反应工程试卷2

一．一均相反应A?R，其动力学方程式为(?RA)?kCAmol/l.min，

?1k?1min其中，要求最终转化率xAf?90%。若反应分别在等体

积的间歇反应器、平推流反应器和全混流反应器中在相同的条件下等温进行，已知间歇反应器的辅助时间为10min。求：（1）这三种反应器生产强度之比值；（2）在间歇反应器中，生产强度最大时的最佳反应时间及此时的转化率。 解：（1）

BR:t?CA0?xAf0dxA1?-ln(1?xAf)?2.3min(?RA)knA0xAfVrCA0xAfnRFR????0.073VrCA0t?t0t?t0t?t0VrPFR:???2.3minQ0FR?FA0xAf?Q0CA0xAf?Vr?CA0xAf?0.39VrCA0CA0xAfVrCSTR:????9minQ0kCA0(1?xAf)FR?FA0xAf?Q0CA0xAf?Vr

?CA0xAf?0.1VrCA0?(FR)BR:(FR)PFR:(FR)CSTR?0.073:0.39:0.1（2）

nA0xAfVrCA0xAfVrCA0(1?e?t)nR(FR)????t?t0t?t0t?t0t?t0

1?e令J?t?t0?tdJe?t(10?t)?(1?e?t)??0?t?2.6min2dt(10?t) xAf?1?e?t?0.926二．一台全混流反应器，其反应体积为5m3，拟在等温下进行下列液相反应：

A?B?P(主反应） 2A?Q(副反应）rP?1.6CAkmo/ml3.h2rQ?0.2CAkmo/ml3.h

每小时处理A和B的混合液体积为10m3，其中

CA0?2kmol/m浓度。 解：

3。求反应器出口处P的总选择性及A、P、Q的

(?RA)?rP?2rQRP1.6CA4SP???2(?RA)1.6CA?0.4CA4?CAVrCA0?CACA0?CA????2Q0(?RA)1.6CA?0.4CA52?CA4 3???CA?1kmol/m,SP?2101.6CA?0.4CA5VrCPCP5??????CP?0.8kmol/m3Q0RP1.6CA10

CQVrCQ53??????C?0.1kmol/mQ2 Q0RQ0.2CA10三．某二级不可逆液相反应A+B→P，已知CA0 ＝CB0，在间歇反应器中达到xAf=0.99时，需反应时间10min。问：

（1）在全混流釜式反应器中进行时，所需的空时为多少？

（2）在两个串联的全混流釜式反应器中进行，当第一釜的出口转化率达50％时，所需的总空时又为多少？ 解：

t?CA0?xAf0dXA11xAf1???9922kCA0(1?xA)kCA01?xA0kCA0?10min?kCA0?9.90.99(1)????1000min222kCA0(1?xAf)9.9?(1?0.99)CA0xAf0.50.99?0.5(2)????495.15min 22kCA0(1?0.5)kCA0(1?0.99)四．现有一台2m3的全混流反应器，进行液相一级不可逆反应：

A???2R，当处理量Q0＝1m3/h时，出口转化率达80%。现在原反

应器后串联一只反应器，反应温度相同。若为了使处理量增加一倍，则问：

（1）串联一只全混流反应器，总出口转化率仍为80％，该反应体积为多大？

（2）若串联一只2 m3的活塞流反应器，总出口转化率可达多少？

解：

Vr?Q0CA0?k?xAf?xA0kCA0(1?xAf)?2h?1?Q0xAfk(1?xAf)Q0xAfVr(1?xAf)'Q0xA1kVr1(1)Vr1??xA1??2/3'k(1?xA1)kVr1?Q0Vr2?'Q0(xAf?xA1)k(1?xAf)xAf?2/3m3

'xAfQdx'0A(2)Vr2?Q0CA0???ln(1?xA)?2xA1kC(1?x)xA1kA0A?xAf?0.955五．在一等温平行反应S和转化率xAA???RA???D ，R为目的产物，已知R瞬时选择性

2S?0.6?2x?5x的关系为：AA，当S＝0.5时终止反

应。试计算：

（1）在PFR中进行反应时R的总收率 （2）在CSTR中进行反应时R的总收率

（3）在两个串联的CSTR中进行，当第一釜的出口转化率为多少时，才能使总收率达到最大？此最大总收率为多少？ 解：

2S?0.6?2xAf?5xAf?0.5?xAf?0.445(1)YPf??

0.4450SdxA??0.4450(0.6?2xA?5x)dxA?0.3182A(2)YPf?0.5?0.445?0.2225

(3)YPf?(0.6?2xA1?5x)xA1?0.5?(0.445?xA1)dYPfdxA1?0?xA1?0.29,YPf?0.298

2A1六. 一级反应A→P，进料温度为150℃，活化能为83.684kJ/mol 。在PFR中等温进行该反应，反应器体积为VP，如改为CSTR在相同温度下操作，其体积为VM，为达到同样的转化率90％，则VM／VP之值应如何？若PFR的操作温度不变，转化率仍为90％，为使VM／VP＝1，CSTR的反应温度应如何变化？

Q01解：对PFR,n?1 ：VP?lnkP1-xAQ0CA0xAQ0xA 对CSTR，n?1 ： VM??kMCA0(1-xA)kM(1-xA)xA0.9VM(1-xA)(1?0.9) (1) ???3.9091VPln1ln1-xA1?0.9VMQ01Q0xA（ 2）＝1， ln＝ VPkP1-xAkM(1-xA)

1ln?E?11??kP1-xA?＝＝exp??-???xAkM?R?TMTP??

(1-xA)

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