. 22 在反应体积为 1 m3 的釜式反应器中,环氧丙烷的甲醇溶液与水反应生 产丙二醇 -1 ,2: 该反应对环氧丙烷为一级,反应温度下反应速率常数等于,原料液中环氧丙烷 的浓度为 m3, 环氧丙烷的最终转化率为 90%。(1)若采用间歇操作,辅助时间为 ,则丙二醇 -1 ,2的日产量是多少? (2)有人建议改在定态下连续操作,其余条件不变,则丙二醇 -1 ,2 的日产量又是多少?(3)为什么这两种操作方式的产量会有不同? 解:( 1) ( 1) 一级不可逆反应: 所以 Q0=h 丙二醇的浓度 = 丙二醇的产量 =(2) 采用定态下连续操作 所以 Q0=h丙二醇的产量 =( 3)因连续釜在低的反应物浓度下操作,反映速率慢,故产量低3.23 根据习题所规定的反应和数据,并假定反应过程中溶液密度恒定且 等于 1.02g/cm 3,平均热容为 ,忽略反应热随温度的变化, 且为-2231kJ/kg 乌洛托 品,反应物料入口温度为 25℃。问:( 1) ( 1) 绝热温升是多少?若采用绝热操作能否使转化率达到 80%?操作温度为多少?( 2) ( 2) 在 100℃下等温操作,换热速率为多少? 解:(1)绝热升温: 由物料衡算式(见解答) : 由热量衡算式得: T=298+。 联立求解可得: XA=>, T= 可见,绝热操作时转化率可以达到 80%。(2)T0=298K,在 T=373K下等温操作,由物料衡算式可求出转化率:所以有: XA=由()式可得物系与环境交换的热量:由上式知 TC>T,说明应向反应器供热3.24 某车间采用连续釜式反应器进行已二酸和已二醇的缩聚反应,以生 产醇酸树酯。在正常操作条件下(反应速度,进出口流量等) ,已二酸的转化率 可达 80%。某班从分析知,转化率下降到 70%,检查发现釜底料液出口法兰处漏 料,经抢修后,温度流量均保持正常操作条件。但转化率仍不能提高,试分析 其原因。如何使转化率提高到 80%? 解:根据上述情况,可能是反应器的搅拌系统有些问题,导致反应器内部存在 死区或部分物料走了短路,这些均可导致反应器的效率降低,从而使转化率下 降。

考查要点：
本题主要考查一级不可逆反应在间歇反应器和连续定态反应器中的产量计算，以及两种操作方式产量差异的分析。
解题核心思路：

1. 间歇操作：根据一级反应的转化率公式计算反应时间，结合反应器体积和时间计算日产量。
2. 连续操作：利用定态条件下的反应速率与流量关系，直接计算日产量。
3. 产量差异：理解连续操作中反应物浓度较低导致反应速率下降，从而影响总产量。

第（1）题

关键公式：
对于一级不可逆反应，转化率 $X$ 与时间 $t$ 的关系为：
$t = \frac{1}{k} \ln\left(\frac{1}{1-X}\right)$
日产量计算公式为：
$\text{日产量} = \frac{V}{t + t_{\text{辅助}}} \cdot C_0 \cdot X$

步骤：

1. 计算反应时间：
   代入 $k=0.5 \, \text{h}^{-1}$，$X=0.9$，得：
   $t = \frac{1}{0.5} \ln\left(\frac{1}{1-0.9}\right) = 2 \ln(10) \approx 4.605 \, \text{h}$
2. 计算总时间：
   总时间 $t_{\text{总}} = t + t_{\text{辅助}} = 4.605 + 0.5 = 5.105 \, \text{h}$。
3. 计算日产量：
   $\text{日产量} = \frac{1 \, \text{m}^3}{5.105 \, \text{h}} \cdot 1000 \, \text{kg/m}^3 \cdot 0.9 \approx 176.2 \, \text{kg/h}$

第（2）题

关键公式：
连续定态操作下，反应速率与流量关系为：
$Q_0 = \frac{k V C_0}{1}$
日产量为：
$\text{日产量} = Q_0 \cdot 24 \, \text{h}$

步骤：

1. 计算流量 $Q_0$：
   $Q_0 = 0.5 \, \text{h}^{-1} \cdot 1 \, \text{m}^3 \cdot 1000 \, \text{kg/m}^3 = 500 \, \text{kg/h}$
2. 计算日产量：
   $\text{日产量} = 500 \, \text{kg/h} \cdot 24 \, \text{h} = 12,000 \, \text{kg/day}$

第（3）题

关键分析：
连续操作中，反应物浓度始终接近进料浓度，导致反应速率较低，且反应器需维持定态流量，因此总产量低于间歇操作。