化学反应工程作业

其中R是主产物，S是副产物。反应原料为纯的反应物A，其初始浓度为10kmol/m。在反应器出口A的转化率为80%。反应在连续搅拌釜中进行时，A转化为R的选择性、R的收率以及反应物的停留时间。 解：1）使用连续搅拌釜

3

∵ ?rA?r1?2r2 ∴ CA0?CA??(?rA)??(r1?2r2)

CR?CR0??r1

CR2CA1??2CA0?CA2CA?0.4CA1?0.2CACR?

∴

CA0?CACA0?A?1?0.2CA1?0.2(CA0?CA0?A)

3??0.8C?5.71kmol/mRA 当时，有

2(CA0?CA)0.2CA3CS??1.15kmol/m22CA?0.4CA

SR?CR5.71??4.965CS1.15 CRCR5.71???0.714CA0?CACA0?A10?0.8

?R? V恒定，停留时间与空时相等

K1K2??CR?CR05.71??1.43hr12?2

P(主)61. 已A知 的反应速率式分别为：

2?rA?(k1?k2CA)CA；rP?k1CA；rs?k2CA，且在反应的操作温度下k1=1.0，

S(副)k2/k1?1.5；CA0?5mol/l，CP0?CS0?0，要求反应流体的进料速率

为v0?5 m/h，出口转化率xA?0.9。试求用单一的全混流反应器

3

在等温下进行此反应时所能获得的产物P的浓度CP以及所需的反应容积V。 解：

(?P)m?rPk1CA?2?rAk1CA?k2CA

(?P)m?CP?CPCA0?CA

(CA0?CA)k11?(5?0.5)??2.57(mol/l)(k1?k2CA)1?1.5?0.5

2v0(CA0?CA)?V(?rA)?V(k1CA?k2CA)

V?v0(CA0?CA)5?4.5??25.7(m3)22k1CA?k2CA0.5?1.5?0.5

62.环氧乙烷在450℃的气相分解反应如下：C2H4O（g）→ CH4（g）

+ CO（g）已知在此反应

温度下反应的速率常数为0.0212min，反应在恒温恒容反应器

中完成，初始时原料为纯的

环氧乙烷，初始压力为2.026×10Pa，试求在反应时间为50min

时反应器的总压力。

-1

5

-1

解：由k=0.0212min可知该反应为一级反应

PA?exp??kt?PA0

t时反应物分压为PA

C2H4O（g）→ CH4（g） + CO（g） PA0 0 0 PA PA0-PA PA0-PA 总压Pt?PA?2(PA0?PA)

2PA0?PtPt?exp(?kt)?2?exp(?kt)PPA0∴即A0

当t=50min时

Pt?PA0[2?exp(?kt)]?3.35?105Pa

63.醋酸在高温下可分解为乙烯酮和水，而副反应生成甲烷和二氧化碳：

k1k2CH3COOH???CH2?CO?H2O CH3COOH???CH4?CO2

已知在1）

?1?1k?4.65s,k?3.74s2916℃时1，试计算：

99%的醋酸反应掉的时

间； 2）

转化成乙烯酮的选择性。

解：设在时间t时乙烯酮和甲烷的浓度分别为x和y，初始为CA0，则

dx?k1(CA0?x?y)dt dy?k2(CA0?x?y)dt

在此反应条件下醋酸

d(x?y)?(k1?k2)(CA0?x?y)相加得 dt d(x?y)?(k1?k2)dt将其积分CA0?(x?y)

ln 1）

CA0?(k1?k2)tCA0?(x?y)

当转化率为99%时

x?y?0.99CA0

t?11ln?0.549s4.65?3.741?0.99

2）

xk14.65??yk23.74

x?0.549CA0 y?0.441CA0

S?0.549CA0?55.4%0.441CA0

64.在1000K于恒温恒压反应器中进行下述分解反应：

RCH2OH(g)?RCHO(g)?H2(g)

反应速率常数0.082 l/mol·min，初始时含纯的RCH2OH，其初始压力为2.026×10Pa，求 1）

所需时间； 2）

20%所需的时间。

解： RCH2OH(g)?RCHO(g)?H2(g) A B C t=0 nA0 0 0 t=t nA0-x x x

RCH2OH的浓度降低将20%的RCH2OH分解

5

n总?nA0?x

由k可知该反应为二级反应

2nAdx2?kCA?k2VdtV

理想气体

V?n总RTP