化学反应工程-期中考试-答案-_精品文档资料下载.pdf
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且P与B极难分离。
(1)反应开始时,B的浓度为多少有利于获得目的产物?
(2)按
(1)所确定的原料浓度,计算A的转化率达到0.9时所需反应时间及此时P的收率。
解
(1)瞬时选择性s=()=122+22=11+根据产物P瞬时选择性表达式,B的浓度越大,A的浓度越小,越有利于获得产物P,但考虑到产物P和反应物B极难分离,所以B的浓度不能太大。
综合上述因素,应按照主反应中各组分的计量系数比进料,也就是0=0=2.0/3
(2)当=0.9时,因为反应是在间歇釜式反应器中进行,根据设计方程分布对于反应物A和B进行物料衡算,对于Addt=2+22ddt=2dd=2+222=+Y=0=00天津大学试卷专用纸学院化工学院专业班年级学号姓名共4页第2页二、(25分)在某催化剂上进行气固相催化反应B2+AR该反应按如下机理步骤进行:
B2+22BB+ARRR+其中,B2在催化剂上的吸附为弱吸附,R的脱附为速率控制步骤。
(1)根据上述机理推导速率方程;
(2)在操作压力P下进行等温反应,反应进料中A与B为等摩尔进料,且不含产物R。
当B的转化率为BX时,将推导得到的反应速率方程变换为BX的函数。
解:
(1)因为R的脱附为速率控制步骤所以r=另外22=0=0=+=1+=1=1+1r=()=()+1因为B为弱吸附,所以1=()+1
(2)y0=0.5B2+AR0=1111=1y=y0y0x1+y00x=0.5(1x)10.5xy=y0y0x1+y00x=0.5(1x)10.5xy=0.5x10.5xp=0yp=0yp=0y带入r的表达式。
天津大学试卷专用纸学院化工学院专业班年级学号姓名共4页第3页三、(25分)在一个有效容积为100L的全混流反应器中进行液相反应A+2BP反应动力学方程为:
=1221.5/()采用两股等体积流量的反应流股进料,一股含A3.0mol/L,另一股进料中含B1.0mol/L。
若使B的转化率达到60%。
试计算:
(1)每股进料的流量应为多少?
(2)在不改变有效反应体积,各流股进料组成及原料总体积流量的前提下,若提高B的转化率,你认为可以采取哪些措施?
简要说明理由,列出必要的计算关系式。
(1)=1221.5=12(00/2)02
(1)2-1.50/2=12(1.50.5/2)0.52
(1)2-1.50.5/2=12(1.50.50.6/2)0.52(10.6)2-1.50.50.6/2=0.6480.225=0.423=00()=00.50.620.423=0.3550=1000=1000.355=281.6/=140.8/
(2)在不改变Vr,Q0,以及CA0的前提下,出口转化率提高,可以采取的措施有提高反应温度,改变反应器的操作方式等等。
天津大学试卷专用纸学院化工学院专业班年级学号姓名共4页第4页四、(25分)在全混流反应器中进行液相反应:
A+BP,该反应对A和B均为一级反应,反应速率常数为:
Tk/2200exp2510,m3/(kmol.h),30的原料液流量为4m3/h,其中A和B的浓度分别为1.0和2.4kmol/m3,要求A的最终转化率为85,30下的反应热为320rHKJ/mol,反应混合物的平均热容为1800kJ/(m3.K),计算:
(1)若反应系在绝热条件下进行,求釜内反应温度及反应体积;
(2)若要维持反应温度为65,此时需要的反应体积为多少?
(3)为使反应能在65下进行,需要换热装置,此时换热设备是供热还是取出热量,热负荷为多少?
解
(1)=0()0=177.8T=T0+0()0=(273+30)+1100032018000.85=454k=f(454K)=2510exp(2200454)=19.73m3/(kmol.h)=00()=410.8519.731(10.85)(2.410.85)=0.743
(2)k=f(273+65)=2510exp(2200338)=3.74m3/(kmol.h)=00()=410.853.741(10.85)(2.410.85)=3.93(3)反应放热:
00()0=3201000410.85=1088103kJ物系温升0(0)=41800(6530)=252103kJ与外界的热量交换为q=1088103252103=836103
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