【正文】 2(3) 產(chǎn)物 C 的 最 大 收 率 ：YC,maxk2?1????1?XA?k1??1?XA????1?2?k1 產(chǎn)物 C的最大濃度：CC,max?CA0YC,max???間歇反應(yīng)器中進行液相反應(yīng)初始的反應(yīng)物料中不含 A2 和A3 ， A1 的 濃 度 為 2mol/l ， 在 反 應(yīng) 溫 度 下k1=,k2=,k3=。（ 2）保證 CA 低， CB 高，故可用下圖所示的多釜串聯(lián)方式：（ 3）用半間歇反應(yīng)器，若欲使 CA 低， CB高，可以將 B一次先加入反應(yīng)器， 然后滴加 在一個體積為300l 的反應(yīng)器中 86℃ 等溫下將濃度為 氫異丙苯溶液分解：生產(chǎn)苯酚和丙酮。假如 B 的量為 1m3， A 為，試計算 A加完時，組分 A所能達到的轉(zhuǎn)化率及 R的收率。 由（ 1）式解出 CA1 代入（ 3）式可解出 CA2。各個反應(yīng)器的體積均為，反應(yīng)溫度為 100℃ ，酯化反應(yīng)的速率常數(shù)為10l/,逆反應(yīng)（酯的水解）的速率常數(shù)為10 l/。 現(xiàn) 進 行 計 算 ：CA0XA1V1??22Q0kCAQ00(1?XA1)VC(X?X)3??22Q0kCA0(1?XA2)Q0 二式聯(lián)立化簡后得到：（將 XA2= 代入） 解之得：XA1=???X1A1?0kCA0(1?XA1)?(1?)2?1Q0?Vr1??丁酯產(chǎn)量 =Q0CA0XA2???? 如果進行的是一級反應(yīng)，可進行如下計算： （ 1） （ 1） 小反應(yīng)器在前，大 反 應(yīng) 器 在后 :CA0XA1Vr11??Q0kCA0(1?XA1)Q0VCA0(XA2?XA1)3??Q0kCA0(1?XA2)Q0聯(lián)立二式，且將 XA2= 代入，化簡后得到 : 解得：XA1=?3XA1??0k(1?XA1)(1?)Q0???5.576m3/ 所以有： kmol/h 醋酸丁酯產(chǎn)量=Q0CA0XA2????(2)大反應(yīng)器在前，小反應(yīng)器在后 :CA0xA1Vr13??Q0kCA0(1?xA1)Q0VC(x?x)1??Q0kCA0(1?xA2)Q0 解得 XA1=?所以有：產(chǎn)量同前。 解 ： ?????? 所 以 ：CA0XAXA?k1CA0(1?XA)(1?XA)XA?,CA?CA0(1?XA)?：2100CA?CR??0CR? 在全混流反應(yīng)器中等溫進行下列液相反應(yīng)：2A?Bk3A?C???D2rB?k1CA?k2CBrD?k3CACC 進料速率為360l/h,其中含 25%A,5%C（均按質(zhì)量百分率計算），料液密度等于 。3C?10kmol/m,k1/k2?8,k2/k3?30,CC0/CB0?,k1??1 B0 解：分別 列 出 組 分 B,M,D,T,C 的 物 料 衡 算 式 ：CB0?CBCB0B:??,CB?k1CBCC1?CC (1)8CBCCCMM:??,CM?k1CBCC?k2CMCC8?CC (2) 30CCCD:??,CD?k2CCCM?k3CDCC240?CC (3)C1T:??,CT?CCCDk3CCCD30 (4)C:CC?CC0?CM?2CD?3CT (5) 由（ 5 ）式得：?CC?CM?2CD?3CT?CC?8CBCC60CCCM1??CCCD8?CC240?CC10 (6)聯(lián)立（ 1） ,(2),(3),(4),（ 6）式（五個方程，五個未知數(shù)）：由（ 2 ）式得： 由（ 3 ）式得：CM?8CC8CC?8?CC(1?CC)(8?CC) (7)230CCCM240CB0CCCD??240?CC(240?CC)(1?CC)(8?CC) (8) 將（ 1 ） ,(7), （ 8 ） 式 代 入 （ 6 ） 得 ：?CC???