题目
一、在体积为2.5m3的理想BR反应器中进行液相等温一级基元反应A→P,k=2.78×10-3 s—1,进口摩尔流率FA0=11。4 mol/s,反应物A初始浓度A→P,求:(1)当反应器中A的转化率为80%,求所需的时间?(6分)(2)若将反应移到CSTR中进行,其它条件不变,求所需反应器体积?(6分)(3)若将反应移到PFR中进行,其它条件不变,求所需反应器体积?(6分)
一、在体积为2.5m3的理想BR反应器中进行液相等温一级基元反应
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,k=2.78×10-3 s—1,进口摩尔流率FA0=11。4 mol/s,反应物A初始浓度
,求:
,求:(1)当反应器中A的转化率为80%,求所需的时间?(6分)
(2)若将反应移到CSTR中进行,其它条件不变,求所需反应器体积?(6分)
(3)若将反应移到PFR中进行,其它条件不变,求所需反应器体积?(6分)
题目解答
答案
解:
(1)由BR设计方程可得反应所需的时间为:
(2)由CSTR的设计方程可得反应器的体积为:
(3)由PFR的设计方程可得反应器的体积为:
解析
步骤 1：计算所需时间
对于一级反应，反应速率方程为：$r = kC_A$，其中$C_A$是反应物A的浓度。转化率$x$定义为：$x = \frac{C_{A0} - C_A}{C_{A0}}$，其中$C_{A0}$是初始浓度。对于一级反应，转化率与时间的关系为：$x = 1 - e^{-kt}$。将$x = 0.8$代入，解出$t$。
步骤 2：计算CSTR反应器体积
对于CSTR，反应器体积$V$与反应速率$r$、进口摩尔流率$F_{A0}$和转化率$x$的关系为：$V = \frac{F_{A0}x}{r}$。将$r = kC_{A0}(1-x)$代入，解出$V$。
步骤 3：计算PFR反应器体积
对于PFR，反应器体积$V$与反应速率$r$、进口摩尔流率$F_{A0}$和转化率$x$的关系为：$V = \frac{F_{A0}}{kC_{A0}}\ln\frac{1}{1-x}$。将$r = kC_{A0}(1-x)$代入，解出$V$。
对于一级反应，反应速率方程为：$r = kC_A$，其中$C_A$是反应物A的浓度。转化率$x$定义为：$x = \frac{C_{A0} - C_A}{C_{A0}}$，其中$C_{A0}$是初始浓度。对于一级反应，转化率与时间的关系为：$x = 1 - e^{-kt}$。将$x = 0.8$代入，解出$t$。
步骤 2：计算CSTR反应器体积
对于CSTR，反应器体积$V$与反应速率$r$、进口摩尔流率$F_{A0}$和转化率$x$的关系为：$V = \frac{F_{A0}x}{r}$。将$r = kC_{A0}(1-x)$代入，解出$V$。
步骤 3：计算PFR反应器体积
对于PFR，反应器体积$V$与反应速率$r$、进口摩尔流率$F_{A0}$和转化率$x$的关系为：$V = \frac{F_{A0}}{kC_{A0}}\ln\frac{1}{1-x}$。将$r = kC_{A0}(1-x)$代入，解出$V$。