化学反应工程王承学课后答案第三章

3-1 在反应体积为3

1m 的间歇操作釜式反应器中，环氧丙烷的甲醇溶液与水反应生成丙二醇

32232COHCHOHCH

H →+O H COCHCH H

该反应对环氧丙烷为一级，反应温度下的速率常数为0.981

-h ，原料液中环

氧丙烷的浓度为 2.1kmol/3

m ，环氧丙烷的最终转化率为90%。若辅助时间为0.65h ，一天24h 连续生产，试求丙二醇的日产量为多少？ 解 3223

2COHCHOHCH

H →+O H COCHCH H

( A ) ( B )

一级反应

h x k C C k t Af Af A 35.29

.011ln 98.0111ln 1ln 10=-=-==

h m h m t t V v /3

1)65.035.2(13

300=+=+=

丙二醇日产量=Af A x C v 0024

=天/12.159.01.23

1

24kmol =⨯⨯⨯

kmol k /g 76M B

=

丙二醇日产量天/kg 2.111492.11576Q =⨯=

3-2一个含有A

和B 液体)/0.04m ol c /10.0c (B00

L L mol A ==、

以体积流量2L/min 流入容积V R =10L 的全混流反应器，物料在最佳的条件下进行反应A →2B+C 。已知由反应器流出的物料中含有A 、B 和C ，

L mol c Af /04.0=。试求：在反应器条件下，A 、B 和C 的反应速率？

解 空时

min 5min

/2100===L L

v V R τ

min

5/)04.01.0(00L mol C C r r C C Af

A Af Af

Af

A -=

-=

=-τ

τ

min /012.0•=L mol

min)/(024.02•==L mol r r Af Bf

min)

/(012.0•==L mol r r Af Cf

3-3 一个液相反应： A+B →R+S

其中，m in)

/(71

•=mol L k ，m in)/(32

•=mol L k 。

反应是在一个容积为120L 的稳态全混流反应器中进行的，两条加料线，一个保持2.8mol/L 反应物A 的加料浓度，另一个保持1.6mol/L 反应物B 的加料浓度，两条线分别以等体积速率进入反应器，要求指定组分转化率为75%。求每条线的加料流量？假设反应器密度为常数。 解

S R 1k

2

k +−−←+−

→−B A

因B 的浓度低，所以为指定组分，两条线混合后两组份的浓度各降一半，

因此，有：

%751x 0

0=-

=-=

B Bf B Bf

B Bf c c c c c

L mol c Bf

/2.0=

L mol X C C c Bf B A Af /8.075.08.04.100=⨯-=-=

因此，

S R 1k

2

k +−−←+−

→−B A 出口

初始 1.4 0.8 0 0 L mol c Af /8.0= 反应掉 0.6 0.6 生成 0.6 0.6 L mol c Bf

/2.0=

m in

/04.06.06.032.08.0721•=⨯⨯-⨯⨯=-=L mol c c k c c k r Sf

Rf Bf Af Bf

min 1504

.02.08.00=-=-=

Bf Bf

B r c c τ

总加料速率min /8min 151200L L V v R

===τ 每条线加料流量min /42

0'

0L v v ==

3-4 某液相二级反应

A+B →R+S ，其速率常数

)

/(92.93ks kmol m k •=，在全混流反应器中进行，

L mol c c B A /200==，要使出口A 的转化率达0.875。求

（1）在单个全混釜中进行，进料体积为

ks m /278.03

，求全混釜体积？ （2）当进料体积流量不变，用两个相等体积的釜串联，求全混釜总体积。

解 1. ks m v /278.03

= L mol x c c Af A Af /25.0)1(0=-= ，L mol c Bf /25.0=

ks c kc x c r c c Bf

Af Af A Af

Af

A 823.225

.092.9875

.02200=⨯⨯==

-=

τ 釜体积为 3

0785.0823.2278.0m

v V R =⨯==τ

2. 两釜串联 2

R

Ri V V =

2

20122

10121)1()1(A A A A A A A x kc x x x kc x --=-==ττ

875.02==Af A x x

725.01

=∴A x

ks x kc A A A 483.0)1(x 2

101

1=-=τ134

.0483.0278.00=⨯==i Ri v V τ

3268.0134.022m V V Ri R =⨯==

因此，采用两个等体积釜相串联，反应器的总体积减小近3倍。

3-5 在等温全混流釜式反应器中进行下列液相反应：

A+R →P （目的） )]/([23

h m kmol c r A p •= 2A →R ]/[5.03h m kmol c r A R •= 30

0/2m kmol c c B A == 试计算反应2h 时A 的转化率和产物P 的收率？ 解 A+R →P （目的） A p c r 2=

2A →R A R

c r 5.0=

A p R A c r r r 32=+= ，

1

3-=h k 143.01

231

11=+⨯=+=τk x Af

3

2

=

=A p

p r r S

%52.9143.03

2

=⨯==A p p x S Y

3-6 图解设计一个四釜等体积串联釜式反应器，0=A ε，A

初始浓度为

2mol/L ，要求转化率为80%，()m in /3•=L mol c r A A ，求每釜的空时i τ和

总反应空时。 解 图解法公式