(1?CC)(8?CC)(240?CC)(1?CC)(8?CC)(240?CC)(1?CC)(8?CC)432C?475C?3562CCC?9232CC?26880?0 整理得： C 解得： CC= kmol/m310?（ 1 ） 式 得 ： 8????（ 7）式得： 30????（ 8）式得： 1CT????（ 4）式得：驗證：?CC?CM?2CD?3CTCB?? 即：?10???2??3?． 18 根據(jù)例題 中規(guī)定的條件和給定數(shù)據(jù)，使用圖解法分析此反應(yīng)條件下是否存在多定態(tài)點？如果為了提高順丁烯二酸酐的轉(zhuǎn)化率，使原料以 3m/s的流速連續(xù)進入反應(yīng)器，其它條件不變，試討論定態(tài)問題，在什么情況下出現(xiàn)三個定態(tài)點？是否可能實現(xiàn) ？ 解 ： 由 例 ,知： ?RA?kCACB??1012exp(?12628/T)CACBkmol/0?326K,Q0?,Vr??,CB0?kmol/m3?Hr??K移熱速率方程： qr?Q0?Cpt(T?T0)?(T?326) （ 1） 放熱速 率 方 程 ： qg?(??Hr)(?RA)Vr??103??1012exp(?12628/T)CA0(1?XA)(CB0?CA0XA)? （ 2） C(??H)XA?Cpt（ 3）絕熱操作方程：由（ 3）式得： ?CptXA?(T?T0)CA0(??Hr) （ 4） （ 4） （ 4 ） 代 入 （ 2 ）式得： ???Cptqg??10??10exp(?12628/T)CA0?1?(T?T0)?C(??H)?A0r???312T?T0????Cpt15?42C?(T?T)?B00???553.3?10exp(?12628/T)(???10T)(??Hr)????（ 5）轉(zhuǎn)化率，使 Q0=,而保持其它條件不變，則這時的移熱速率線如 q’ r所示。當改為連續(xù)操作時，轉(zhuǎn)化率下降了，所以反應(yīng)器出口丙酸的濃度也低于間歇反應(yīng)器的結(jié)果。因為最終轉(zhuǎn)化率相同，故生產(chǎn)能力增加 。 3． 23 根據(jù)習(xí)題 所規(guī)定的反應(yīng)和數(shù)據(jù)，并假定反應(yīng)過程中溶液密度恒定且等于 ,平均熱容為 ,忽略反應(yīng)熱隨溫度的變化，且為 2231kJ/kg 烏洛托品，反應(yīng)物料入口溫度為 25℃ 。如何使轉(zhuǎn)化率提高到 80%？解：根據(jù)上述情況，可能是反應(yīng)器的攪拌系統(tǒng)有些問題，導(dǎo)致反應(yīng)器 內(nèi)部存在死區(qū)或部分物料走了短路，這些均可導(dǎo)致反應(yīng)器的效率降低，從而使轉(zhuǎn)化率下降。由題意可知，若能求得出口轉(zhuǎn)化率，由（ ）式得：便可求出反應(yīng)器出口氣體組成。此條件下的平衡轉(zhuǎn) 化 率 可 按 平 衡 式 求 取 ：Kp?pppA?ipi0?pX?AA0Api?1?yA0?AXA?yi0?iyA0XA?Ayi?, pi?yiP1?yA0?AXAyA0? ， ?A ＝ yA1?1 － 1 ＝11yA0?(1?XAe)??1?yA0?AXA1??yB?yH?0? ??ByX?AA0A1?yA0?AXA1***XAe?1?e1????P?*144pAyAP(1?)(1?XAe)XAe? 若以 1摩爾 C2H6為基準，反應(yīng)前后各組分的含量如下： 1 0 0 1 2 平衡時 1Xe Xe Xe 1 2+ Xe 因此，平衡時各組分分壓為： C2H6?C2H4?H2,H2O,?