【正文】 進(jìn)入反應(yīng)器的原料氣中，甲醇：空氣：水蒸氣 =2： 4： （摩爾比），反應(yīng)后甲醇的轉(zhuǎn)化率達(dá) 72%，甲醛的收率為 %。注意題中所給比表面的單位換算成 m2/m3 。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(jì)算 A的轉(zhuǎn)化率達(dá)到 95%時(shí)所需的反應(yīng)時(shí)間。但上述假定的反應(yīng)步驟不是唯一的。（ 1） （ 1） 若輔助時(shí)間為 ，試計(jì)算反應(yīng)器的有效體積； （ 2） （ 2） 若裝填系數(shù)取 ，試計(jì)算反應(yīng)器的實(shí)際體積。 器中進(jìn)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(shí)間為 t1時(shí)， CA=， CC= kmol/m3，而反應(yīng)時(shí)間 為 t2 時(shí)， CA= kmol/m3， CC=，試求： （ 1） （ 1） k2/k1。（ 4）由于該反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)，由上述計(jì)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(gè)反應(yīng)器中苯酚的產(chǎn)量均增加一倍。將 τ1,τ2代入（ 5）式即可求出 B 的最高濃度，從而可進(jìn)一步求出 τ1,τ2 代入 CA2，則由 XA2=(CA0CA2)/CA0可求出最終轉(zhuǎn)化率。(2)兩個(gè)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(gè)全混流反應(yīng)器串聯(lián)。 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。試計(jì)算： (1) (1) 反應(yīng)器出口物料中醋酐的濃度； (2) (2) 單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)器向大氣散出的熱量。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(jì)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(shí)間造成的。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(jì)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(jí)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)。 在管式反應(yīng)器中 400℃ 等溫下進(jìn)行氣相均 相不可逆吸熱反應(yīng)，該反應(yīng)的活化能等于 。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(zhǔn)，反應(yīng)前后各組分的含量如下： 1 0 0 1 2 平衡時(shí) 1Xe Xe Xe 1 2+ Xe 因此，平衡時(shí)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。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。因?yàn)樽罱K轉(zhuǎn)化率相同，故生產(chǎn)能力增加 。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(gè)方程，五個(gè)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(yàn)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(diǎn)？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(jìn)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(gè)定態(tài)點(diǎn)？是否可能實(shí)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(shí)的移熱速率線如 q’ r所示。 現(xiàn) 進(jìn) 行 計(jì) 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(jìn)行的是一級(jí)反應(yīng)，可進(jìn)行如下計(jì)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。 由（ 1）式解出 CA1 代入（ 3）式可解出 CA2。（ 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(gè)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。反應(yīng)開始時(shí)溶液不含 R，組分 A和 B的濃度均等于 ，反應(yīng)混合物的平均熱容按 計(jì)算。