化學反應工程第三章答案

1、3釜式反應器釜式反應器3.13.1在等溫間歇反應器中進行乙酸乙酯皂化反應：在等溫間歇反應器中進行乙酸乙酯皂化反應：325325???CHCOOCHNaOHCHCOONaCHOH該反應對乙酸乙酯及氫氧化鈉均為一級。反應開始時乙酸乙酯及氫氧化鈉的濃該反應對乙酸乙酯及氫氧化鈉均為一級。反應開始時乙酸乙酯及氫氧化鈉的濃度均為度均為0.02moll0.02moll，反應速率常數(shù)等于，反應速率常數(shù)等于5.6lmol.min5.6lmol.min。要

2、求最終轉化率達到。要求最終轉化率達到95%95%。試問：試問：（1）（1）當反應器的反應體積為當反應器的反應體積為1m1m3時，需要多長的反應時間？時，需要多長的反應時間？（2）（2）若反應器的反應體積為若反應器的反應體積為2m2m3，，所需的反應時間又是多少？，所需的反應時間又是多少？解：（解：（1）00222000001()(1)110.95169.6min(2.83)5.60.0210.95??????????????AfAfXX

3、AAAAAAAAAAAdXdXXtCCRkCXkCXh(2)(2)因為間歇反應器的反應時間與反應器的大小無關，所以反應時間仍為因為間歇反應器的反應時間與反應器的大小無關，所以反應時間仍為2.83h2.83h。3.23.2擬在等溫間歇反應器中進行氯乙醇的皂化反應：擬在等溫間歇反應器中進行氯乙醇的皂化反應：223222????CHClCHOHNaHCOCHOHCHOHNaClCO以生產乙二醇，產量為以生產乙二醇，產量為20㎏h20㎏h，使用

4、，使用15%15%（重量）的（重量）的NaHCONaHCO3水溶液及水溶液及30%30%（重（重量）的氯乙醇水溶液作原料，反應器裝料中氯乙醇和碳酸氫鈉的摩爾比為量）的氯乙醇水溶液作原料，反應器裝料中氯乙醇和碳酸氫鈉的摩爾比為1：1，混合液的比重為，混合液的比重為1.021.02。該反應對氯乙醇和碳酸氫鈉均為一級，在反應溫。該反應對氯乙醇和碳酸氫鈉均為一級，在反應溫度下反應速率常數(shù)等于度下反應速率常數(shù)等于5.2lmol.h5.2lmol.

5、h，要求轉化率達到，要求轉化率達到95%95%。（1）（1）若輔助時間為若輔助時間為0.5h0.5h，試計算反應器的有效體積；，試計算反應器的有效體積；（2）（2）若裝填系數(shù)取若裝填系數(shù)取0.750.75，試計算反應器的實際體積。，試計算反應器的實際體積。解：氯乙醇，碳酸氫鈉，和乙二醇的分子量分別為解：氯乙醇，碳酸氫鈉，和乙二醇的分子量分別為80.58480.584和62kgkmol62kgkmol每小時產乙二醇：小時產乙二醇：2062

6、=0.32262062=0.3226kmolhkmolh每小時需氯乙醇：每小時需氯乙醇：0.326680.591.110.9530%???kgh每小時需碳酸氫鈉：每小時需碳酸氫鈉：0.326684190.20.9515%???kgh原料體積流量：原料體積流量：091.11190.2275.81.02???Qlh氯乙醇初始濃度：氯乙醇初始濃度：00.326610001.2310.95275.8????ACmoll反應時間：反應時間：020

7、00110.952.968(1)5.21.23110.95??????????AfAfXXAAAABAAdXdXtChkCCkCX反應體積：反應體積：0()275.8(2.9680.5)956.5??????rVQttl（2）（2）反應器的實際體積：反應器的實際體積：956.512750.75???rVVlf的熱效應等于的熱效應等于4000kJkmol4000kJkmol。反應開始時溶液不含。反應開始時溶液不含R，組分，組分A和B的濃度

8、均等的濃度均等于0.04kmolm0.04kmolm3，反應混合物的平均熱容按，反應混合物的平均熱容按4.102kJm4.102kJm3.K.K計算。反應開始時反計算。反應開始時反應混合物的溫度為應混合物的溫度為50℃50℃。（1）（1）試計算試計算A的轉化率達的轉化率達85%85%時所需的反應時間及此時的反應溫度。時所需的反應時間及此時的反應溫度。（2）（2）如果要求全部反應物都轉化為產物如果要求全部反應物都轉化為產物R，是否可能？為

9、什么？，是否可能？為什么？解：解：(1)(1)??00000.04(4000)()()32332339.014.102????????????ArAAAAFCHTTXXXXC0000014220()91.32110001.110exp()(1)32339.01????????????AfAfXXAAAAAABAAAAAdXdXtCCRkCCdXChCXX（由數(shù)值積分得出）（由數(shù)值積分得出）32339.010.85356.2????TK(

10、2)(2)若A全部轉化為全部轉化為RR即XA=1.0=1.0則由上面的積分式知，則由上面的積分式知，t→∝t→∝這顯然是不可能這顯然是不可能的。的。3.53.5在間歇反應器中進行液相反應：在間歇反應器中進行液相反應：12??????AABDCBABCrkCCCBDrkCCA的初始濃度為的初始濃度為0.1kmolm0.1kmolm3CC，D的初始濃度為零，的初始濃度為零，B過量，反應時間為過量，反應時間為t1時，時，CA=0.055kmo

11、lm=0.055kmolm3，CC=0.038=0.038kmolmkmolm3，而反應時間為，而反應時間為t2時，時，CA=0.01=0.01kmolmkmolm3，CC=0.042kmolm=0.042kmolm3，試求：，試求：（1）k2kk1（2）產物產物C的最大濃度；的最大濃度；（3）對應對應C的最大濃度時的最大濃度時A的轉化率。的轉化率。解：解：(1)(1)因為因為B過量，所以：過量，所以：1212??????AADCCAD