釜式反应器3.1在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应:该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级。反应开始时乙酸乙酯及氢氧化钠的浓度均为0.02mol/l,反应速率常数等于5.6l/mol.min。要求最终转化率达到95%。试问:(1) 当反应器的反应体积为1m3时,需要多长的反应时间?(2) 若反应器的反应体积为2m3，,所需的反应时间又是多少?

解:(1)

(2) 因为间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关,所以反应时间仍为2.83h。

3.2拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应:

以生产乙二醇,产量为20㎏/h,使用15%(重量)的NaHCO3水溶液及30%(重量)的氯乙醇水溶液作原料,反应器装料中氯乙醇和碳酸氢钠的摩尔比为1:1,混合液的比重为1.02。该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为一级,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%。

(1)   若辅助时间为0.5h,试计算反应器的有效体积;

(2)   若装填系数取0.75,试计算反应器的实际体积。

解:(1)氯乙醇,碳酸氢钠,和乙二醇的分子量分别为80.5,84 和 62kg/kmol,每小时产乙二醇:20/62=0.3226 kmol/h

每小时需氯乙醇:

每小时需碳酸氢钠:

原料体积流量:

氯乙醇初始浓度:

反应时间:

反应体积:

(2)   反应器的实际体积:

3.8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:

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)   试比较上二问的计算结果;

(4)   若过氧化氢异丙苯浓度增加一倍,其他条件不变,结果怎样?

解:(1)

苯酚浓度

苯酚产量

(2)全混流反应器

苯酚产量

(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。

(4)由于该反应为一级反应,由上述计算可知,无论是间歇反应器或全混流反应器,其原料处理量不变,但由于CAB增加一倍,故C苯酚也增加一倍,故上述两个反应器中苯酚的产量均增加一倍。

3.15等温下进行1.5级液相不可逆反应:。反应速率常数等于5m1.5/kmol1.5.h,A的浓度为2kmol/m3的溶液进入反应装置的流量为1.5m3/h,试分别计算下列情况下A的转化率达95%时所需的反应体积:(1)全混流反应器;(2)两个等体积的全混流反应器串联;(3)保证总反应体积最小的前提下,两个全混流反应器串联。

解:(1)全混流反应器

(2)   两个等体积全混流反应器串联

由于,所以由上二式得:

将XA2=0.95代入上式,化简后试差解得XA1=0.8245,所以:

串联系统总体积为:

(3)   此时的情况同(1),即

3.16原料以0.5m3/min的流量连续通入反应体积为20m3的全混流反应器,进行液相反应:

CA,CR为组分A及R的浓度。rA为组分A的转化速率,rD为D的生成速率。原料中A的浓度等于0.1kmol/m3,反应温度下,k1=0.1min-1,k2=1.25m3/kmol.min,试计算反应器出口处A的转化率及R的收率。

解:

所以:

即为: