反应工程课后答案

第二章均相反应动力学1、有一反应在间歇反应器中进行，经过8min后，反应物转化掉80％，经过18min后，转化掉90％，求表达此反应的动力学方程式。2AAmin18A0min8A0AAA0dd219.019.0181)(218.018.081)(11kctckckcxxckt为假设正确，动力学方程3、在间歇反应器中有一级液相可逆反应PA，初始反应时CA0=0.5mol/L，CP0=0反应8min后，A的转化率为1/3，而平衡转化率是2/3，求此反应的动力学方程式。解：pAACkCkdtdC2121002122)1(kkxCxCCCKkkAeAAeAAePe即根据一级可逆反应积分式1212121min08664.082ln3132ln18ln1kkkkxxxkktAAeAe1211min02888.0min05776.0kkPApAACCCkCkdtdC02888.005776.0215、恒温恒容的气相反应A→3P，其动力学方程为VnkdtdnVrAAA1)(，在反应过程中系统总压pt及组分A的分压均为变量，试推导)(Atpfdtdp的表达式。解：AtAAAtAAAAAAAAtAAtAAAtkpdtdpRTpkkcVnkdtdpRTdtdpRTdtdpRTdtdcrVnkdtdnvrdtdpdtdpppppppp221211(1)(22)(3)00得即8、纯气相组分A在一等温等容间歇反应器中按计量式PA5.2进行反应，实验测得如下数据，时间/min02468101214∝分压pA/MPa0.10.080.06250.0510.0420.0360.0320.0280.020用积分法求此反应的动力学方程式。解：由于当t时，02.0Ap常数，因此假设为一级可逆反应。）即，即，达到平衡时，020220202202121212102151(5.125.25.125.25.210)(5.2101002.02.02.0)02.01.0(5.2)(5.25.2AAAAAAAAAAAAepepeAeAAppAAppkpkpkpkpkpkppkpkdtdpkkppkkRTpkRTpkMPapppckckdtdcpAetkptkpppppppktppkdtppdpAAAAAAAAppAAAAAAA2200000005.1202.008.0ln5.12518.0ln5151ln5.1251ln5.1251011122min126.0min0126.01581.05.121581.0kkk即，斜率)2.0(0126.05.120126.0126.0,0AAApAAppdtdpccdtdc即第三章均相反应过程1、液相一级等温反应在间歇釜中达到70%转化率需要12min，若此反应移到同温度下平推流反应器和全混流反应器中进行时，所需要的空时和空速各为多少？解：10011min0429.07031min3.23370)7.01(1.07.0)1()(min083.01211min12min1.07.01ln12111ln111lncvAAAAAfAAAcvBRAAxkxkcxcrxcCSTRtPFRxtkxkt中在空速中所需的空时在3、液相反应在一间歇反应器中进行，反应速率如下表所示：CA/mol/L0.10.20.30.40.50.60.70.81.01.32.0(-rA)/mol/(L.min)0.10.30.50.60.50.250.100.060.050.0450.042（1）若CA0=1.3mol/L，，则反应时间为多少？（2）若反应移至平推流反应器中进行，C0A=.5mol/L，FA0=1000mol/h，求xA0=0.30时所需反应器的大小。（3）当CA0=1.2mol/l，FA0=1000mol/h，xA=0.75时，求所需全混流釜式反应器大小。解：由)(~AArc表作出AAcr~)(1曲线（1）min7.12045.005.03.02105.006.02.0212106.01.025.05.06.0215.01.0?3.0,3.111111111110）（）（）（用梯形法BRAfAtLmolcLmolcAc0.10.20.30.4050.60.70.81.01.32.0)(Ar0.10.30.50.60.50.250.10.060.050.0450.042)(1Ar103.3321.67241016.672022.2223.8（2）lmolxcclcFVmolLFVrcrcrdcrdcFVLmolxccAAAfAApApAAAAAAccAAAopAAAfAA3.0)75.01(2.1)1()3(1092.160100081.981.9min81.9)67.2222.22(2.021)22.2237.20)(05.13.1(2167.22)22.228.23(7.02.022.22(1,5.137.2022.2167.020)2022.22(3.005.020(1,05.1)()(05.1)3.01(5.1)1(0000))5.105.100梯形法：用内插法：LVrcccFVfAAAfAA256010005.15.15.02.13.02.1)(0005、丙烷裂解为乙烯的反应可表示为C3H8→C2H4+CH4（忽略副反应）在772℃等温反应时，动力学方程为-AAkpdtdp，其中k=0.4h-1。