【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 3,則 11 ?? ?PAS C 190 . 511 0 . 7 3 21 9 1 1 ?? ? ???? AOP AdCS C 在活塞流反應(yīng)器中等溫等壓（ 104Pa）下進(jìn)行氣相反應(yīng) : 635363, 23 10 / . m i n2 , 77 10 / . m i n3 , 61 10 / . m i n???? ? ?? ? ?? ? ?PAQARAA P r p km ol mA Q r p km ol mA R r p km ol m 式中 PA為 A的分壓 Pa，原料氣含量 A10%（ mol），其余為惰性氣體。若原料氣處理量為 1800 標(biāo)準(zhǔn) m3/h，要求 A 的轉(zhuǎn)化率達(dá)到 90%，計(jì)算所需的反應(yīng)體積及反應(yīng)產(chǎn)物 Q 的收率。 解：此反應(yīng)為復(fù)合反應(yīng)系統(tǒng)，一般需要多個(gè)物料衡算式聯(lián)立求解，方能解決問(wèn)題。但這里三個(gè)平行反應(yīng)均為一級(jí)，可簡(jiǎn)化處理。其組分 A 的總轉(zhuǎn)化速率為 ： 551 1 1 1( 0 . 5 9 2 2 1 . 7 7 7 0 . 2 9 6 1 ) 1 0 1 . 5 7 9 4 1 02 3 2 3 ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?A P Q R A AR r r r P P 又為變?nèi)葸^(guò)程： 1 2 30 . 5 9 2 2 1 . 7 7 7 0 . 2 9 6 11 . 5 7 9 4 2 1 . 5 7 9 4 3 1 . 5 7 9 4? ? ???A? ? ? ? 其中 1 2 30, 1 , 2? ? ?? ? ?，所以有 ?A? 43000( 1 ) 10 ( 1 ) 10 ( 1 )1 1 1 1800 / m i n 60? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ?????AA AAAA A A A AApX XXpy X X XF km ol? 所需反應(yīng)體積為： 00 5 5 300321 875 94 10 94 10 5 10 ( 1 ) 39 1( 1 875 ) ln 875 0 8 10 1 ????? ? ? ? ?????? ? ? ? ? ?????????????AAXX A A Ar A AAAdX X dXV F FpXm 產(chǎn)物 Q 的收率：551 1 .7 7 7 1 02 0 .5 6 2 61 .5 7 9 4 1 0????? ? ??A QAAAr pY Rp?? 在充填釩催化劑的活塞流反應(yīng)器中進(jìn)行苯（ B）氧化反應(yīng)以生產(chǎn)順丁烯二酸酐（ MA）： 1232222,??? ??????kkkB M A C O C O H OB C O C O H O 這三個(gè)反應(yīng)均為一級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)活化能（ kJ/mol）如下： E1=70800,E2=193000,E3=124800 指前因子（ kmol/）分別為 A1=,A2= 108,A3= 反應(yīng)系在 105Pa 和 704K 等溫進(jìn)行。原料氣為苯蒸汽與空氣的混合氣，其中含苯 %（ mol）?，F(xiàn)擬生產(chǎn)順丁烯二酸酐 1000kg/h,要求其最終收率為 42%。假設(shè)（ 1）可按恒容過(guò)程處理；（ 2）可采用擬均相模型。試計(jì)算 （ 1）苯的最終轉(zhuǎn)化率； （ 2）原料氣需用量； （ 3）所需的催化劑量。 解：（ 1）由題意知： 13/ ( )? ? ?BBdC d k k C? ，解之得： 13()0 ??? kkBBC C e ? 或： 13()01 ??? ? ? kkBBBCXeC ? 且： 13()1 2 1 0 2??? ? ? ?kkMA B M A B M AdC k C k C k C e k Cd ?? 