1、3-1在反應體積為1m3的間歇操作釜式反應器中，環氧丙烷的甲醇溶液與水 反應生成丙二醇H2COCHCH3H2O H2COHCHOHCH 31該反應對環氧丙烷為一級，反應溫度下的速率常數為0.98 h ,原料減中環3氧丙烷的濃度為2.1kmol/ m ,環氧丙烷的最終轉化率為 90%若輔助時間為0.65h, 一天24h連續生產，試求丙二醇的日產量為多少？解 H2COCHCH3 H2O H2COHCHOHCH3 TOC o 1-5 h z (A )( B )一級反應411cA01 111 ,1t = lnA0 = In= In= 2.35hk CAf k 1- xAf0.98 1 一 0.9ww1

2、m3(2.35 0.65)h丙二醇日產量=24Voe A0XAf1 .,242.1 0.9 = 15.12kmol/天=3M B = 76kg/kmol丙二醇日產量 Q = 76 15.12 = 1149.12kg/天3-2一個含有A和 b液體(cA0 = 0.10mol/L、cB0 = 0.04mol/L)以體積流量2L/min流入容積Vr=10L的全混流反應器，物料在最佳的條件下進行反應 A - 2B+C。已知由反應器流出的物料中含有 A、B和C,CAf = 0.04mol/L 0 試求： 在反應器內條件下， A B和C的反應速率？解空時Vr10Lv02L/ min=5minCA0 - C

3、Af二TrAfCao - CAf (0.1- 0.04)mol/LrAf =Z5min=0.012mol / L , minrBf = 2rAf = 0.024mol/(L min)rCf = rAf = 0.012mol/(L , min)3-3 一個液相反應：A+E R+S其中，k1 = 7L/(mol min), k2 = 3L/(mol , min)。反應是在一個容積為120L的穩態全混流反應器中進行的，兩條加料線，一個 保持2.8mol/L反應物A的加料濃度，另一個保持1.6mol/L反應物B的加料濃 度，兩條線分別以等體積速率進入反應器，要求指定組分轉化率為75%求每條線的加料流量

4、？假設反應器內密度為常數。解 A B， R S因B的濃度低，所以為指定組分，兩條線混合后兩組份的濃度各降一半， 因此，有：cB0 - cBfcBfxBf =二1= 75%cB0cB0cBf = 0.2mol/LCAf = Cao 一 CBoXBf = 1.4 一 0.8 0.75 = 0.8mol/Lk1，因此，A+B.-k1 R+S 出口初始 1.4 0.8 o oCAf = 0.8mol/L反應掉 0.6 0.6 生成 0.6 0.6cBf = 0.2mol/LrBf = k1cAfCBf 一 k2 cRfCSf=7 0.8 0.2 3 0.6 0.6 = 0.04mol / L , mi

5、nCB0 - cBfrBf”315min 0.04Vr總加料速率v0 =一T120L= 8L/min15min每條線加料流量v0 =v0 = 4L/ min 23-4 某液相級反應 A+B - R+S , 其速率常數CAf 一 CA0(1 一 X 2Af ) 一CA0cAfCA0 XAf2 0.875kcAf cBf9.92 0.252=2.823ks釜體積為Vr二 V00.278 2.823= 0.785m32.兩釜串聯VRi = VR3k= 9.92m /(kmol* ks),在全混流反應器中進行，CA0 = CB0 = 2mol/ L ,要使出口 A的轉化率達0.875。求(i)在單個全

6、混釜中進行，進料體積為0.278mkCA0 (1XA1 ) / ks, 求全混釜體積?(2)當進料體積流量不變，用兩個相等體積的釜串聯，求全混釜總體積。3 .解 1. v0 = 0.278m /ks0.25mol / L , cBf = 0.25mol / L2kCA0(1XA2)xA2 = xAf = 0.875Xai = 0.725XA1=0.483kskcA0(1 - XA1)VRi = v0 i = 0.278 0.483= 0.1343VR = 2VRi = 2 0.134 = 0.268m3因此，采用兩個等體積釜相串聯，反應器的總體積減小近3倍3-5在等溫全混流釜式反應器中進行下列

7、液相反應：3A+R -p (目的)rp = 2cAkmol/(m h)32a-rrR = 0.5cAkmol/m hcA0 = cB0 = 2kmol/m3試計算反應2h時A的轉化率和產物P的收率？解 a+r -p (目的)rp = 2cA2A 一 RrR = 0.5cAA = 2rR + rp = 3ca, k=3h11xAf = = = 0.143rp 2a 3Yp = SpXA = 2 0.143= 9.52%3-6圖解設計一個四釜等體積串聯釜式反應器，* a = 0 , A初始濃度為2moi/L,要求轉化率為80% rA = 3cAmol /（ L min）,求每釜的空時T i和 總反

8、應空時。解圖解法公式 TOC o 1-5 h z 11rAi = -CAiCAiT .T .II式中左邊為反應速率線，右邊為釜間的操作線，兩個釜有一個交點即為方程 的解，其垂直向下做橫坐標的垂線垂點的濃度值就是該釜的出口濃度值。rA = 3cA, XAf = 80% ,所以，出口濃度為CAf=0.4mol/L以濃度a為橫坐標，以反應速率為縱坐標，在坐標上繪 rA = 3cA通過原點的直線，當第一個釜入口為 CAo=2mol/L時，以它為起點，以-1/ M 為斜率向左上方作直線與rA = 3cA線相交于一點，用該點向下作垂線，求得第一釜的出口 濃度，再以該濃度為起點繼續做平行第一條線的平行線，以

