3 釜式反应器(4)

Vr1?Q0CA0XA11.5kC1.5(1?X)A0A1Q0CA0(XA2?XA1)Vr2?1.5kC1.5A0(1?XA2)

由于Vr1?Vr2，所以由上二式得：

XA1(XA2?XA1)?(1?XA1)1.5(1?XA2)1.5

将XA2=0.95代入上式，化简后得到XA1=0.8245，所以：

Q0CA0XA13Vr1??2.379m1.5kC1.5(1?X)A0A1

串联系统总体积为：Vr?2Vr1?4.758m3

3V?18.03m（3） （3） 此时的情况同（1），即r

3.15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?RrA?k1CA22R?DrD?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：

XA?0.80,CA?CA0(1?XA)?0.02kmol/m3CR???402k1CA?2k2CR即为：

2100CA?CR?0.08?0CR?0.02372kmol/m3YR?CR0.02372??0.2372CA00.1

CA0XAXA?k1CA0(1?XA)0.1(1?XA)

3.16在全混流反应器中等温进行下列液相反应：

22A?BrB?k1CA?k2CBk3A?C???DrD?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

Q0?WA360?0.69?0.25FA0???0.8871kmol/hMA70CA0?FC0FA00.8871?1000??2.46mol/lQ0360Q0?WC360?0.69?0.05???0.1774kmol/hMC700.1774?1000?0.4929mol/l360 CA0XA??22(k1CA?k2CB)?k3CACC

（1）

CB??2k1CA?k2CB

（2）

CC0?CC??k3CACC

（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，

CA0?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

CD0.2312YD???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)(C)(M)(H)（1）

k2C6H5Cl?Cl2???C6H4Cl2?HCl

(M)(C)(D)(H)

（2）

k3C6H4Cl2?Cl2???C6H3Cl3?HCl(C)(T)(H)

（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 解：B0 (D)分别列出组分B,M,D,T,C的物料衡算式： C?CBCB0B:??B0,CB?k1CBCC1?CC (1)

8CBCCCMM:??,CM?k1CBCC?k2CMCC8?CC (2)

30CCCMCDD:??,CD?k2CCCM?k3CDCC240?CC (3)

T:??

CT1,CT?CCCDk3CCCD30 (4)

C:CC?CC0?CM?2CD?3CT (5)

由（5）式得：

8CC60CCCM11.4CB0?CC?CM?2CD?3CT?CC?BC??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：

CM8CBCC8CB0CC??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?3562C?9232CC?26880?0 CCC整理得：

解得：CC=0.908 kmol/m3

10?2.301kmol/m31?3.345代入（1）式得： 8?2.301?3.345CM??5.427kmol/m38?3.345代入（7）式得： 30?3.345?5.427CD??2.238kmol/m3240?3.345代入（8）式得： 1CT??3.345?2.238?0.0312kmol/m330代入（4）式得：

验证：1.4CB0?CC?CM?2CD?3CT

CB?14.0?14.0 即：1.4?10?3.345?5.427?2?2.238?3?0.0312

3．18 根据例题3.12中规定的条件和给定数据，使用图解法分析此反应条件下是否存在多定态点？如果为了提高顺丁烯二酸酐的转化率，使原料以0.001 m3/s的流速连续进入反应器，其它条件不变，试讨论定态问题，在什么情况下出现三个定态点？是否可能实现？

解：由例3.11,3.12知：

?RA?kCACB?1.37?1012exp(?12628/T)CACBkmol/m3.sT0?326K,Q0?0.01m3/h,Vr?2.65m3CA0?4.55kmol/m3,CB0?5.34kmol/m3?Hr??33.5kJ/mol??33.5?103kJ/kmol?Cpt?1980kJ/m3.K移热速率（1）

放热速率方程：

qg?(??Hr)(?RA)Vr?33.5?103?1.37?1012exp(?12628/T)CA0(1?XA)(CB0?CA0XA)?2.65

程

：

方

qr?Q0?Cpt(T?T0)?19.8(T?326)

（2）

绝热操（3）

由（3）式得：

XA?

作方程：

T?T0?CA0(??Hr)XA?Cpt

?CptCA0(??Hr)(T?T0)（4） （4） （4） 代入（2）式得：

???Cptqg?33.5?10?1.37?10exp(?12628/T)CA0?1?(T?T0)?C(??H)?A0r???312

???Cpt15?42C?(T?T)?B00??2.65?553.3?10exp(?12628/T)(128.8?0.6291T?7.677?10T)(??Hr)???? （5）

由（1）式及（5）式作图得： T 326 330 340 350 360 362.5 qg 365 367.5 370 44.1 63.87 149.7 314.8 586.7 670.8 756.8 851.8 942.1 由上图可知，此反应条件下存在着两个定态点。如果为了提高顺丁烯二酸酐的转化率，使Q0=0.001m3/s,而保持其它条件不变，则这时的移热速率线如q’r所示。由图可知，q’r与qg线无交点，即没有定态

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