题目
在一个体积为300L的反应器中86℃等温下将浓度为3.2kmol/m3的过氧化氢异丙苯溶液分解;C6H5C(CH3)2COH→CH3COCH3+C6H5OH生产苯酚和丙酮。该反应为一级反应,反应温度下反应速率常数等于0.08s-1,最终转化率达98.9%,试计算苯酚的产量。(1)如果这个反应器是间歇操作反应器,并设辅助操作时间为15min;(2)如果是全混流反应器;(3)试比较上两问的计算结果。
在一个体积为300L的反应器中86℃等温下将浓度为3.2kmol/m3的过氧化氢异丙苯溶液分解;
C6H5C(CH3)2COH→CH3COCH3+C6H5OH
生产苯酚和丙酮。该反应为一级反应,反应温度下反应速率常数等于0.08s-1,最终转化率达98.9%,试计算苯酚的产量。(1)如果这个反应器是间歇操作反应器,并设辅助操作时间为15min;
(2)如果是全混流反应器;(3)试比较上两问的计算结果。
题目解答
答案
答:(1)等温恒容单一反应动力学方程式——一级不可逆反应P10公式(2—8)
t=CA00XAfdXA(-RA)=CA00XAfdXAkA0CA0(1-XA)=1kln11-XA
=10.08ln11-0.989=56.37s=0.94min
Vr=Q(t+t)= Q(0.94+15)=300L Q=300/15.94=18.82L/min公式2-50、2-51
苯酚浓度C苯酚=CA0XA=3.2×0.989=3.165kmol/L
苯酚产量QC苯酚=18.82×3.165=59.56mol/min=335.9kg/h
(2)全混流反应器
Vr=Q0CA0XAfkCA0(1-XA)=Q0XAfk(1-XA)
Q0=Vrk(1-XA)XAf=300×0.08(1-0.989)0.989=0.2669L/s=16.02L/min
苯酚产量QC苯酚=16.02×32×0.989=50.69mol/min=285.9kg/h
(3)说明全混釜的产量小于间歇釜的产量,这是由于全混釜中反应物浓度低,反应速度慢的原因。(或返辊情况不同)
解析
步骤 1：间歇操作反应器的计算
对于一级反应，反应速率常数k=0.08s^-1，最终转化率XA=0.989。根据一级反应的等温恒容动力学方程，反应时间t可以通过以下公式计算：
t = 1/k * ln(1/(1-XA))
步骤 2：计算反应时间
将k和XA的值代入上述公式，计算反应时间t。
步骤 3：计算反应器的体积流率
反应器的体积流率Q可以通过反应器体积Vr和反应时间t以及辅助操作时间t'计算得到。
步骤 4：计算苯酚的产量
苯酚的产量可以通过反应器的体积流率Q和苯酚的浓度C苯酚计算得到。
步骤 5：全混流反应器的计算
对于全混流反应器，反应器的体积流率Q可以通过反应器体积Vr、反应速率常数k、最终转化率XA和反应器的体积Vr计算得到。
步骤 6：计算苯酚的产量
苯酚的产量可以通过反应器的体积流率Q和苯酚的浓度C苯酚计算得到。
步骤 7：比较两种反应器的产量
比较间歇操作反应器和全混流反应器的苯酚产量，分析原因。
对于一级反应，反应速率常数k=0.08s^-1，最终转化率XA=0.989。根据一级反应的等温恒容动力学方程，反应时间t可以通过以下公式计算：
t = 1/k * ln(1/(1-XA))
步骤 2：计算反应时间
将k和XA的值代入上述公式，计算反应时间t。
步骤 3：计算反应器的体积流率
反应器的体积流率Q可以通过反应器体积Vr和反应时间t以及辅助操作时间t'计算得到。
步骤 4：计算苯酚的产量
苯酚的产量可以通过反应器的体积流率Q和苯酚的浓度C苯酚计算得到。
步骤 5：全混流反应器的计算
对于全混流反应器，反应器的体积流率Q可以通过反应器体积Vr、反应速率常数k、最终转化率XA和反应器的体积Vr计算得到。
步骤 6：计算苯酚的产量
苯酚的产量可以通过反应器的体积流率Q和苯酚的浓度C苯酚计算得到。
步骤 7：比较两种反应器的产量
比较间歇操作反应器和全混流反应器的苯酚产量，分析原因。