化工原理習題及答案釜式反應(yīng)器(編輯修改稿)
2025-02-11 01:40 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 （3）在反應(yīng)時間（t=,為方便起見取t ≈） m3的A均速加入反應(yīng)器內(nèi)，故采用間歇釜操作時，原料為A與B的混合物，A的濃度為2kmol/ ，且，故可算出原料A的濃度為：由于：代入（1），（2）式則得如下一階非線性微分方程組： （4） （5）初始條件：t=0,CA=0,CR=0可用龍格庫塔法進行數(shù)值求解。取步長△t=，直至求至t=。用t=：式中VA為所加入的A的體積，且VA=。CA0為所加入的A的濃度，且CA0=7kmol/m3；V為反應(yīng)結(jié)束時物系的體積，V=。同理可以計算出R的收率：：,流量為4m3/h,要求A的最終轉(zhuǎn)化率為90%，試問：（1） （1） 總反應(yīng)體積的最小值是多少？（2） （2） 此時目的產(chǎn)物B的收率是多少？（3） （3） 如優(yōu)化目標函數(shù)改為B的收率最大，最終轉(zhuǎn)化率為多少？此時總反應(yīng)體積最小值是多少？解：（1）對上式求dVr/dXA1=0可得：將XA2=，則解之得XA1=所以總反應(yīng)體積的最小值為(2)即解得CB1= kmol/m3同理解得CB2= kmol/m3B的收率：(3)目標函數(shù)改為B的收率，這時的計算步驟如下：對于第i個釜，組分A,B的衡算方程分別為：對A: 對B: 當i=1時， （1） （2）當i=2時， （3） （4）由（1）式解出CA1代入（2）式可解出CB1。 由（1）式解出CA1代入（3）式可解出CA2。將CB1及CA2代入（4）式可解出CB2,其為τ1,τ2的函數(shù)，即 （5）式中CA0為常數(shù)。由題意，欲使CB2最大，則需對上述二元函數(shù)求極值:聯(lián)立上述兩個方程可以求出τ1及τ2。題中已給出Q0,故由可求出CB2最大時反應(yīng)器系統(tǒng)的總體積。將τ1,τ2代入（5）式即可求出B的最高濃度，,τ2代入CA2，則由XA2=(CA0CA2)/CA0可求出最終轉(zhuǎn)化率。：式中（A）NH3,(B)—HCHO,反應(yīng)速率方程為：式中。,，反應(yīng)溫度可取為36℃，假設(shè)該系統(tǒng)密度恒定，試求氨的轉(zhuǎn)化率XA及反應(yīng)器出口物料中氨和甲醛的濃度CA及CB。解：即得：整理得：解得：XAf=反應(yīng)器出口A,B得濃度分別為：，反應(yīng)溫度為100℃，104l/,逆反應(yīng)（酯的水解）104 l/。反應(yīng)混合物的密度為864kg/m3,欲使醋酸的轉(zhuǎn)化率達60%，求此串聯(lián)系統(tǒng)釜的數(shù)目。解：等體積的多釜串聯(lián)系統(tǒng)A,B,C,D分別代表乙酸，乙酸乙酯和水。由計量關(guān)系得：從已知條件計算出：將上述數(shù)據(jù)代入（A）式，化簡后得到：若i=1,則（B）式變?yōu)椋航庵茫喝鬷=2,則（B）式變?yōu)椋航庵茫喝鬷=3,則（B）式變?yōu)椋航庵茫杭矗喝?lián)能滿足要求。，由醋酸和丁醇反應(yīng)可制得醋酸丁酯。倉庫里閑置著兩臺反應(yīng)釜，一臺的反應(yīng)體積為3m3,另一臺則為1m3。現(xiàn)擬將它們用來生產(chǎn)醋酸丁酯，初步?jīng)Q定采用等溫連續(xù)操作，丁酯則大量過剩，該反應(yīng)對醋酸為2級，要求醋酸的最終轉(zhuǎn)化率不小于50%，這兩臺反應(yīng)釜可視為全混反應(yīng)器，你認為采用怎樣的串聯(lián)方式醋酸丁酯的產(chǎn)量最大？為什么？試計算你所選用的方案得到的醋酸丁酯產(chǎn)量。如果進行的反應(yīng)是一級反應(yīng)，這兩臺反應(yīng)器的串聯(lián)方式又應(yīng)如何？解：因為反應(yīng)級數(shù)大于1，所以聯(lián)立方式應(yīng)當是小釜在前，大釜在后才能使醋酸丁酯產(chǎn)量最大。現(xiàn)進行計算：二式聯(lián)立化簡后得到：（將XA2=）解之得：XA1=醋酸丁酯產(chǎn)量=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:聯(lián)立二式，且將XA2=，化簡后得到:解得：XA1=所以有：醋酸丁酯產(chǎn)量=(2)大反應(yīng)器在前，小反應(yīng)器在后:解得XA1=所以有：產(chǎn)量同前。說明對此一級反應(yīng)，連接方式?jīng)]有影響。：。，A的濃
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