师范类《化工基础》课件 化学反应工程基础习题解答

,*,*,化工基础,College of Chemistry & Materials,第七章习题,下册P,19,：4，6,下册P,44,：3，4，7，9，11,9/17/2024,1,4.,乙烷进行热裂解，其活化能为75kJ/mol，问923K时的分解速率比773K时的快多少倍？(设指前因子A为常数)。,解：,根据,不同温度下的速率常数之比为：,即923K时的分解速率比773K时快倍。,9/17/2024,2,6.,设某反应的速率方程式为r,A,=0.85c,A,2,，其单位为kmol.m,-3,.s,-1,。当A的初始浓度分别为(1)1kmol.m,-3,；(2)5kmol.m,-3,，若要求A的残余浓度为0.01kmol.m,-3,，问各需要多少时间？当r,A,=0.05c,A,2,时，又如何？,解：二级反响的浓度与反响时间的关系为：,速率常数为时：,c,A0,-3,时,c,A0,-3,时,速率常数为时：,计算说明：当最终浓度很小时，反响时间与初始浓度的关系不大。,9/17/2024,3,3.,在间歇搅拌釜式反应器中，用醋酸和丁醇生产醋酸丁酯，反应方程式为：,其反应物的配比为：n(醋酸)：n(丁醇)=1：4.97。假设反应物的密度在反应前后不变，均为750kg.m,-3,， 反应在373K时进行，转化率达50%时需34.5min，而加料、卸料、清洗等辅助时间为30min，现要求每天生产2400kg醋酸丁酯（分离损失不计），试计算反应釜的容积（,=0.85）。,解：,醋酸、丁醇、醋酸丁酯的摩尔质量分别为60、74、 116。含1mol醋酸的初始溶液的体积为：,那么醋酸的初始浓度为：,9/17/2024,4,处理物料的流量为：,反响体积为：,实际的反响器容积为：,9/17/2024,5,4.,在平推流反应器中进行等温液相反应：A+BP，反应系二级反应，速率方程式为r,A,=kc,A,c,B,。在反应进行温度下反应速率常数k=0.9710,-3,m,3,.kmol,-1,.min,-1,。c,A,=c,B,=4kmol.m,-3,。当反应物的体积流量q,v,=0.171m,3,.h,-1,时，试问：（1）要使反应物A的转化率x,A,=80%时，平推流反应器的有效容积为多少？（2）当其他条件不变时，x,A,为90%时，它的有效容积为多少？（3）当反应物A和B的初始浓度c,A0,=c,B0,=8kmol.m,-3,。而x,A,仍为80%时，它的有效容积为多少？,解：,按二级反响在平推流反响器内的空间时间计算式有：,其中,9/17/2024,6,c,A0,=c,B0,=4，x,A,时：,c,A0,=c,B0,=4，x,A,时：,c,A0,=c,B0,=8，x,A,时：,9/17/2024,7,7.,在某全混流反应器中进行均相液相反应：AP，其动力学方程为r,A,=kc,A,2,，转化率为50%。（1）如果反应器体积为原来的6倍，其他保持不变，则转化率为多少？（2）如果体积相同，换成平推流反应器，其他保持不变，则转化率为多少？,解：,在全混流反响器中进行的二级反响，其反响体积为：,反响器体积变为原来的6倍时，其转化率为xA，那么有,两式相比：,9/17/2024,8,设换成相同体积的平推流反应器时，转化率为,，则有：,与全混流反响器的计算相比为：,解得：,解得：,9/17/2024,9,9.,醋酐按下式水解为醋酸：(CH,3,CO),2,O+H,2,O2CH,3,COOH。根据实验测定，反应为一级反应：r,A,=kc,A,。在288K时，反应速度常数k=0.0806min,-1,；在313K时， k=0.380min,-1,。现设计一全混流反应器，每天处理的溶液量为14.4m,3,，进料的醋酐初始浓度c,A0,=0.095kmol.m,-3,，试问：,(1) 当醋酐转化率x,A,=80%时，反应温度为288K，反应器的容积为多少？,(2) 当温度提高到313K，反应器的容积取(1)所得容积时，醋酐转化率为多少？,(3) 当反应温度为288K，而醋酐转化率为90%时，反应器的容积应为多少？,(4) 改用平推流反应器，在288K时， x,A,为80%、90%时反应器容积各为多少？,(5) 288K时，选用等容积的两釜串联，x,A,为90%时，求每釜容积及总容积。,9/17/2024,10,解：,(1) 全混流反响器中：288K，xA时,醋酐水解为一级反响。物料的体积流量为：,(2) 上述全混流反响器中：313K时,解得：,(3) 全混流反响器中：288K，xA时,9/17/2024,11,(4) 平推流反响器中：288K， xA、 xA时,x,A,：,x,A,：,(5) 两个等容釜串联：288K， x,A2,时,解得：,9/17/2024,12,每釜体积为：,总反响体积为：,9/17/2024,13,11.,在四个串联反应釜中进行醋酐水解反应，反应系一级反应，各釜温度如下表：,釜号 1 2 3 4,T(K) 283 288 298 313,k(min,-1,) 0.0567 0.0806 0.158 0.380,各釜容积为0.80m,3,，进料醋酐浓度c,A0,=4.5kmol.m,-3,，进料量为0.1m,3,.min,-1,，求：,(1) 各釜的出口浓度为多少？,(2) 如果各釜温度都保持在288K，则用0.80m,3,的反应器需要几个？（与(1)出口浓度相同）。,解：,各釜容积相同，那么其空间时间都相同，为：,9/17/2024,14,根据多釜串联计算式,，各釜出口浓度分别为：,9/17/2024,15,假设都在288K时反响，那么,9/17/2024,16,