要求最終轉(zhuǎn)化率達(dá)到 95%。 解 ： 先 寫 出 各 步 的 速 率 式 ：(1)A???A?(2)A??B??D(3)B??B??r1?kaApA?V?kdA?Ar2?kS?Ar3?kdB?B?kaBpA?V 由于（ 1）是速率控制步驟，第（ 2）步是不可逆反應(yīng)，其反應(yīng)速率應(yīng)等于（ 1）的吸附速率，故有： 整理得： kaApA?V?kdA?A?kS?A?A?根據(jù) 定態(tài)近似原則kp?kS?kdAd?B?kS?A?kdB?B?kaApA?V?0dtkkpkdB?B?kS?A?kaApA?V?(?kaBpB)?VkS?kaAkSkaApA?kaBpB)?V/kdBkS?kaA 因?yàn)??A??B??V?1?B?( 將 ?A,?B 代入上式，化簡后得： ?V?1?1?KBpBkS?kdA最后將 ?A,?V代入吸附速率式，即為 該 反 應(yīng) 的 動(dòng) 力 學(xué) 方 程 式 。 4r550k550?，在釩催化劑上進(jìn)行 SO2 氧化反應(yīng)，原料氣組成為 7%O2及 82%N2。（ 2） （ 2） 以反應(yīng)相界面積為基準(zhǔn)的速率常數(shù) kg。若循環(huán)氣與原料氣之比為 （ 摩爾比），試計(jì)算：（ 1） （ 1） 一氧化碳的單程轉(zhuǎn)換率和全程轉(zhuǎn)化率； （ 2） （ 2） 甲醇的單程收率和全程收率。已知催化劑床層中某處的溫度為 490℃ ，反應(yīng)氣體中氨含量為 10%（ mol），試計(jì)算該處的反應(yīng)速率。（ 2） （ 2） 由題給條件可知，三甲基苯的出口濃度為：pA0?33???10kmol/?10?3?523CA?CA0(1?)??10?3(1?)??10?3kmol/m3 CA0?化學(xué)反應(yīng)工程第五 版 答 案 53_ 化 學(xué) 反 應(yīng) 工 程 答 案?rA?rE?6300CACB?3400CCCB??10?3??10?3kmol/m3CC???10?3??10?3kmol/??1.534?10?3??10?3kmol/???10?3??10?3kmol/ CB??6300??10?3?(?10?3)?3400??10?3?(?10?3)???℃ 等溫下進(jìn)行亞硝酸乙脂的氣相分解反應(yīng)：該反應(yīng)為一級(jí)不可逆反應(yīng) ， 反 應(yīng) 速 率 常 數(shù) 與 溫 度 的 關(guān) 系 為C2H5NO2?NO?CH3CHO?C2H5OH22k??1014exp(??104/T)(s?1)，若反應(yīng)是在恒容下進(jìn)行，系統(tǒng)的起始總壓為，采用的是純亞硝酸乙脂，試計(jì)算亞硝酸乙脂分解率為 80%時(shí)，亞硝酸乙脂的分解速率及乙醇的生成速率。 在 Ni 催化劑上進(jìn)行甲烷化反應(yīng)：dC)?lnk?nlnCAdtCO?3H2?CH4?H2O 數(shù)及正反應(yīng)速率常數(shù)。假定（ 1）原料裝入以及加熱至反應(yīng)溫度（ 50℃ ）所需的時(shí)間為 20min，且在加熱過程中不進(jìn)行反應(yīng)；（ 2）卸料及清洗時(shí)間為 10min；（ 3）反應(yīng)過程中反應(yīng)物密度恒定。試求 :（ 1） （ 1） 反應(yīng)時(shí)間為 時(shí)，反應(yīng)物系的組成。 解：（ 1）第二章 題已求出 t== (2)SR?(dCRdC?)/(?A)????1??CA0(1?XA)?2(1?)?CA0?SRdCA??2112??ln(1?)??5kmol/???(3)若轉(zhuǎn)化率仍為 ，且溫度為常數(shù)，則 D 的瞬時(shí)選擇性為： SD?D 的收率：2?(1?XA)?????SDdXA?? 這說明能使 D的收率達(dá)到 70%（ 4）對(duì) 全混流反應(yīng)器，若使 τ=t=, 則有(1?XA)A???? 解 之 得 ：CA=???所以：這說明在這種情況下轉(zhuǎn)化率達(dá)不到 95%。反應(yīng)混合物的密度為 864kg/m3,欲使醋酸的轉(zhuǎn)化率達(dá) 60%，求此串聯(lián)系統(tǒng)釜的數(shù)目。若出料中 A的轉(zhuǎn)化率為 92%，試計(jì)算： （ 1） （ 1） 所需的反應(yīng)體積；（ 2） （ 2） B 及 D 的收率。因 Q0 維持不變，故最后必然導(dǎo)致丙酸的產(chǎn)量下降。問： （ 1） （ 1） 絕熱溫升是多少？若采用絕熱操作能否使轉(zhuǎn)化率達(dá)到 80%？操作溫度為多少？（ 2） （ 2） 在 100 ℃ 下等溫操作， 換熱速率為多少？ 解：CA0?,??(??Hr)?2231kJ/kg( 烏洛托品） ?(烏洛托品） ???????????????(氨）Cpt?(??Hr)???A0????Cpt （ 1 ）絕熱升溫：由物料衡算式（見 解答）： ??X32???10exp(?3090/T)(1?X)(?)AA??由熱量衡算式得： T=298+。已知： ?iyi0?yA0XA?Ayi?1??AyA0XA?A??Ai1??,yA0?,yB0??(273?20)/273???10?2kmol/?10?2????10?3kmol/?10?2????10?3kmol/ 所以，反應(yīng)速率為：122CA(1?X)(C?