聚合反应工程作业及答案

1. 请考虑化学反应, A ＋ B --- C ,该反应在全混流反应器中进行，反应温度为20℃，液料的体积流量为0.5m 3/h, CA 0=96.5mol/m 3, CB 0=184mol/m 3,催化剂的浓度C D =6.63mol/m 3。实验测得该反应的速度方程为： r A =kC A C D 式中k=1.15*10-3m3/(mol.s)。若要求A 的转化率为40%，试求反应器的体积。

解：设A 的转化率为x ，则有： 对于全混流反应器，应有：

2. 某二级液相反应A+B →C ，已知CA o =CB O ，在间歇反应器中达到x=0.99，需反应的时间为10min,问：

(1) 在全混流反应器中进行时，

应为多少？ (2) 在两个串联全混流反应器(反应体积相等)中进行时， 又是多少？ 解：在间歇反应器中，对二级反应

(1)

（１）在单个CSTR 中

(2)

(1)=(2) 则

(2) 两个CSTR 串联

CSTR-1:

min

10000

==V V R

m τD A A C x kC r )1(0-=D

D A A A A C x k x

C x kC x C r x x C )1()1()(0000-=-=-=

τh ks 28.244.87)

63.6)(4.01)(1015.1(40

.03

==-⨯=

-τ3

014.1228.245.0m V V R =⨯==τm τm τ0

009.9)99.01(1099.0)1(A A A C C x C x k =-=-=τ2

0)1(x kC x

A -=ττττ0

20209900

)99.01(99.0)1(A A A C C x C x k =-=-=1

2120100)1(R A A A A V x kC x C V -=

(3)

CSTR-1:

(4)

;

代入(3) ;

3 .试证明在间歇操作时，一级反应转化率达到 99.9%所需的时间约为转化率为50%时的10倍. 而在单釜连续操作时(设为理想操作),约为 999倍. .(1)间歇

dx/dt=k(1-x), t=1/k(ln(1/(1-x)) , 将 x1,x2 代入可得: t 2/t 1=10 (2)理想:

v 0*c 0=v 0*c 1+ r a V , t= x/k(1-x) , 代入 x 1,x 2 可得: t 2/t1=999

4．有一液相不可逆反应,反应速率方程为: -R A =KC A 2

,已知

20℃下:

K=10M 3

/kmol,C A0=0.2 kmol/ M 3

, 加料速度为 2 M 3

/小时,比较下列方案,何种

转化率最大. (1) V R = 4 M

3

时理想管式流动反应器.

(2) 理想管式流动反应器后串联一理想连续釜式反应器,体积各为2 M 3

(3) 理想连续釜式反应器后串联一理想管式流动反应器, 体积各为2 M 3

(4) 两段理想连续釜式反应器, 体积各为2 M 3

解:

1. 4M 3 , PFR

4

2()2

R

V h τν=

=

= , 由表2-13 得2

11

011)1(A Ao A R x kC x V V -=

=τ222201200)1()(R A A A A A V

x kC x x C V -=-2

21

2022)1(A Ao A A R x kC x

x V V --==τR R R V V V ==212200

21)1(A A R

A A x kC V V x x --

=6

.390

=V V R

min 2.796.3922

=⨯==V V R

τ

二级反应, PFR:

()1210*0.2

A A

x x -= , x A = 4/5=0.8 , C A = 0.04

2.

PFR----X Af ------CSTR--------X

第一步: 在PFR 中, 反应时间, 02

1()2R V h τν=== , ()1110*0.2

A A x x -= , 得到: X A =

0.667 , C A =0.2*(1-0.667)=0.0667 第二步: CSTR : 20(1)

A

A A x kC x τ=

- ; 2

110*0.2*(10.667)(1)A A x x =-- X A = 0.318 , C A =0.066*(1-0.318)=0.045 , 总转化率: X=(0.2-0.045)/0.2=0.775

3. CSTR…… X A………………PFR………….X (1) CSTR 20(1)A A A x kC x τ=

- ; 2

110*0.2*(1)

A

A x x =- ; X A =0.5 ; (2)PFR : ()1110*0.1

A A

x x -= X 2= 0.5 由此 : C A = 0.1*0.5 = 0.05

总转化率: X=(0.2-0.05)/0.2= 0.75

4. CSTR1……..C A1………..CSTR2……..C A2 (1 ) CSTR1: 20(1)A A A x kC x τ=

- ; 2

110*0.2*(1)A

A x x =- ; X A1=0.5

(2) CSTR2: 20(1)

A

A A x kC x τ=

- ; 2

110*0.1*(1)A A x x =- ; X A2=0.381 C A2= 0.1*(1-0.381)= 0.0618; 总转化率: X=(0.2-0.0618)/0.2= 0.691

0.8 (PFR, PFR) 0.775, (PFR, CSTR) 0.7(CSTR, PFR) , 0.691(CSTR,CSTR)