若系统保持恒压p=0.1MPa,ν0=0.8m3/h(772℃，0.1MPa)，求当xA=0.5时，所需平推流反应器的体积大小。解：恒压变容反应3000020220000036077.28.0466.3466.32ln4.0211ln2)1(2)1(21)()1(2)1)(1(21112))1(1)1()1(1(11)(5.111045314.8101.0mVxkxkdxvVxckdtdxxcrxkxxkdtdxxxkpkpdtdxxdtdpdtdxxxxpdtdpxxppxdxcvVmmolRTpcpAxAApAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAxAAApAAAA即：8、一级反应A→P，在一体积为VP的平推流反应器中进行，已知进料温度为150℃，活化能为84kJ·mol-1，如改用全混流反应器，其所需体积设为Vm，则Vm/Vp应有何关系?当转化率为0.6时，如果使Vm=Vp，反应温度应如何变化?如反应级数分别为n=2，1/2，−1时，全混流反应器的体积将怎样改变？解：)1ln()1()exp()1ln()1()1(CSTR)1ln(11d1)(dPFR)exp()(AAApmAAApmA0AAA0mAA00AAA00AAA0PA0AAAAxxxRTERTExxkkxVVxkcxFVxkcxxkcrxFVcRTEkkcrxx)1ln()1()1ln()1(IFAAAAAPmmpxxxxxkkxVVTTAK07.43215.42302064.015.423876.234929.015.423876.23exp6109.0637.115.42315.423314.884000exp1)6.01ln(6.016.0exp10.6and1IFmmmmmmmmmPmPAPmTTTTTTTTTTTTTRExVVmnnnnkcxFVcVVcVVkcxFVncVVkcxFVncVVkcxFVnAfAfA0m1Am1m2A1m1m1AAA0m2/1A1m2/1m2/1AAA0mA1m2m2AA0Am1,1,2/11,2或PPT课件答案1、在间歇反应器中进行液相反应A+B→P，CA0=0.307mol/L，测得二级反应速率常数k=61.5×10-2L/（mol·h）,计算当CB0/CAO=1和5时，转化率分别为0.5,0.9,0.99所需要的反应时间，并对计算结果加以讨论。2、已知：苯醌与环戊二烯在25℃下进行液相二烯合成反应A+B→C(-rA)=BACkC；k=9.92×10-3[m3/kmol·s]；CAO=0.1[kmol/m3]；CBO=0.08[kmol/m3]；xA=0.95；t/=1[h]；每天处理300kg环戊二烯。求：反应器有效容积？AOCtAxAArdx0)(；(-rA)=AkCBC=2)1(ABOAOxCkC65.63600195.0195.008.01092.91)1(3ABOAxkCx[h]]/[261.4367.2894.108.02466/3001.02466/3003hmvvvOBOAoV=][6.32)165.6(261.4)(3/mttvOAAxxAABOABOAOAAOxdxkCxCkCdxCt002)1(1)1(3、在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应：CH3COOC2H5+NaOH→CH3COONa+C2H5OH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）当反应器的反应体积为1m3时，需要多长的反应时间？（2）若反应器的反应体积为2m3时，所需的反应时间又是多少？解：（1）t=CA0∫0XAfdXA/(-RA)=CA0∫0XAfdXA/[k2A0C2A0(1-XA)2]=1/(kCA0)×XA/(1-XA)=1/(5.6×0.02)×0.95/(1-0.95)=169.6min（2.83h）（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。4、平推流反应器中进行二级反应，当进料初浓度从30％降到4％，若要求反应结果的残余浓度维持在0.1%，问进料流率应作如何调整？5、010201020010.001010022.1022.1001.004.0001.04.00020.04001.0-3.0001.03.00.3Cmin11.1122.22)3.03.1(210A0000vvvvkVvCkVvvtrAdCArdXCAtACCCCkVCCACAXAAAAAAAA二式相除：时，当时，当代入数据：