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时间:2018-12-28
《化工原理习题及答案釜式反应器》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、3釜式反应器3.1在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应:该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级。反应开始时乙酸乙酯及氢氧化钠的浓度均为0.02mol/l,反应速率常数等于5.6l/mol.min。要求最终转化率达到95%。试问:(1)(1) 当反应器的反应体积为1m3时,需要多长的反应时间?(2)(2) 若反应器的反应体积为2m3,,所需的反应时间又是多少?解:(1)(2)因为间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关,所以反应时间仍为2.83h。 3.2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20㎏/
2、h,使用15%(重量)的NaHCO3水溶液及30%(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1:1,混合液的比重为1.02。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5.2l/mol.h,要求转化率达到95%。(1)(1) 若辅助时间为0.5h,试计算反应器的有效体积;(2)(2) 若装填系数取0.75,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80.5,84和62kg/kmol,每小时产乙二醇:20/62=0.3226kmol/h每小时需氯乙醇:
3、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:(2)(2) 反应器的实际体积: 3.3丙酸钠与盐酸的反应:为二级可逆反应(对丙酸钠和盐酸均为一级),在实验室中用间歇反应器于50℃等温下进行该反应的实验。反应开始时两反应物的摩尔比为1,为了确定反应进行的程度,在不同的反应时间下取出10ml反应液用0.515N的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,min010203050∝NaOH用量,ml52.232.123.518.914.410.5现拟用与实验
4、室反应条件相同的间歇反应器生产丙酸,产量为500kg/h,且丙酸钠的转化率要达到平衡转化率的90%。试计算反应器的反应体积。假定(1)原料装入以及加热至反应温度(50℃)所需的时间为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。解:用A,B,R,S分别表示反应方程式中的四种物质,利用当量关系可求出任一时刻盐酸的浓度(也就是丙酸钠的浓度,因为其计量比和投量比均为1:1)为:于是可求出A的平衡转化率:现以丙酸浓度对时间作图: 由上图,当CA=0.0515×14.7mol
5、/l时,所对应的反应时间为48min。由于在同样条件下,间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关,所以该生产规模反应器的反应时间也是48min。丙酸的产量为:500kg/h=112.6mol/min。所需丙酸钠的量为: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的浓度CA及CB以kmol/m3为单位,温度T的单位为K。该反应的热效应等于-4000kJ/kmol。反应开始时溶液不含R,组分A和B的浓度均
6、等于0.04kmol/m3,反应混合物的平均热容按4.102kJ/m3.K计算。反应开始时反应混合物的温度为50℃。(1)(1) 试计算A的转化率达85%时所需的反应时间及此时的反应温度。(2)(2) 如果要求全部反应物都转化为产物R,是否可能?为什么?解:(1)(由数值积分得出)(2)若A全部转化为R,即XA=1.0,则由上面的积分式知,t→∝,这显然是不可能的。 3.5在间歇反应器中进行液相反应:A的初始浓度为0.1kmol/m3,C,D的初始浓度为零,B过量,反应时间为t1时,CA=0.055kmol/m3,CC
7、=0.038kmol/m3,而反应时间为t2时,CA=0.01kmol/m3,CC=0.042kmol/m3,试求:(1)(1) k2/k1;(2)(2) 产物C的最大浓度;(3)(3) 对应C的最大浓度时A的转化率。解:(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的最大收率:产物C的最大浓度: 3.6在等温间歇反应器中进行液相反应初始的反应物料
8、中不含A2和A3,A1的浓度为2mol/l,在反应温度下k1=4.0min-1,k2=3.6min-1,k3=1.5min-1。试求:(1)(1) 反应时间为1.0min时,反应物系的组成。(2)(2) 反应时间无限延长时,反应物系的组成。(3)(3) 将上述反应改为反应时间无限延长时,反应物系的
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