解此一階線(xiàn)性微分方程有： 21 3 1 32 ()110 1 3 2 1 3 2( 1 ) ( 1 )? ? ?? ????? ? ? ? ? ? ?????? ? ? ? ?? kk k k kkMAMA B BMC k kY e e X XC k k k k k k? 已知： 70800 7041193000 7042124800 7043 71 2 10 / . . 2 10 9 10 / . .470. 8 7 10 / . .? ??? ??? ??? ? ?? ? ? ?? ? ??MAk e km ol kg h Pak e km ol kg h Pak e km ol kg h PaY 代入上式化簡(jiǎn)得到： 0 .4 4 6 60 .2 8 2 3 ( 1 ) ( 1 )??? ? ? ???BBXX 通過(guò)試差求出： %?BX （ 2）原料氣需用量。由收率定義知： 00//??M A M A B M A BY n n F F 0 1000 2 4 . 2 9 5 /0 . 4 2 9 8? ? ??MAB MAFF k m o l hY 總原料氣為： 24 .2 95 / 0. 01 8 13 49 .7 5 /??tF km ol h （ 3）欲使 XB達(dá)到 %，所需催化劑量由物料衡算式求得： 00 001 3 1 3 065( ) ( ) ( 1 ) 95 1ln 1629 ( 2 87 ) 10 3 10 8 1 45?? ? ?? ? ? ? ? ???BBXX BBBBB B BFdX dXWFk k p k k p Xkg （ 1）寫(xiě)出絕熱管式反應(yīng)器反應(yīng)物料溫度 與轉(zhuǎn)化率關(guān)系的微分方程； （ 2）在什么情況下該方程可化為線(xiàn)性代數(shù)方程，并寫(xiě)出方程?；卮饐?wèn)題（ 1），（ 2）時(shí)必須說(shuō)明所使用的符號(hào)意義； （ 3）計(jì)算甲苯氫解反應(yīng) 6 5 3 2 6 6 4? ? ?C H CH H C H CH的絕熱溫升。原料氣溫度為 873K，氫及甲苯的摩爾比為 5。反應(yīng)熱△ H298=49974J/mol。熱容（ J/mol K）數(shù)據(jù)如下： H2:CP= CH4: CP=+ C6H6: CP=+ C6H5CH3: CP=+ （ 4）在（ 3）的條件下，如甲苯 最終轉(zhuǎn)化率達(dá)到 70%，試計(jì)算絕熱反應(yīng)器的出口溫度。 解：（ 1）絕熱管式反應(yīng)器反應(yīng)物料溫度 T 與轉(zhuǎn)化率 XA的微分方程： 0 ()??? rA r T AA ptwHd T d XMC (A) 式中 ()?? rrTH 為基準(zhǔn)溫度下的熱效應(yīng)； Cpt為反應(yīng)物料在基準(zhǔn)溫度下與反應(yīng)溫度T 之間的熱容； wA0為組分 A的初始質(zhì)量分率； MA為組分 A的分子量。 （ 2）如果不考慮熱容 Cpt隨物料組成及溫度的變化，即用平均溫度及平均組成下的熱容 ptC 代替，則積分 (A)式得： 00()? ? ?AAT T X X? (B) 式中： T0為反應(yīng)入口； XA0為初始轉(zhuǎn)化率： 0 ()??? rptA r TAwHMC? 此時(shí)（ A）式化為線(xiàn)性方程。當(dāng) XA0=0 時(shí)，又可寫(xiě)成： 0?? AT T X? （ 3）求絕熱溫升。已知 T0=873K,XA0=0,A 表示關(guān)鍵組分甲苯，其初始摩爾分率yA0=1/6,為計(jì)算方便將 (B)式改寫(xiě)成： 000 39。()???? A r TptyHTTC (C) 此時(shí) 39。ptC 是以摩爾數(shù)為基準(zhǔn)的。選入口 T0 為基準(zhǔn)溫度，需求出反應(yīng)熱873()?? rH ，以轉(zhuǎn)化 1mol 甲苯為計(jì)算基準(zhǔn)，則有： 298873 8732 9 8 2 9 88 7 3 8 7 3( ) 4 9 9 7 4 2 0 .7 8 6 ( 2 9 8 8 7 3 ) ( 0 .0 3 5 3 5 1 2 4 .8 5 )( 0 .0 4 4 1 4 2 7 .8 7 ) ( 0 .1 0 6 7 1 0 3 .1 8 ) 8 0 4 6 8 .2 /? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ????rH T d TT d T T d T J m o l從基準(zhǔn)溫度 T0到出口溫度反應(yīng)物料的平均熱容為： 2 4 6 639。