化学反应工程第三章答案.doc

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1、3釜式反应器3.1在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应：该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级。反应开始时乙酸乙酯及氢氧化钠的浓度均为0.02mol/l，反应速率常数等于5.6l/mol.min。要求最终转化率达到95%。试问：（1）（1）  当反应器的反应体积为1m3时，需要多长的反应时间？（2）（2）  若反应器的反应体积为2m3，，所需的反应时间又是多少？解：（1）(2)因为间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关，所以反应时间仍为2.83h。 3.2拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应：以生产乙二醇，

2、产量为20㎏/h，使用15%（重量）的NaHCO3水溶液及30%（重量）的氯乙醇水溶液作原料，反应器装料中氯乙醇和碳酸氢钠的摩尔比为1：1，混合液的比重为1.02。该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为一级，在反应温度下反应速率常数等于5.2l/mol.h，要求转化率达到95%。（1）（1）  若辅助时间为0.5h，试计算反应器的有效体积；（2）（2）  若装填系数取0.75，试计算反应器的实际体积。解：氯乙醇，碳酸氢钠，和乙二醇的分子量分别为80.5,84和62kg/kmol,每小时产乙二醇：20/62=0.3226

3、kmol/h每小时需氯乙醇：每小时需碳酸氢钠：原料体积流量：氯乙醇初始浓度：反应时间：反应体积：（2）（2）  反应器的实际体积： 3.3丙酸钠与盐酸的反应：为二级可逆反应（对丙酸钠和盐酸均为一级），在实验室中用间歇反应器于50℃等温下进行该反应的实验。反应开始时两反应物的摩尔比为1，为了确定反应进行的程度，在不同的反应时间下取出10ml反应液用0.515N的NaOH溶液滴定，以确定未反应盐酸浓度。不同反应时间下，NaOH溶液用量如下表所示：时间，min010203050∝NaOH用量，ml52.232.12

4、3.518.914.410.5现拟用与实验室反应条件相同的间歇反应器生产丙酸，产量为500kg/h，且丙酸钠的转化率要达到平衡转化率的90%。试计算反应器的反应体积。假定（1）原料装入以及加热至反应温度（50℃）所需的时间为20min，且在加热过程中不进行反应；（2）卸料及清洗时间为10min；（3）反应过程中反应物密度恒定。解：用A,B,R,S分别表示反应方程式中的四种物质，利用当量关系可求出任一时刻盐酸的浓度（也就是丙酸钠的浓度，因为其计量比和投量比均为1：1）为：于是可求出A的平衡转化率：现以丙酸浓度对

5、时间作图： 由上图，当CA=0.0515×14.7mol/l时，所对应的反应时间为48min。由于在同样条件下，间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关，所以该生产规模反应器的反应时间也是48min。丙酸的产量为：500kg/h=112.6mol/min。所需丙酸钠的量为:112.6/0.72=156.4mol/min。原料处理量为：反应器体积：实际反应体积： 3.4在间歇反应器中，在绝热条件下进行液相反应：其反应速率方程为：式中组分A及B的浓度CA及CB以kmol/m3为单位，温度T的单位为K。该反应的热效应

6、等于-4000kJ/kmol。反应开始时溶液不含R，组分A和B的浓度均等于0.04kmol/m3，反应混合物的平均热容按4.102kJ/m3.K计算。反应开始时反应混合物的温度为50℃。（1）（1）  试计算A的转化率达85%时所需的反应时间及此时的反应温度。（2）（2）  如果要求全部反应物都转化为产物R，是否可能？为什么？解：(1)（由数值积分得出）(2)若A全部转化为R,即XA=1.0,则由上面的积分式知，t→∝,这显然是不可能的。 3.5在间歇反应器中进行液相反应：A的初始浓度为0.1kmol/m3,

7、C，D的初始浓度为零，B过量，反应时间为t1时，CA=0.055kmol/m3，CC=0.038kmol/m3，而反应时间为t2时，CA=0.01kmol/m3，CC=0.042kmol/m3，试求：（1）  k2/k1;（2）产物C的最大浓度；（3）  对应C的最大浓度时A的转化率。解：(1)因为B过量，所以：恒容时：（A）(B)（B）式除以（A）式得：解此微分方程得：　　　　　　　　　　　　（C）将t1,CA,CC及t2,CA,CC数据代入（C）式化简得：解之得：(2)先求出最大转化率:(3)产物C的最大

8、收率：产物C的最大浓度： 3.6在等温间歇反应器中进行液相反应初始的反应物料中不含A2和A3，A1的浓度为2mol/l，在反应温度下k1=4.0min-1,k2=3.6min-1,k3=1.5min-1。试求:（1）（1）  反应时间为1.0min时，反应物系的组成。（2）（2）  反应时间无限延长时，反应物系的组成。（3）（3）  将上述反应改为反应时间无限延长时，反应物系的组成。解：根据题中给的