化学反应工程作业

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1、由环氧乙烷水合反应间歇反应器数据确定反应动力学方程式。将500ml浓度为2kmol/m-3的环氧乙烷水溶液与500ml含0.9%（质量分数）硫酸的水溶液混合，在55℃下进行反应，测得乙二醇浓度随反应时间的变化数据如表例1所示。由这些数据确定55℃的反应速率常数。由于水通常是过量存在，故认为在反应过程中，水的浓度是一个常数。反应对环氧乙烷来说是一级。表1乙二醇浓度随时间变化数据时间/min00.51.01.52.03.04.06.010.0乙二醇浓度kmol/m-30.0000.1450.2700.3760.4760.6100.7150.84

2、80.975该反应为：（CH2）2O+H2OHOCH2-CH2OHA+BC这一反应是等温液相反应，可以认为是恒容过程，设计计算式为tr=—由于水是大大过量的，在任意时刻水的浓度可以认为与初始浓度相同，所以速率方程与水的浓度无关，故速率方程为：-rA=kcA故速率方程与设计方程结合并积分，得到：—rA=—=kcAln=kt环氧乙烷在任意时刻的浓度cA为：cA=cA0e-kt在任意时刻乙二醇的浓度能由反应计量方程获得，反应消失的环氧乙烷就是生成的乙二醇：cC=cA0-cA=cA0(1-e-kt)将上式重新排列，两边取对数得到：ln=—kt从上式

3、可看到，以ln对t作图，将得到一条直线，其斜率是（-k）。表2列出了与t的关系，然后以半对数坐标对t作图，如果图1所示，图中的斜率等于（-k）表2（与t的关系时间t/min00.51.01.52.03.04.06.010.0（1.0000.8550.7300.6240.5330.3900.2850.1520.043在图中直线上任取两点，可以计算出线的斜率k=0.311min-1反应的速率方程为—rA=0.311cA可以用此方程设计反应器。（3）设计计算过程对于给定的的生产任务，即单位时间处理的原料量FA(kmol/h)以及原料的组成cA0(

4、kmol/m3)达到产品要求xAf及辅助生产时间t’,动力学方程等，均做给定的条件。设计计算过程是求出间歇反应器的体积过程。步骤如下。（1）由式tr=ca0计算反应时间tr（2）计算一批料所需时间tt:tt=tr+t’其中t’为辅助生产时间。（3）计算每批投放物料总量F’A=FA·tr式中，F’A的单位为kmol.(4)计算反应器有效容积V’R=或V’R=V0(tr+t’)（5）计算反应器总体积VR。反应器总体积应包括有效容积，分离空间，辅助部件占有体积。通常有效体积占总体积分率为60%-85%，该分率成为反应器填充系数，有生产实际决定。V

5、R=(4)核算计算过程a.当已知一间歇反应器大小VR,以及原料组成cA0,产品组成cAf,反应速率方程（-rA）,辅助生产时间及填装系数，求能否满足处理量或产量的要求，步骤如下：（1）由cA0和cAf,计算相应的xAf:恒容过程cAf=cA0（1-xAf）(2)求trtr=cA0（3）求一批料所需时间tttt=tr+t’(4)看处理量FA=cA0,看是否满足要求。b.当已知VR、cA0、（—rA）、t’、FA、时求出出口组成cA能否满足要求。其步骤如下：1、求单位时间处理的体积：V0=2、求每批料所允许的时间tt:tt=3、求相应的允许反应

6、时间：tr=tt-t’4、求cAf由tr=ca0=—求出cAf。5、将计算出的cAf与生产任务要求的cAf相比较，若计算出的cAf小于生产任务要求的cAf，则可认为该反应器能满足要求。二、用原子矩阵法确定下列反应系统的独立反应数体系有CO、CO2、H2、H2O、CH3OH、CH3OCH3矩阵秩为3，而反应组分为6，则独立反应数为3以H2O、CH3OH、CH3OCH3为关键组分V1=,V2=,V3==0自上述方程可解得；V11=1，V12=-1，V13=-3，V21=-1，V22=0，V23=1，V31=-1，V32=-2，V33=-3于是，

7、可写出一组独立方程；CO2＋H2＝CO＋H2O2H2＋CO＝CH3OH3CO＋3H2＝CH3OCH3＋CO2