题目
在等温间歇釜式反应器中进行下列反应 A+B→P rP=2cA [kmol/(m3·h)] 2A→Q _(s)=0.5(C)_(A)^2 [kmol/(m3·h)] 反应开始时A和B的浓度均为2kmol/m3,目的产物为P,试计算反应时间为3h时A的转化率和P的收率。
在等温间歇釜式反应器中进行下列反应
A+B→P rP=2cA [kmol/(m3·h)]
2A→Q [kmol/(m3·h)]
反应开始时A和B的浓度均为2kmol/m3,目的产物为P,试计算反应时间为3h时A的转化率和P的收率。
题目解答
答案
解析
步骤 1:确定反应速率方程
根据题目给出的反应速率方程,我们有:
- 对于反应 A + B → P,反应速率 ${r}_{P} = 2{C}_{A}$ [kmol/(m3·h)]
- 对于反应 2A → Q,反应速率 ${r}_{Q} = 0.5{C}_{A}^{2}$ [kmol/(m3·h)]
步骤 2:计算A的总消耗速率
A的总消耗速率 ${r}_{A}$ 是两个反应速率的和,即:
${r}_{A} = {r}_{P} + 2{r}_{Q} = 2{C}_{A} + 2 \times 0.5{C}_{A}^{2} = 2{C}_{A} + {C}_{A}^{2}$
步骤 3:建立A的物料衡算方程
在恒容条件下,组分A的物料衡算方程为:
$-d{C}_{A}/dt = {r}_{A} = 2{C}_{A} + {C}_{A}^{2}$
步骤 4:求解物料衡算方程
对上述方程进行积分,得到:
$t = \dfrac {1}{2}\ln \dfrac {{C}_{AO}(2+{C}_{A})}{{C}_{A}(2+{C}_{AO})}$
代入已知条件 ${C}_{AO} = 2$ kmol/m3 和 t = 3 h,求解 ${C}_{A}$。
步骤 5:计算A的转化率
A的转化率 ${x}_{A}$ 为:
${x}_{A} = \dfrac {{C}_{AO} - {C}_{A}}{{C}_{AO}}$
步骤 6:计算P的收率
P的收率 ${Y}_{P}$ 为:
${Y}_{P} = \dfrac {{C}_{P}}{{C}_{AO} - {C}_{A}}$
其中 ${C}_{P}$ 为P的浓度,可以通过反应速率方程 ${r}_{P} = 2{C}_{A}$ 求得。
根据题目给出的反应速率方程,我们有:
- 对于反应 A + B → P,反应速率 ${r}_{P} = 2{C}_{A}$ [kmol/(m3·h)]
- 对于反应 2A → Q,反应速率 ${r}_{Q} = 0.5{C}_{A}^{2}$ [kmol/(m3·h)]
步骤 2:计算A的总消耗速率
A的总消耗速率 ${r}_{A}$ 是两个反应速率的和,即:
${r}_{A} = {r}_{P} + 2{r}_{Q} = 2{C}_{A} + 2 \times 0.5{C}_{A}^{2} = 2{C}_{A} + {C}_{A}^{2}$
步骤 3:建立A的物料衡算方程
在恒容条件下,组分A的物料衡算方程为:
$-d{C}_{A}/dt = {r}_{A} = 2{C}_{A} + {C}_{A}^{2}$
步骤 4:求解物料衡算方程
对上述方程进行积分,得到:
$t = \dfrac {1}{2}\ln \dfrac {{C}_{AO}(2+{C}_{A})}{{C}_{A}(2+{C}_{AO})}$
代入已知条件 ${C}_{AO} = 2$ kmol/m3 和 t = 3 h,求解 ${C}_{A}$。
步骤 5:计算A的转化率
A的转化率 ${x}_{A}$ 为:
${x}_{A} = \dfrac {{C}_{AO} - {C}_{A}}{{C}_{AO}}$
步骤 6:计算P的收率
P的收率 ${Y}_{P}$ 为:
${Y}_{P} = \dfrac {{C}_{P}}{{C}_{AO} - {C}_{A}}$
其中 ${C}_{P}$ 为P的浓度,可以通过反应速率方程 ${r}_{P} = 2{C}_{A}$ 求得。