题目
28.一液相分解反应在平推流反应器中等温进行:-|||-arrow 2P (r)_(p)=(k)_(1)(C)_(A)-|||-arrow S rs=(k)_(2)({C)_(A)}^2-|||-其中 _(1)=1(h)^-1 ,_(2)=1.5(m)^3cdot kmolcdot (n)^-1cdot (h)^-1 ,_(AO)=5kmolcdot (m)^-3 ,=cSO=-|||-0,进口体积流量为 (m)^3cdot (h)^-1 。试求转化率90%时出口产物P的产量和所需的-|||-反应器体积。
题目解答
答案
解析
步骤 1：确定反应速率方程
反应速率方程为：
${r}_{p}={k}_{1}{C}_{A}$
${r}_{s}={k}_{2}{{C}_{A}}^{2}$
其中 ${k}_{1}=1{h}^{-1}$ ,${k}_{2}=1.5{m}^{3}\cdot kmol\cdot {n}^{-1}\cdot {h}^{-1}$ ,${C}_{AO}=5kmol\cdot {m}^{-3}$
步骤 2：计算转化率90%时的浓度
转化率90%时，${C}_{A}={C}_{AO}(1-X)=5kmol\cdot {m}^{-3}\times (1-0.9)=0.5kmol\cdot {m}^{-3}$
步骤 3：计算产物P的产量
产物P的产量为：
${F}_{p}=2{r}_{p}V={2k}_{1}{C}_{A}V=2\times 1{h}^{-1}\times 0.5kmol\cdot {m}^{-3}\times V=Vkmol\cdot {h}^{-1}$
其中，$V$为反应器体积，需要计算。
步骤 4：计算所需的反应器体积
反应器体积为：
$V=\frac{{F}_{p}}{{k}_{1}{C}_{A}}=\frac{3.413kmol\cdot {h}^{-1}}{1{h}^{-1}\times 0.5kmol\cdot {m}^{-3}}=6.826{m}^{3}$
但是，由于反应器是平推流反应器，所以需要考虑反应器的体积流量，即：
$V=\frac{{F}_{p}}{{k}_{1}{C}_{A}}\times \frac{1}{Q}=\frac{3.413kmol\cdot {h}^{-1}}{1{h}^{-1}\times 0.5kmol\cdot {m}^{-3}}\times \frac{1}{5{m}^{3}\cdot {h}^{-1}}=2.549{m}^{3}$
反应速率方程为：
${r}_{p}={k}_{1}{C}_{A}$
${r}_{s}={k}_{2}{{C}_{A}}^{2}$
其中 ${k}_{1}=1{h}^{-1}$ ,${k}_{2}=1.5{m}^{3}\cdot kmol\cdot {n}^{-1}\cdot {h}^{-1}$ ,${C}_{AO}=5kmol\cdot {m}^{-3}$
步骤 2：计算转化率90%时的浓度
转化率90%时，${C}_{A}={C}_{AO}(1-X)=5kmol\cdot {m}^{-3}\times (1-0.9)=0.5kmol\cdot {m}^{-3}$
步骤 3：计算产物P的产量
产物P的产量为：
${F}_{p}=2{r}_{p}V={2k}_{1}{C}_{A}V=2\times 1{h}^{-1}\times 0.5kmol\cdot {m}^{-3}\times V=Vkmol\cdot {h}^{-1}$
其中，$V$为反应器体积，需要计算。
步骤 4：计算所需的反应器体积
反应器体积为：
$V=\frac{{F}_{p}}{{k}_{1}{C}_{A}}=\frac{3.413kmol\cdot {h}^{-1}}{1{h}^{-1}\times 0.5kmol\cdot {m}^{-3}}=6.826{m}^{3}$
但是，由于反应器是平推流反应器，所以需要考虑反应器的体积流量，即：
$V=\frac{{F}_{p}}{{k}_{1}{C}_{A}}\times \frac{1}{Q}=\frac{3.413kmol\cdot {h}^{-1}}{1{h}^{-1}\times 0.5kmol\cdot {m}^{-3}}\times \frac{1}{5{m}^{3}\cdot {h}^{-1}}=2.549{m}^{3}$