化工原理习题答案第七章.pdf

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1、第7章均相反应过程与理想反应器习题解答1.拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应：CH2ClCH2OH+NaHCO3→CH2OHCH2OH+NaCl+CO2-1以生产乙二醇，产量为20kg·h，使用15%(质量分数)的NaHCO3水溶液及30%(质量分数)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物质的量比为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-1-15.2L·mol·h，要求转化率达到95%。(1)若辅助时间为0.5h，试计算反应器的有效体积；(2)若装填系

2、数取0.75，试计算反应器的实际体积。解：(1)氯乙醇、碳酸氢钠和乙二醇的分子量分别为80.5、84和62kg/kmol，每小时产乙二醇的物质的量为20/62=0.3226kmol/h0.326680.5每小时需氯乙醇：91.11kg/h0.9530%0.326684每小时需碳酸氢钠：190.2kg/h0.9515%91.11190.2原料体积流量：qv0275.8L/h1.020.32661000氯乙醇初始浓度：cA01.23mol/L0.95275.8xAfdxA1xAfdxA10.95反应时间：t

3、2.968h0kcckc0(1x)25.21.23110.95ABA0A'反应体积：Vrqv(tt)275.8(2.9680.5)956.5LVr956.5（2）反应器的实际体积：V1275Lf0.75-32.在一个体积为300L的反应器中86℃等温下将浓度为3.2kmol·m的过氧化氢异丙苯溶液分解：CHC(CH)COHCHCOCHCHOH65323365-1生产苯酚和丙酮。该反应为一级反应，反应温度下反应速率常数等于0.08s,最终转化率达98.9%，试计算苯酚的产量。(1)如果这个

4、反应器是间歇操作反应器，并设辅助操作时间为15min；(2)如果是全混流反应器；(3)试比较上二问的计算结果；(4)若过氧化氢异丙苯浓度增加一倍，其他条件不变，结果怎样？解：（1）xAfdxAxAfdxA1111tcA0cA0lnln56.37s0.94min0rA0kcA0(1xA)k1xA0.810.989'Vrqv0(tt)qv0(0.9415)300L300qv018.82L/min15.94苯酚浓度C苯酚CA0xA3.20.9893.165mol/L苯酚产量qv0C苯酚18

5、.823.16559.56mol/min335.9kg/h（2）全混流反应器qv0cA0xAfqv0xAfVrkcA0(1xAf)k(1xAf)Vrk(1xAf)3000.08(10.989)qv00.2669L/s16.02L/minxAf0.989苯酚产量qv0c苯酚16.023.20.98950.69mol/min285.9kg/h（3）说明全混釜的产量小于间歇釜的产量，这是由于全混釜中反应物浓度低，反应速度慢的原因。（4）由于该反应为一级反应，由上述计算可知，无论是间歇反应器或全混

6、流反应器，其原料处理量不变，但由于cA增加一倍，故c苯酚也增加一倍，故上述两个反应器中苯酚的产量均增加一倍。33.在反应体积为490cm的CSTR中进行氨与甲醛生成乌洛托品的反应：4NH36HCHO(CH2)6N46H2O式中(A)—NH3，(B)—HCHO，反应速率方程为2-1-1rAkcAcBmolLs3-1式中k1.4210exp(3090/T)。氨水和甲醛水溶液的浓度分别为1.06mol·L和-13-16.23mol·L，分别以1.50cm·s的流量进入反应器，反应温度可取为36℃，假设该系统密度恒定

7、，试求氨的转化率xA及反应器出口物料中氨和甲醛的浓度cA及cB。解：4.06cA02.03mol/L26.32cB03.16mol/L23qv021.53.0cm/scAcA0(1xA)6cBcB0cA0xA3.161.52.03xA433090k1.4210exp()0.06447309qv0cA0xAfqv0cA0xAfVr26kcAcBkc(1x)(ccx)2A0AfB0A0Af43xAf即得：49020.06447(1xAf)(3.161.52.03xAf)32整理得：

8、xAf3.075xAf3.162xAf1.0770解得：xAf=0.821反应器出口A,B得浓度分别为：cAcA0(1xA)2.03(10.821)0.3634mol/L6cBcB0cA0xA3.161.52.030.8210.