题目
6-4 在间歇反应釜中,用醋酸和丁醇生产醋酸丁酯,反应方程式为:-|||-(H)_(3)COOH+(C)_(4)(H)_(9)OHxrightarrow ({H)_(2)S(O)_(4)}C(H)_(3)COO(C)_(4)(H)_(4)+(H)_(2)O-|||-反应物配比为醋酸:丁醇 =1:4.97 物质的量比)。假设物料密度在反应前后不变,均为 .75kg/L, 反应-|||-在373K进行,当转化率达50%需34.5 min,而加料、出料、清洗等辅助时间为30 min。现要求每天生产-|||-2400kg醋酸丁酯(分离损失不计),试计算反应器的总容积( varphi =0.85
题目解答
答案
解析
步骤 1：计算醋酸丁酯的摩尔质量
醋酸丁酯的分子式为 $C{H}_{3}COO{C}_{4}{H}_{9}$，其摩尔质量为：
$M_{醋酸丁酯} = 12 \times 8 + 1 \times 10 + 16 \times 2 = 130 g/mol$
步骤 2：计算每天需要的醋酸丁酯的摩尔数
每天需要的醋酸丁酯的质量为 2400 kg，因此其摩尔数为：
$n_{醋酸丁酯} = \frac{2400 \times 1000}{130} = 18461.54 mol$
步骤 3：计算每天需要的反应时间
反应时间加上辅助时间，即为每天的总时间。每天的总时间为：
$T_{总} = 24 \times 60 = 1440 min$
反应时间加上辅助时间，即为每天的总时间。每天的总时间为：
$T_{反应} = 34.5 min$
$T_{辅助} = 30 min$
$T_{总} = T_{反应} + T_{辅助} = 34.5 + 30 = 64.5 min$
每天的反应次数为：
$N_{反应} = \frac{1440}{64.5} = 22.32$
步骤 4：计算每次反应需要的醋酸丁酯的摩尔数
每次反应需要的醋酸丁酯的摩尔数为：
$n_{每次} = \frac{18461.54}{22.32} = 827.21 mol$
步骤 5：计算每次反应需要的醋酸和丁醇的摩尔数
根据反应物配比为醋酸:丁醇 = 1:4.97，每次反应需要的醋酸和丁醇的摩尔数为：
$n_{醋酸} = \frac{827.21}{1 + 4.97} = 149.98 mol$
$n_{丁醇} = 149.98 \times 4.97 = 747.23 mol$
步骤 6：计算每次反应需要的醋酸和丁醇的质量
每次反应需要的醋酸和丁醇的质量为：
$m_{醋酸} = 149.98 \times 60 = 8998.8 g = 8.999 kg$
$m_{丁醇} = 747.23 \times 74 = 55296.22 g = 55.296 kg$
步骤 7：计算每次反应需要的醋酸和丁醇的体积
每次反应需要的醋酸和丁醇的体积为：
$V_{醋酸} = \frac{8.999}{0.75} = 12.00 L$
$V_{丁醇} = \frac{55.296}{0.75} = 73.73 L$
步骤 8：计算反应器的总容积
反应器的总容积为：
$V_{总} = \frac{12.00 + 73.73}{0.85} = 1243.6 L$
醋酸丁酯的分子式为 $C{H}_{3}COO{C}_{4}{H}_{9}$，其摩尔质量为：
$M_{醋酸丁酯} = 12 \times 8 + 1 \times 10 + 16 \times 2 = 130 g/mol$
步骤 2：计算每天需要的醋酸丁酯的摩尔数
每天需要的醋酸丁酯的质量为 2400 kg，因此其摩尔数为：
$n_{醋酸丁酯} = \frac{2400 \times 1000}{130} = 18461.54 mol$
步骤 3：计算每天需要的反应时间
反应时间加上辅助时间，即为每天的总时间。每天的总时间为：
$T_{总} = 24 \times 60 = 1440 min$
反应时间加上辅助时间，即为每天的总时间。每天的总时间为：
$T_{反应} = 34.5 min$
$T_{辅助} = 30 min$
$T_{总} = T_{反应} + T_{辅助} = 34.5 + 30 = 64.5 min$
每天的反应次数为：
$N_{反应} = \frac{1440}{64.5} = 22.32$
步骤 4：计算每次反应需要的醋酸丁酯的摩尔数
每次反应需要的醋酸丁酯的摩尔数为：
$n_{每次} = \frac{18461.54}{22.32} = 827.21 mol$
步骤 5：计算每次反应需要的醋酸和丁醇的摩尔数
根据反应物配比为醋酸:丁醇 = 1:4.97，每次反应需要的醋酸和丁醇的摩尔数为：
$n_{醋酸} = \frac{827.21}{1 + 4.97} = 149.98 mol$
$n_{丁醇} = 149.98 \times 4.97 = 747.23 mol$
步骤 6：计算每次反应需要的醋酸和丁醇的质量
每次反应需要的醋酸和丁醇的质量为：
$m_{醋酸} = 149.98 \times 60 = 8998.8 g = 8.999 kg$
$m_{丁醇} = 747.23 \times 74 = 55296.22 g = 55.296 kg$
步骤 7：计算每次反应需要的醋酸和丁醇的体积
每次反应需要的醋酸和丁醇的体积为：
$V_{醋酸} = \frac{8.999}{0.75} = 12.00 L$
$V_{丁醇} = \frac{55.296}{0.75} = 73.73 L$
步骤 8：计算反应器的总容积
反应器的总容积为：
$V_{总} = \frac{12.00 + 73.73}{0.85} = 1243.6 L$