9、此類推，要做出四條平行線，來調節平行線的斜率使第四釜的出口濃度正好等于CAf=0.4mol/L即為結束，然后在坐標上求得平行線的斜率值就為-1/ M ,定出p i值，總空時為4ri 0 經畫圖求得斜率近為6,的空時為1/6min ,總空時為2/3min。注意：當相串聯的反應釜體積不相等時，通過各釜的空時不等，直線的斜率 就不等。3-7在等溫操作下的間歇釜中進行某一級液相反應，13min后反應物轉化了70%若把此反應移到平推流反應器和全混流反應器中進行，達到相同的轉化率 所需的時空和空速為多少？cA0cAf解間歇釜1 t ln kt=13min , cAf = cA0(1 - XAf ) = 0

10、.30cA01= k = 0.093min,rA = kcA平推流cA0XA dxA0全混流cAf dcAcA0 kcA11ncAf-二13mincA0CA0 - cAfrAfcA0 - cAf=25.09minkcA0 1 一 XAf3-8在某一全混流反應器中進行均相液相反應A- R, rA = kcA ,轉化率xA = 0.50,其他值不變，(1)若把反應器的體積增大到原來的 6倍，轉化率為多少？(2)若反應在一個與其容積相同的平推流反應器中進行，轉化率為多少?解 A-R , rA = kcA, XAf = 0.5cA0一 cAfcA0XAfkcAo 1 -XAfkcA0Vr = Vo(D

11、VR = 6Vr ，此時 T = 6e(cA0 一 cAf2XAf12=6 一 =2rAfkcAOkcAO(1 - XAf )kcAO解得 XAf = 0.75 = 75%VRm = VRp,7 m = EcAf 11 11r 2、,2 dcA -.A0 kcAk Rk2 S反應均 為一級反應， 反應溫度下11K = 0.3min *2 = 0.10min ，進料a的濃度為Cao,進料流量為150 L/min。試求目的產物r的最高收率和最大選擇性，以及在 最大收率時的反應體積。dYR解：對于一級連串反應的中間產物 R,令二1 d=0,則其收率計算公式為:Yrk1k2 - k1k1k2 (e -

12、 e )k1 一 k2ln(0.30.1opt0.3 - 0.1=5.493(min)代入收率計算公式中Yr 二0.30.1- 0.3/ -0.3 5.493(e-0.15.493、e )=0.5775最佳轉化率:Vr3-141 一 xopt 一XA,opt = 1 k1 opte1.65二e-0.192 = 80.8%Sr=Yr0.5775 0.808 =optv = 0.2747(m3)二級液相反應，反應物濃度為 171.47%mol/ L,進入兩個相串聯全混流反應VR1 器中VR2=0.5，在第一反應器出口 a的濃度為0.5 mol/L,求第二個反應器出口 A的濃度V1= 1 = vrA

13、fV22V1一二二 2v vkc：cA1 cA2cA1 cA2cA = 1molL,cA1GA2 = Q25molL2rAfkc2=0.5molL,3-15 有一個二級液相反應 At R,在一個全混流反應器后串聯一個平推流管式反應器中進行。進料中A的濃度為4mol/L,在全混釜出口處A的濃度經測定為1 mol/L,平推流管式 反應器的體積是全混流反應器體積的3倍。試求，平推流管式反應器出口 a的轉化率V23Vl=工 = TOC o 1-5 h z 加 d(A1 112()61 rAfk CA2CA1CA = 4molL,CA1= 1molL, cA2 = 0.182molL,xA2 = 81.

14、8%3-17下列反應2A B , R, r1 = k1cAeB2A B D, r2 = k1cBcA若R是目的產物，選哪種反應器和加料方式好，為什么？若D是目的產物，選哪種反應器和加料方式好，為什么？S _ J1 , CB解(1)目的產物R的瞬時選擇率定義為：S r C 隨Ca的濃度r 2 cA降低R的選擇性提高，若R是目的產物，Ca低cB高選擇性高,半連續式操作或平推流反應器, 將B 一次加入或從入口加入，二A物料連續慢慢分散加入Q _ 12 _ Ca目的產物D的瞬時選擇率定義為： S r Cr 1cB隨cB的濃度降低和A的濃度提高，D的選擇性提高,與上述加料相反即，cA高cB低的平推流管式

15、反應器或半連續式操作,3-18有一個自催化反應 A+ At p+ p ,其速率方程為rA = kcAcP,反應溫度下 k = 1m3/(kmol min), cA = 2k mol/m3,處理量為1kmol/h(99%A,1%P),要求最總轉化率為90%(1)根據反應特征怎樣確定反應器型式及組合？計算反應體積?(2)如果采用循環反應器，確定最佳循環比和它的體積。解：(1)本反應為自催化反應，因此選擇全混釜用聯管式反應器。P56-57)總濃度為 G=C+Go= CA+G=2+0.2=2.02kmol/m 3反應過程保持不變。當 Q1=(CAo+Go)/2=1.01kmol/m 3時反應器總體積最

16、小。分別列出全混流和平推流反應器設計公式：(詳見VR1CA - - cA1cA - - cA1VR2A1cA2 dcAcA1AfkcA1 (C0 - C A1 )念 Lnet)代入上述數值后得:VR12 1.01= 0.97 min1.01(2.02 - 1.01)VR22.02.1.01/2.02 1.01、1Ln () = 1.093 min0.2 2.02- 0.2v0 =F A00.99/2 = 0.495m3/h = 8.25L/minCA0Vw = 0.97 8.25 = 8L,Vr2 = 1.093 8.25 = 9L總反應器體積為17L(2)循環反應器VrF A0=(R 1)xA2RdxAk2 kCA0(1 - Xa)Co-Cao(1- Xa)對上式積分并整理得:k CA00.