题目
拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应 CH 2 ClCH 2 OH+NaHCO 3 →CH 2 OHCH 2 OH+NaCl+CO 2 以生产乙二醇，产量为20kg/h，使用15%(质量分数)的NaHCO 3 水溶液及30%(质量分数)的氯乙醇水溶液作原料，反应器装料中氯乙醇与碳酸氢钠的物质的量比为1:1，混合液的密度为1.02kg/L。该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为1级，在反应温度下反应速率常数等于5.2L/(mol·h)，要求转化率达到95%。
拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应 CH 2 ClCH 2 OH+NaHCO 3 →CH 2 OHCH 2 OH+NaCl+CO 2 以生产乙二醇，产量为20kg/h，使用15%(质量分数)的NaHCO 3 水溶液及30%(质量分数)的氯乙醇水溶液作原料，反应器装料中氯乙醇与碳酸氢钠的物质的量比为1:1，混合液的密度为1.02kg/L。该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为1级，在反应温度下反应速率常数等于5.2L/(mol·h)，要求转化率达到95%。
题目解答
答案
反应器的有效体积V r =956.5L。$反应器的实际体积V=1275L。
解析
步骤 1：确定反应物的摩尔质量
- 氯乙醇（CH₂ClCH₂OH）的摩尔质量为：12×2+1×5+35.5+16=74.5g/mol
- 碳酸氢钠（NaHCO₃）的摩尔质量为：23+1+12+16×3=84g/mol
步骤 2：计算每小时所需反应物的摩尔数
- 乙二醇的产量为20kg/h，即20000g/h
- 由于反应物与产物的摩尔比为1:1，所以每小时需要的氯乙醇和碳酸氢钠的摩尔数为：20000g/h ÷ 74.5g/mol = 268.46mol/h
步骤 3：计算反应器装料中氯乙醇和碳酸氢钠的质量
- 氯乙醇的质量为：268.46mol/h × 74.5g/mol = 20000g/h
- 碳酸氢钠的质量为：268.46mol/h × 84g/mol = 22500g/h
步骤 4：计算反应器装料中氯乙醇和碳酸氢钠的体积
- 氯乙醇的体积为：20000g/h ÷ 30% ÷ 1.02kg/L = 656.86L/h
- 碳酸氢钠的体积为：22500g/h ÷ 15% ÷ 1.02kg/L = 1480.39L/h
步骤 5：计算反应器的有效体积
- 由于反应器装料中氯乙醇与碳酸氢钠的物质的量比为1:1，所以反应器的有效体积为：656.86L/h + 1480.39L/h = 2137.25L/h
步骤 6：计算反应器的实际体积
- 由于反应转化率达到95%，所以反应器的实际体积为：2137.25L/h ÷ 95% = 2249.74L/h
- 氯乙醇（CH₂ClCH₂OH）的摩尔质量为：12×2+1×5+35.5+16=74.5g/mol
- 碳酸氢钠（NaHCO₃）的摩尔质量为：23+1+12+16×3=84g/mol
步骤 2：计算每小时所需反应物的摩尔数
- 乙二醇的产量为20kg/h，即20000g/h
- 由于反应物与产物的摩尔比为1:1，所以每小时需要的氯乙醇和碳酸氢钠的摩尔数为：20000g/h ÷ 74.5g/mol = 268.46mol/h
步骤 3：计算反应器装料中氯乙醇和碳酸氢钠的质量
- 氯乙醇的质量为：268.46mol/h × 74.5g/mol = 20000g/h
- 碳酸氢钠的质量为：268.46mol/h × 84g/mol = 22500g/h
步骤 4：计算反应器装料中氯乙醇和碳酸氢钠的体积
- 氯乙醇的体积为：20000g/h ÷ 30% ÷ 1.02kg/L = 656.86L/h
- 碳酸氢钠的体积为：22500g/h ÷ 15% ÷ 1.02kg/L = 1480.39L/h
步骤 5：计算反应器的有效体积
- 由于反应器装料中氯乙醇与碳酸氢钠的物质的量比为1:1，所以反应器的有效体积为：656.86L/h + 1480.39L/h = 2137.25L/h
步骤 6：计算反应器的实际体积
- 由于反应转化率达到95%，所以反应器的实际体积为：2137.25L/h ÷ 95% = 2249.74L/h