典型反应器练习题2

韩师化工期末复习题

典型反应器练习题2

1．

在间歇操作的理想搅拌釜式反应器中，用醋酸和丁醇生产醋酸丁酯，反应方程式为：

CH3COOH+C4H9OHCH3COOC4H9+H2O

反应物配比为：n (醋酸) ：n(丁醇)=1 ：4.97。假设反应前后物料密度不变，均为750 kg·m-3。当反应在373 K下进行，醋酸转化率达50％时需800 s，而加料、卸料、清洗等辅助时间为1200 s。现要求每天生产2400 kg醋酸丁酯，试计算反应釜的容积（装料系数=0.75）

2．

在全混流反应器中进行二级反应A—→R，反应速度方程为(-rA)=kc，转化率为

50％。若将反应器体积放大为原来的6倍，其它条件保持不变，试问转化率有何变化？

3．

某一均相液相反应A—→R，其动力学方程为：

(-rA)=kcA k=0.20 min-1

当该反应在一个间歇操作的理想搅拌釜式反应器中进行时，反应物A的起始浓度cA,0=4.0×103 mol·m-3，最终转化率xA＝90％。该反应器有效容积为1.0

3m，每天只能处理3釜料液。

（1）现拟将搅拌釜由间歇操作改为连续操作，并使之达到全混流，试问每

天处理物料液量将可增大多少倍？

（2）若改造后的全混流反应器，每天处理物料液量增大到36 m3，试问出口

转化率将发生多大变化？A的出口浓度将会多大

4．

在体积为5×10-3 m3的连续操作理想搅拌釜中进行不可逆液相反应：A—→2R，反应物以cA,0=1×103 kmol·m-3的浓度加入。此反应的反应速度方程为：

(-rA)=0.0036cA， mol·s-1·m-3试求：

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（1）若进料的体积流量为2×10-6 m3·s-1，则出口处R的浓度为多少？

（2）其它操作条件不变，反应改为在相同体积的活塞流管式反应器中进行，

要求产物R的出口浓度为1.5×103 mol·m-3，则进料的体积流量可达到多少？

5．

用全混流反应器进行拟一级不可逆反应—乙酸酐水解，其反应式为：

(CH3CO)2O+H2O—→2CH3COOH

在40 ℃时，反应速度常数k=6×10-3 s-1。若反应器的体积为1 m3，物料的初始体积流量为8×10-3 m3·s-1，试求：

（1）乙酸酐的转化率；

（2）若要使出口转化率增加1倍，其余条件不变，反应器的有效体积应为

原来的多少倍？

6．

在间歇操作的搅拌釜式反应器中进行等温反应A+B—→R，已知反应速度方程(-rA)=kcAcB,式中反应速度常数k=0.3 L·mol-1·min-1。假定反应过程中物料密度

不变。当A,B的初始浓度cA,0= cB,0=0.2 mol·L-1时，求反应150 min后反应物浓

度cA。

参考答案

1．需CH3COOH的量：

=4.79×10-4 kmol·s-1

总投料量：

4.79×10-4×60+4.79×10-4×4.97×74=0.20 kg·s-1

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qV,0==2.73×10-4 m3·s-1

V=2.73×10-4×(1800+1200)=0.82 m3

VR==1.09 m3

2．

kcA,0=

体积增加后，′=2 =6

kcA,0'=2×6=12

6 kcA,0==12

整理得：12xA'2-25xA'+12=0

xA'=0.75

3．（1）全混流反应器的日处理量

计算公式：

全混流反应器日处理量 (qV,0)CSTR=

=1.32 m3·h-1

=32 m3·d-1 间歇反应器日处理量 (qV,0)IBR=1.0×3=3.0 m3

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间歇釜改为连续釜后，日处理量增大倍数：

=9.7≈10倍

（2）全混流反应器日处理量为36 m3时

=0.667 h-1

xA ==0.89=89%

cA =

4．（1）对于全混流反应器

=4.44×102 mol·m-3

，即 cA,0 xA-(-rA)=0 其中=2.5×103 s

(-rA) =0.0036 cA=0.0036 cA,0 (1-xA ) 故cA,0 xA-0.0036 cA,0 (1-xA )=0

xA-0.0036×2.5×103(1-xA )=0

xA =0.9

即出口处R的浓度为2 cA,0 xA =1.8×103 mol·m-3

(2) 改为在活塞流管式反应器里进行 由=

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则= 根据出口处R的浓度为1.5×103 mol·m-3 则2 cA,0 xA =1.5×103 xA =0.75=75%

故qV,0==1.30×10-5 m3·s-1

5．（1）=125 s

xA==0.4286=42.86%

（2）==1000 s

V2= qV,0=8×10-3×1000=8 m3

=8即反应器的有效容积应增加为原来的8倍。

6．cA=cA,0(1-xA)

cB=cB,0-cA,0xA=cB,0-cB,0xA=cA,0(1-xA)

(-rA)=kcAcB=kcA2

对间歇釜中进行的二级反应，

t=

xA==0.9

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cA=cA,0(1-xA)=0.2×(1-0.9)=0.02 mol·l-1