc最大，此时max00/(1)LAAccc312在平推流反应器中进行基元反应L 为目的产物，已知213kkk，求 L 的最大收率及最优接触时间。解：20k tAAcce212102k tLALALdc

9、k ck ck c ek cdt由常微分方程的通解，可解得：22210()k tk tk tLAcek cee dtc41 有一理想搅拌釜式搅拌器，已知反应器体积为100L，流量为 10L/min，试估计离开反应器的物料中，停留时间分别为01min，210min 和大于 3min 的物料所占的分率。解：10010min10mt1/()1mtF te01min：1/10(1)10.0952Fe210min：10/102/101/51(10)(2)(1)(1)0.4509FFeeee30 min 的30/1031(30)1(1)0.0498Fee43 解：题目改为：k37.5 10（原题数值太大，

10、计算结果失去合理性，疑为印刷之误）00()144 0.1 192 0.5240 10.0288 8.0336 4.00.10.5 10.08.04.0()6158.4272.5()22.6mtC ttC ts000()11()ktktAeC txet E t dtC t333337.5 101447.5 101927.5 102407.5 102887.5 103360.10.510.08.04.0122.60.3396 0.10.2369 0.50.1653 10.00.1153 8.00.0805 4.0122.60.865eeeeePFR:37.5 10272.5110.870mktAx

11、eeCSTR:311110.671117.5 10272.5Amxkt4-4用脉冲示踪法测得实验反应器的停留时间分布关系如下表所示，今有一液相反应A+BP，已知00ABcc=，若此反应在具有相同停留时间的平推流反应器中进行，转化率可达 99%，试计算：（1）该反应器的平均停留时间及方差；（2）若实验反应器以多釜串联模型描述，可达到的转化率为多大？t/s 1 2 3 4 5 6 8 10 15 20 30 41 52 67 C（t）9 57 81 90 90 86 77 67 47 32 15 7 3 1 解：（1）000()5283()7.98()662()t c tttE tdtsc t22

12、22222000()81932()()()7.9860()662()tt c tt E t dtttsc t2220.9422tmt(2)211.096m平推流1kAxe即7.980.991ke可求得：10.577ks多釜串联：1.0961111()110.8367.9811(/)10.577()1.096mmBmxkk tm可达到转化率为 83.6%4-6 用脉冲注入法，在反应器入口液体中加入KMnO4示踪物，从加入示踪物开始，测得出口物料中示踪物浓度如下表时间/min 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 KMnO4 浓度/（g/3m0 2 6 12 12 10 5

13、 2 1 0.5 0 设示踪物加入对流型无影响，试确定液体在反应器中的平均停留时间及De/uL值解：000()1022.5()20.25()50.5()t c tttE t dtsc t2222222000()23962.5()()()20.2564.44()50.5()ttc ttE t dtttsc t222264.440.15720.25tmt222DePeuL0.0785DeuL47 解：（1）11110.667110.02 100Amxkt（2）先计算转化率达0.3 所需的反应时间。根据1ln1Afktx可知：1111lnln17.810.0210.3Aftkx（min）再计算停留时

14、间小于17.8min 的粒子所占分率。17.8/100(17.8)10.163Fe16.3%即为不合格产品所占分率。（3）2/2()11mt tmtF tet代入数据：2 17.8/1002 17.8(17.8)110.050100Fe即不合格产品所占分率为5%49 解：题目改：k0.25s1 00()1 12 53 84 105 86 67 48392.2 10 1.5 12 0.61234567891012()2453.657()67mtC ttC ts2220022222222222222()()1125384105866748392.2101.5120.63.657123456789

15、10121471.63.6578.591()67tmt C ttC ts22228.5910.64243.657tmt扩散模型计算：222()3.1130.6424euLPeD，14/14 0.25 3.657/3.1131.475mktPe220410.49(1)11122AAACxPePeCexpexp10.490.51Ax多级模型计算221111.5570.6424mm1.5571111110.51311(/)10.25(3.657/1.557)mmAmmxkk tmPFR:0.25 3.657110.599mktAxeeCSTR:11110.478110.253.657Amxkt全混流

16、计算结果转化率偏大，全混流偏小，扩散与多级模型接近。由20.6424，反应器既偏离 PFR，又偏离 CSTR，与计算结果相符。51 解：（1）（A）=（B）=0（都是平衡点，速率为零）（2）FED（反应早期的最佳速率，大于反应晚期的最佳速率）（3）E（题目改为G M E N 各点中，哪一点的速率最大）（E 是最佳温度点，在相同的转化率下，其反应速率最快）（4）H（根据动力学方程可知，在温度一定时，转化率越低，正反应比逆反应越有“优势”，净速率越快）（5）M（在相同转化率下，M 更接近最佳温度，故速率更快）（6）无法判断（都在最佳温度附近，速率均低于E 点，但无法比较）52 解：AB?（1）设体积不变，则：121AeAexkKkx，可求出：13Aex显然不可能达到 0.9（2）最佳温度曲线；尽可能高温53 解：AP?121AeAexkKkx代入数值，得：0.20.51AeAexx故：27Aex若欲使转化率达 0.9，必须0.9910.1AeAexKx必须降低温度才有可能。2r12111lnKHKRTT即：9-1309650.48.314273.15+210211lnTT=441K168