將其代入平衡式有：P1XeP1XeP1(1?Xe)pB?,pH?,pA?2?Xe2?Xe2?Xe Xe21?Xe)??105/??1042?Xe2?Xe 解此一元二次方程得： Xe?(（ 2） （ 2） 所需的反應(yīng)管長：首先把反應(yīng)速率方程變?yōu)??d?pA/RT?dt?以保證速率方程的單位與物料衡算式相一致。39。 在管式反應(yīng)器中 400℃ 等溫下進行氣相均 相不可逆吸熱反應(yīng)，該反應(yīng)的活化能等于 。 擬設(shè)計一等溫反應(yīng)器進行下列液相反應(yīng)：A?B?R,rR?k1CACB22A?S,rS?k2CA目的產(chǎn)物為 R，且 R與 B極難分離。于是有：pP?pB0XB,pQ?pQ0?pB0XBpB0???105pA0?0??105pQ0???105FB0?2083?00?88? 將上述有關(guān)數(shù)據(jù)代入設(shè)計方程：W?FB0?dXrB4W??10kg 采用數(shù)值積分便可得到所需的催化劑量：其反應(yīng) 體積為： ?104Vr????700W化學(xué)反應(yīng)工程第五版答案 53_化學(xué)反應(yīng)工程答案 二氟一氯甲烷分解反應(yīng)為一級反應(yīng) :2CHClF2(g)?C2F4(g)?2HCl(g)流量為2kmol/h的純 CHClF2氣體先在預(yù)熱器預(yù)熱至 700℃ ，然后在一活塞流反應(yīng)器中 700℃ 等溫下反應(yīng)。進料量等于 。解：題給條件說明該反應(yīng)為液相反應(yīng)，可視為恒容過程，在習(xí)題 中已算出：所以，所需 反 應(yīng) 器 體 積 ： 1ol /lQ0?CA0??Q0CA0?dXkCA0(1?XA)(CB0?CA0XA) 由計算結(jié)果可知，活塞流反應(yīng)器的反應(yīng)體積小，間歇釜式反應(yīng)器的 反應(yīng)體積大，這是由于間歇式反應(yīng)器有輔助時間造成的。 3． 24 某車間采用連續(xù)釜式反應(yīng)器進行已二酸和已二醇的縮聚反應(yīng)，以生產(chǎn)醇酸樹酯。試計算： (1) (1) 反應(yīng)器出口物料中醋酐的濃度； (2) (2) 單位時間內(nèi)反應(yīng)器向大氣散出的熱量。因題意要求丙酸產(chǎn)量不變，故 Q0 不能變，必須 將反應(yīng)器體積增大至 14240 l 才行。 3． 19 根據(jù)習(xí)題 所規(guī)定的反應(yīng)及給定數(shù)據(jù)，現(xiàn)擬把間歇操作改為連續(xù)操作。 k3=105l/ 。(2)兩個等體積的全混流反應(yīng)器串聯(lián)；（ 3）保證總反應(yīng)體積最小的前提下，兩個全混流反應(yīng)器串聯(lián)。 以硫酸為催化劑，由醋酸和丁醇反應(yīng)可制得醋酸丁酯。將 τ1,τ2代入（ 5）式即可求出 B 的最高濃度，從而可進一步求出 τ1,τ2 代入 CA2，則由 XA2=(CA0CA2)/CA0可求出最終轉(zhuǎn)化率。取步長 △ t=，直至求至 t= 即可。（ 4）由于該反應(yīng)為一級反應(yīng)，由上述計算可知，無論是間歇反應(yīng)器或全混流反應(yīng)器，其原料處理量不變，但由于 CAB 增加一倍，故 C苯 酚也增加一倍，故上述兩個反應(yīng)器中苯酚的產(chǎn)量均增加一倍。解：根據(jù)題中給的兩種反應(yīng)情況，可分別列出微分方程，然后進行求解。 器中進行液相反應(yīng)：T?323????B?CC?B?DrA?k1CACBrD?k2CCCBA的初始濃度為 ,C， D的初始濃度為零， B過量，反應(yīng)時間為 t1時， CA=， CC= kmol/m3，而反應(yīng)時間 為 t2 時， CA= kmol/m3， CC=，試求： （ 1） （ 1） k2/k1。