如果进行的是一级反应,可进行如下计算: (1) (1) 小反应器在前,大反应器在后:
CA0XA1Vr11??Q0kCA0(1?XA1)Q0Vr2CA0(XA2?XA1)3??Q0kCA0(1?XA2)Q0
联立二式,且将XA2=0.5代入,化简后得到: 解得:XA1=0.1771
2XA1?3XA1?0.5?0
k(1?XA1)1.2(1?0.1771)Q0???5.576m3/hXA10.1771所以有:
kmol/h 醋酸丁酯产量=Q0CA0XA2?5.576?0.15?0.5?0.4182(2)大反应器在前,小反应器在后:
CA0xA1Vr13??Q0kCA0(1?xA1)Q0Vr2CA0(xA2?xA1)1??Q0kCA0(1?xA2)Q0
解得XA1=0.3924
Q0?所以有:
产量同前。说明对此一级反应,连接方式没有影响。
3k(1?XA1)3?1.2(1?0.3924)??5.575XA10.3924m3/h
3.14等温下进行1.5级液相不可逆反应:A?B?C。反应速率常数等于
5m1.5/kmol1.5.h,A的浓度为2kmol/m3的溶液进入反应装置的流量为1.5m3/h,试分别计算下列情况下A的转化率达95%时所需的反应体积:(1)全混流反应器;(2)两个等体积的全混流反应器串联;(3)保证总反应体积最小的前提下,两个全混流反应器串联。 解:(1)全混流反应器
Q0CA0XA1.5?2?0.95Vr???18.021.51.51.51.5kCA0(1?XA)5?2?(1?0.95)(2) (2) 两个等体积全混流反应器串联
m3
Vr1?Vr2?Q0CA0XA11.5kC1.5(1?X)A0A1Q0CA0(XA2?XA1)1.5kC1.5A0(1?XA2)
由于Vr1?Vr2,所以由上二式得:
将XA2=0.95代入上式,化简后得到XA1=0.8245,所以:
XA1(XA2?XA1)?(1?XA1)1.5(1?XA2)1.5 Q0CA0XA1Vr1??2.3791.51.5kCA0(1?XA1)m3
串联系统总体积为:Vr?2Vr1?4.758
m3
m3
(3) (3) 此时的情况同(1),即Vr?18.033.15原料以0.5m3/min的流量连续通入反应体积为20m3的全混流反应器,进行液相反应:
A?R2R?DrA?k1CA2rD?k2CR
CA,CR为组分A及R的浓度。rA为组分A的转化速率,rD为D的生成速率。原料中A的浓度等于0.1kmol/m3,反应温度下,k1=0.1min-1,k2=1.25m3/kmol.min,试计算反应器出口处A的转化率及R的收率。
解:
Vr2.0????40minQ00.5??所以:
CA0XAXA?k1CA0(1?XA)0.1(1?XA)
XA?0.80,CA?CA0(1?XA)?0.02kmol/m3CR???402k1CA?2k2CR即为:
2100CA?CR?0.08?0
CR?0.02372kmol/m3YR?CR0.02372??0.2372CA00.1
3.16在全混流反应器中等温进行下列液相反应:
2A?Bk3A?C???D2rB?k1CA?k2CBrD?k3CACC
进料速率为360l/h,其中含25%A,5%C(均按质量百分率计算),料液密度等于
0.69g/c m3。若出料中A的转化率为92%,试计算: (1) (1) 所需的反应体积;
(2) (2) B及D的收率。已知操作温度下,k1=6.85×10-5l/mol.s;
k2=1.296×10-9s-1;; k3=1.173×10-5l/mol.s ;B的分子量为140;D的分子量为140。
解:因MB=MD=140,所以MA=MC=70
FA0?CA0Q0?WA360?0.69?0.25??0.8871kmol/hMA70FA00.8871?1000???2.46mol/lQ0360Q0?WC360?0.69?0.05??0.1774kmol/hMC70FC0?CA0?0.1774?1000?0.4929mol/l360 CA0XA??22(k1CA?k2CB)?k3CACC (1) CB2k1CA?k2CB (2) C?CC??C0k3CACC (3)
??由(2),(3)式分别得:
2k1?CACB?1?k2? (4) CC0CC?1?k3?CA (5)
将(4),(5)式及上述数据代入(1)式,可整理为τ的代数方程式,解之得τ=3.831×105s=106.4h
3V??Q?106.4?360?38300l?38.30m0(1) (1) 反应体积r
(2) (2) 将τ代入(4)式得CB?1.016mol/l,所以B的收率为:
2CB2?1.016YB???82.60ê02.46
对A作物料衡算:CA0?CA?2CB?CD
所以有:
CD?CA0?CA?2CB?CA0XA?2CB?2.46?0.92?2?1.016?0.2312mol/l
C0.2312YD?D??9.40ê02.46所以D的收率为:
3.17 在CSTR中进行下述反应:
k1C6H6?Cl2???C6H5Cl?HCl(B)(M)(C)(C)(M)(D)(H) (1)
k2C6H5Cl?Cl2???C6H4Cl2?HCl(H) (2)
k3C6H4Cl2?Cl2???C6H3Cl3?HCl(C)(T)(H) (D) (3)
如果k1/k2=8, k2/k3=30,CB6=10.0mol/l,氯对苯的加料比=1.4,k1τ=1 l/mol,( τ为空时),试计算反应器出口B,M,D,T,C的浓度。各个反应对各反应物均为一级。
3C?10kmol/m,k1/k2?8,k2/k3?30,CC0/CB0?1.4,k1??1 B0解:
分别列出组分B,M,D,T,C的物料衡算式:
CB0?CBCB0B:??,CB?k1CBCC1?CC (1)
8CBCCCMM:??,CM?k1CBCC?k2CMCC8?CC (2) 30CCCMCDD:??,CD?k2CCCM?k3CDCC240?CC (3)
CT1T:??,CT?CCCDk3CCCD30 (4)
C:CC?CC0?CM?2CD?3CT (5)
由(5)式得:
1.4CB0?CC?CM?2CD?3CT?CC?8CBCC60CCCM1??CCCD8?CC240?CC10 (6)
联立(1),(2),(3),(4),(6)式(五个方程,五个未知数):
由(2)式得: 由(3)式得:
CM?8CBCC8CB0CC?8?CC(1?CC)(8?CC) (7)
230CCCM240CB0CCCD??240?CC(240?CC)(1?CC)(8?CC) (8)
将(1),(7),(8)式代入(6)得:
238CB0CC480CB0CC24CB0CC1.4CB0?CC???(1?CC)(8?CC)(240?CC)(1?CC)(8?CC)(240?CC)(1?CC)(8?CC)
432C?475C?3562CCC?9232CC?26880?0 整理得:C解得:CC=0.908 kmol/m3