《化学反应工程》歌橐 第三章想反应 1分芤式操作的究全混合反应踞 A=2R -rA=kC, kmol/m.h 其中:k=93×10°e4-74841b2) 已知:MHx=51047J/mol,A(吸热反应);Cp=209Jg反应物料°C, Co=0,R的分子量MR=60,CA0=2.30kmol 要求反应终了的转化率xA为0.70,装置的生产能力为5000kg产物R/天 所提供的加热蒸汽可在110℃至180℃之间调节。根据该生产规模估算得用 于非生产性的时间to=075h,试求 (1)在50℃下进行等温操作所需反应器的有效容积?相应的传热面积 和加热蒸汽的控制方案?设总括传热系数为17992KJ/m2h℃。 (2)用变温操作所需的容积?设初始反应温度为50℃,而反应的最高温 度不超过65℃,相应的传热面积? [讲解] 解:(1)等温操作 (1)反应时间t的计算,应用式(3-14)有 k Jo(l-xk (1) k=9.52×109 74484 最后得 In 1.3h 0.921-0.7 每批操作实际所需的时间为(+10)=131+0.75=206h。 (ii反应器有效容积的确定: 因为为已知生产能力为:5000kg产物R/天,每批产品的生产时间, 所以可以根据这两个条件求出有效容积 每小时生产量: VCpM/(t+10); 已知每小时生产量:50000/24 反应终了时R的浓度为C=2CA0x4=2×2.30×07=322mo1/m3 故得:CM2/(+10)=5000024 即:×32×60/206=500014,算出:T=22mn3 (ii)加热面积和加热蒸汽温度控制方案的确定: [分析] A在反应初期CA浓度最大,反应速率最大相应所要求的供热速率也 最大。故反应开始采用180℃的蒸汽进行加热。相应所需的传热面积A1按 式(3-1-5)进行计算,不过此时的dTdt=0,即 r(+rA)0(△Hr) (2) (Tm-7) 作者:傅杨武重庆三峡学院化学工程系 第8页共13页《化学反应工程》教案 第三章 理想反应器 3.1 分批式操作的完全混合反应器 ［讲 解］ ［分 析］ A=2R − rA = kCA kmol m ⋅ h 3 其中： ( ) 9 4 1 7448. 9.52 10 exp −       = × − h T k 已知： H J mol ∆ r = 51047 ，A(吸热反应)； V J g Cο C = 2.09 反应物料⋅ ， CR0 = 0 ，R 的分子量 M R = 60 ， 3 CA0 = 2.30 kmol m 要求反应终了的转化率 为 0.70，装置的生产能力为 50000kg 产物 R／天。 所提供的加热蒸汽可在 110℃至 180℃之间调节。根据该生产规模估算得用 于非生产性的时间t A x 0 = 0.75h ，试求 (1)在 50℃下进行等温操作所需反应器的有效容积？相应的传热面积 和加热蒸汽的控制方案？设总括传热系数为 1799.2KJ／m 2.h. ℃。 (2)用变温操作所需的容积？设初始反应温度为 50℃，而反应的最高温 度不超过 65℃，相应的传热面积？ 解：(1)等温操作 (i)反应时间 t 的计算，应用式(3-l4)有 ( ) A x A A x A A A x k x dx kC k dx t C A A − = − = = ∫ ∫ 1 1 ln 1 1 1 0 0 0 （1） 0.92 273 50 7448.4 9.52 10 exp 9  =      + k = × − 最后得： 1.31h 1 0.7 1 ln 0.92 1 = − t = 每批操作实际所需的时间为(t + t0 ) = 1.31+ 0.75 = 2.06h。 (ii)反应器有效容积的确定： 因为为已知生产能力为：50000kg 产物 R／天，每批产品的生产时间， 所以可以根据这两个条件求出有效容积。 每小时生产量： ( ) 0 M t t VCR R + ； 已知每小时生产量：50000 / 24 ； 反应终了时 R 的浓度为 3 CR = 2CA0 x A = 2× 2.30×0.7 = 3.22 kmol m ； 故得： VCRM R (t + t0 ) = 50000 / 24 即：V ×3.22×60 2.06 = 50000 / 24 ，算出：V 3 = 22.2m (iii) 加热面积和加热蒸汽温度控制方案的确定： Ａ 在反应初期 CA 浓度最大，反应速率最大相应所要求的供热速率也 最大。故反应开始采用 180℃的蒸汽进行加热。相应所需的传热面积 A1 按 式(3-1-5)进行计算，不过此时的 dT/dt=0，即 ( ) ( ) U(T T ) V r H A m A r − − ∆ = 0 1 （2） 作者：傅杨武 重庆三峡学院化学工程系 第 8 页 共 13 页