丙酸的產(chǎn)量為： 500kg/h=。（ 1） （ 1） 若輔助時間為 ，試計算反應(yīng)器的有效體積； （ 2） （ 2） 若裝填系數(shù)取 ，試計算反應(yīng)器的實際體積。解：首先將動力學(xué)方程式直線化： r?kpp?2(1?KBpB)或 y=b+ax。但上述假定的反應(yīng)步驟不是唯一的。由（ ）式可求得組分的瞬間濃度：CA0(1?XA)?10?2(1?)CA????10?2mol/l1?AyA0XA1?1?1??kCA??1014exp(?18973/483)??10?2?3.395?10?6mol/： 甲烷與水蒸氣在鎳催化劑及 750℃ 等溫下的轉(zhuǎn)化反應(yīng)為：原料氣中甲烷與水蒸氣的摩爾比為 1： 4，若這個反應(yīng)對各反應(yīng)物均為一級，已知k=2l/,試求：（ 1） （ 1） 反應(yīng)在恒容下進行，系統(tǒng)的初始總壓為 ，當反應(yīng)器出口的 CH4轉(zhuǎn)化率為 80%時，CO2和 H2的生成速率是多少？ （ 2） （ 2） 反應(yīng)在恒壓下進行，其他條件如（ 1）， CO2的生成速率又是多少？解：（ 1）由 題 意 可 將 反 應(yīng) 速 率 表 示 為 ：1RD?rA??10?6mol/?2H2O?CO2?4H2A?2B?C?4D 對 于 恒 容 過 程 ， 則 有rC?kCACBCA?CA0(1?XA)CB?CB0?2CA0XACA0CB0PA00.1013??3????10mol/l??10?1023?4CA0?4?82?10?3??10?3mol/l 當 XA0= 時CA?CA0(1?XA)??10?3???10?4mol/lCB?CB0?2CA0XA??10?3?2??10?3???10?3mol/lRC?rC?kCACB?2??10?4??10?3??10?6mol/?4rC?4??10?6??10?5mol/（ 2）對于恒壓過程，是個變?nèi)莘磻?yīng)過程，由（ ）式可求得總摩爾數(shù)的變化 ?A???t/?A??2反應(yīng)物 A的原始分率： yA0?由（ ）式可求 得 轉(zhuǎn) 化 率 為 80% 時 的 濃 度 ：1??4C(1?X)?10?3(1?)CA????10?4mol/l1?AyA0XA1?2?? CB0??10?3?2??10?3?????10?5mol/l1?AyA0XA1?2???kCACB?2??10?4??10?5??10?6mol/?rC??10?6mol/ 在 473K等溫及常壓下進行氣相反應(yīng)：（ 1） A?3R rR?（ 2） A?2S rS?（ 3） A?T rT?式中 CA為反應(yīng)物 A的濃度（ mol/l），原料中 A和惰性氣體各為一半（體積比），試求當 A 的轉(zhuǎn)化率達 85%時，其轉(zhuǎn)化速率是多少？ 解：方法（ 1），先求出總摩爾變化數(shù) ?A。反應(yīng)用的原料為 A 與 B的混合 物，其中 A的濃度為 2kmol/m3，試計算 A的轉(zhuǎn)化率達到 95%時所需的反應(yīng)時間。解：題中給出 450℃ 時的 k2 值，而反應(yīng)是在 490℃ 下，故首先要求出 490℃ 時的 k2 值。注意題中所給比表面的單位換算成 m2/m3 。在等溫常壓解：利用反應(yīng)時間與組分 A的濃度變化數(shù)據(jù)，作出 CA～ t的關(guān)系曲線，用鏡面法求得 t= 時該點的切線，即為水解速率。 化學(xué)反應(yīng)工程第五版答案 53 化學(xué)反應(yīng)工程答案