化學(xué)反應(yīng)工程第三章答案

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

2、求最終轉(zhuǎn)化率達(dá)到。要求最終轉(zhuǎn)化率達(dá)到95%95%。試問：試問：（1）（1）當(dāng)反應(yīng)器的反應(yīng)體積為當(dāng)反應(yīng)器的反應(yīng)體積為1m1m3時(shí)，需要多長的反應(yīng)時(shí)間？時(shí)，需要多長的反應(yīng)時(shí)間？（2）（2）若反應(yīng)器的反應(yīng)體積為若反應(yīng)器的反應(yīng)體積為2m2m3，，所需的反應(yīng)時(shí)間又是多少？，所需的反應(yīng)時(shí)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?yàn)殚g歇反應(yīng)器的反應(yīng)時(shí)間與反應(yīng)器的大小無關(guān)，所以反應(yīng)時(shí)間仍為因?yàn)殚g歇反應(yīng)器的反應(yīng)時(shí)間與反應(yīng)器的大小無關(guān)，所以反應(yīng)時(shí)間仍為2.83h2.83h。3.23.2擬在等溫間歇反應(yīng)器中進(jìn)行氯乙醇的皂化反應(yīng)：擬在等溫間歇反應(yīng)器中進(jìn)行氯乙醇的皂化反應(yīng)：223222????CHClCHOHNaHCOCHOHCHOHNaClCO以生產(chǎn)乙二醇，產(chǎn)量為以生產(chǎn)乙二醇，產(chǎn)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(yīng)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(yīng)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(yīng)對(duì)氯乙醇和碳酸氫鈉均為一級(jí)，在反應(yīng)溫。該反應(yīng)對(duì)氯乙醇和碳酸氫鈉均為一級(jí)，在反應(yīng)溫度下反應(yīng)速率常數(shù)等于度下反應(yīng)速率常數(shù)等于5.2lmol.h5.2lmol.

5、h，要求轉(zhuǎn)化率達(dá)到，要求轉(zhuǎn)化率達(dá)到95%95%。（1）（1）若輔助時(shí)間為若輔助時(shí)間為0.5h0.5h，試計(jì)算反應(yīng)器的有效體積；，試計(jì)算反應(yīng)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(jì)算反應(yīng)器的實(shí)際體積。，試計(jì)算反應(yīng)器的實(shí)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(shí)產(chǎn)乙二醇：小時(shí)產(chǎn)乙二醇：2062

6、=0.32262062=0.3226kmolhkmolh每小時(shí)需氯乙醇：每小時(shí)需氯乙醇：0.326680.591.110.9530%???kgh每小時(shí)需碳酸氫鈉：每小時(shí)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(yīng)時(shí)間：反應(yīng)時(shí)間：020

7、00110.952.968(1)5.21.23110.95??????????AfAfXXAAAABAAdXdXtChkCCkCX反應(yīng)體積：反應(yīng)體積：0()275.8(2.9680.5)956.5??????rVQttl（2）（2）反應(yīng)器的實(shí)際體積：反應(yīng)器的實(shí)際體積：956.512750.75???rVVlf的熱效應(yīng)等于的熱效應(yīng)等于4000kJkmol4000kJkmol。反應(yīng)開始時(shí)溶液不含。反應(yīng)開始時(shí)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(yīng)混合物的平均熱容按，反應(yīng)混合物的平均熱容按4.102kJm4.102kJm3.K.K計(jì)算。反應(yīng)開始時(shí)反計(jì)算。反應(yīng)開始時(shí)反應(yīng)混合物的溫度為應(yīng)混合物的溫度為50℃50℃。（1）（1）試計(jì)算試計(jì)算A的轉(zhuǎn)化率達(dá)的轉(zhuǎn)化率達(dá)85%85%時(shí)所需的反應(yīng)時(shí)間及此時(shí)的反應(yīng)溫度。時(shí)所需的反應(yīng)時(shí)間及此時(shí)的反應(yīng)溫度。（2）（2）如果要求全部反應(yīng)物都轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物如果要求全部反應(yīng)物都轉(zhuǎn)化為產(chǎn)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(zhuǎn)化為全部轉(zhuǎn)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(yīng)器中進(jìn)行液相反應(yīng)：在間歇反應(yīng)器中進(jìn)行液相反應(yīng)：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(yīng)時(shí)間為過量，反應(yīng)時(shí)間為t1時(shí)，時(shí)，CA=0.055kmo

11、lm=0.055kmolm3，CC=0.038=0.038kmolmkmolm3，而反應(yīng)時(shí)間為，而反應(yīng)時(shí)間為t2時(shí)，時(shí)，CA=0.01=0.01kmolmkmolm3，CC=0.042kmolm=0.042kmolm3，試求：，試求：（1）k2kk1（2）產(chǎn)物產(chǎn)物C的最大濃度；的最大濃度；（3）對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)C的最大濃度時(shí)的最大濃度時(shí)A的轉(zhuǎn)化率。的轉(zhuǎn)化率。解：解：(1)(1)因?yàn)橐驗(yàn)锽過量，所以：過量，所以：1212??????AADCCAD