4 1 16 6 6? ? ?p t p H p C H p C HC C C C (D) 式中各組分熱容為各組分從基準(zhǔn)溫度至出口溫度的平均熱容。其絕熱溫升： 0 8 7 339。39。() 1 / 6 80 46 8. 2?? ???Arp t p tyHCC? (E) 因?yàn)榉磻?yīng)出口未知，所以需將 (C),(D)及 (E)式聯(lián)立試差求解得： 222? K? （ 4）在（ 3）的條件下，當(dāng) XA= 時(shí)，絕熱反應(yīng)器的出口溫度： 8 7 3 2 2 2 0 .7 0 1 0 2 8 .4? ? ? ?jTK 氨水（ A）與環(huán)氧乙烷（ B）反應(yīng)以生產(chǎn)一乙醇胺 (M)，二乙醇胺 (D)及三乙醇胺，反應(yīng)如下： 1233 2 4 2 2 22 2 2 2 4 2 2 22 2 2 2 4 2 2 3()( ) ( )? ???? ???? ???kkkN H C H O H N CH CH O HH N CH CH O H C H O H N CH CH O HH N CH CH O H C H O N CCH CH O H 反應(yīng)速率方程為： 1 1 2 2 3 3,? ? ?A B M B D Br k C C r k C C r k C C 該反應(yīng)系在等溫下進(jìn)行，目的產(chǎn)物為一乙醇胺。 （ 1） （ 1） 請(qǐng)你提出原料配比的原則，并說(shuō)明理由。 （ 2） （ 2） 選 定一種合適的反應(yīng)器型式和操作方式。 （ 3） （ 3） 根據(jù)（ 2）的結(jié)果，說(shuō)明原料加入方式。 （ 4） （ 4） 反應(yīng)時(shí)間是否有所限制？為什么？ 解：（ 1）若提出原料配比原則，應(yīng)分析其動(dòng)力學(xué)特征。這里以 B 為關(guān)鍵組分，目的產(chǎn)物 M的瞬間選擇性： 21321111????MADMAAkCkCSkCkCk C k C 由此看出 CA增大時(shí)，則 S 也增大，無(wú)疑，相對(duì)來(lái)說(shuō) CB減少。也就是說(shuō)配比原則是：允許的條件下，盡量使 A 過(guò)量。 （ 2）根據(jù)（ 1）的結(jié)果，可選活塞流反應(yīng)器，并使 B 從側(cè)線(xiàn)分段進(jìn)料，而 A 從進(jìn)口進(jìn)料，采用連續(xù)操作，如圖所示： （ 3）加料方式如（ 2）中的圖示。 （ 4）反應(yīng)時(shí)間即停留時(shí)間有限制， 因?yàn)槟康漠a(chǎn)物 M 為中間產(chǎn)物，存在最佳收率，為達(dá)到最大收率，須控制最佳反應(yīng)時(shí)間。 現(xiàn)有反應(yīng)體積為 1m3 的活塞流反應(yīng)器兩個(gè)，擬用來(lái)分解濃度為。該反應(yīng)為一級(jí)不可逆反應(yīng)，并在 86℃等溫下進(jìn)行，此時(shí)反應(yīng)速率常數(shù)等于 。過(guò)氧化氫異丙苯溶液處理量為 。試計(jì)算下列各種情況下過(guò)氧化氫異丙苯溶液的轉(zhuǎn)化率。 （ 1） （ 1） 兩個(gè)反應(yīng)器串聯(lián)操作； （ 2） （ 2） 兩個(gè)反應(yīng)器并聯(lián)操作，且保持兩個(gè)反應(yīng)器的原料處理量相同，即均等于 m3/min； （ 3） （ 3） 兩個(gè)反應(yīng)器并聯(lián)操作，但兩者原料處理量之比為 1： 2，即一個(gè)為 m3/min，另一個(gè)則為 m3/min； （ 4） （ 4） 用一個(gè)反應(yīng)體積為 2 m3的活塞流反應(yīng)器替代； （ 5） （ 5） 若將過(guò)氧化氫異丙苯的濃度提高到 4 kmol/m3，其余條件保持不變，那么，上列各種情況的計(jì)算結(jié)果是否改變？相應(yīng)的苯酚產(chǎn)量是否改變？ （ 6） （ 6） 比較上列各項(xiàng)的計(jì)算結(jié)果并討論之，從中你得到哪些結(jié)論？ 解：（ 1）兩個(gè)反應(yīng)器串聯(lián)操作如圖示： 總反應(yīng)體積為： 111 2 0 0 00