第三章理想流动均相反应器设计题解

第三章 理想流动均相反应器设计题解 1、[间歇反应器与全混釜恒容一级] 有一等温操作的间歇反应器进行某一级液相反应，13 分钟后,反应物转化了70%.今拟将此反应转至全混流反应器,按达到相同的转化率应保持多大的空速? 解:㏑CA0CA =kt, CA0 CACA0 =0.7 ， CA=0.3CA0 间歇釜中∴㏑0.3=－13k， k=0.0926 min-1 在全混釜中τ =VRV0 =CA0 XAk CA =0.70.3 0.0926=25.2 min-1 ∴空速S= 1 =125.2 =0.0397min-1 2、[平推流恒容一级] 有一个活塞流管式反应器于555K,0.3MPa压力下进行A→P气相反应,已知进料中含30%A(mol)，其余70%为惰性物料.加料流量为6.3mol/s.该反应的动力学方程为rA=0.27CA mol/m3·s,要求达到95%转化.试求⑴所需的空时? ⑵反应器容积? 解: τP = VRV0 = 1k ㏑CA0CA = 1k ㏑PA0PA = 1k ㏑A0Ayy= 1k ㏑11Ax=10.27 ㏑11 0.95=11.1 S ∴VR =τP·v0=τP00AAFC 而 CA0=0APRT =3 0.30.082 555=0.0198mol/L=19.8mol/m3 VR=11.1s×36.3/19.8/mol smol m =3.53m3 3、[平推流变容过程一级] 有一纯丙烷裂解反应方程式为C3H8→C2H4+CH4.该反应在772℃等温条件下进行,其动力学方程式为-dPA/dt=kPA,忽略存在的副反应,并已知k=0.4h-1 反应过程保持恒压0.1MPa. 772℃和 0.1MPa下的体积进料量为800L/h,求转化率为0.5时所需的平推流反应器的体积. 解: εA= 2 12 =0.5 kτP=－(1＋εA)㏑(1-ΧA)- εAΧAf 0.4τP=－(1+0.5)㏑(1-0.5)-0.5×0.5 ∴τP= 1.5ln2 0.250.4=1.974h VR=τPv 0=1.974×800=1579L=1.579 m3 4、[间歇釜变容一级] 一级气相反应A→2R+S ,在等温等压间歇实验反应器中进行,原料中含75%A(mol),25%(mol)惰性气体,经 8分钟后,其体积增加一倍.求此时达到了多大的转化率? 速率常数多大? 解: 膨胀因子 δA=3-11 =2 膨胀率 εA=y A0δA=0.75×2=1.5 对应转化率XA的反应体积 V=V0(1＋εAΧA) 所以，ΧA=VV0A1 =2-11.5 =66.7% K=1t ㏑11Ax=18 ㏑11 0.667=0.0735 min-1 5、[全混流恒容二级反应] 在全混流反应器中进行液相均相二级反应:A+B→C,在298K下的动力学方程式为rA=0.6CACB mol/(L.min),该反应的进料速率为ν0 =0.018m3/min.A,B 的初始浓度相同,均为0.1mol/L,要求出口的转化率为90%,求需多大的全混釜? 解: R0Vv= A0AfACxr= A0AfABCxkC C = A02AfACxkC=A0220 (1)AfAAfCxkCx=τm τm =20.90....