1、 化學反應工程教案 第三章 理想反應器 3.2 半分批式操作的釜式（完全混合）反應器 d (VC P 1 = 21 + t C A dt 3 （f） 當 t = 3h 時， 1m 3 的 A 全部加完， 所以 V = 2m 3 。 因為 t=0 時， 故 VC P = 0 。 若以 VC P 作為另一變量看待，則積分式（f）得： t 2C P 2 t d (VC P = 2 C A dt + tC A dt 0 0 3 0 即： C P = C A dt + 0 3 1 3 tC A dt 3 0 （g） 由于上表中列出了 CA 與 t 的數據，利用這些數據不難求出式（g）右 邊的兩個積分值，

2、可用數值積分法或圖解積分法。因為表中的時間數據是 等距的，采用梯形法則最為方便（別外還有矩形法、拋物線法等） 。梯形法 公式如下： C 0 3 b a f (x dx b a 1 ( y 0 + y n + y1 + y 2 + y 3 + L y n 1 2 n 所以根據上述公式有： A dx 3 × 4.8104 15 = 0.96208 同理，將 C A 值與相應的 t 相乘后，用同樣的方法可求得： = 3 1 (0 + 0.2886 + 0.203 + 0.3103 + 0.3608 + L + 0.2972 15 2 tC dt 1.49 0 A 3 將以上兩式代入（g）

3、，得 P 的濃度 C P = 0.96208 + 1.49 = 1.46kmol / m 3 3 因此，目標產物 P 的得率： P = 1.46 0 = 73% 4/2 半批式釜式反應器的物料衡算式,計算方法。 小 結 作業布置 1. （間歇反應器）用間歇反應器進行乙酸和乙醇的酯化反應，每天生 產乙酸乙酯 12000 kg，其化學反應式為： CH 3 COOH + C 2 H 5 OH CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O （可逆反 應） （A） （B） （R） （S） 原料中反應組分的質量比為 m A : m B : m S = 1 : 2 : 1.35 ，反應液的密度為 1020

4、kg/m3，并假定在反應過程中不變。每批裝料、卸料及清洗等輔助操作 時間為 1h。反應在 100 C 下等溫操作，其反應速率方程為： o 作者：傅楊武 重慶三峽學院化學工程系 第 6 頁 共 8 頁 化學反應工程教案 第三章 理想反應器 3.2 半分批式操作的釜式（完全混合）反應器 c c rA = k1 c A c B R S K 100 C 時， k1 = 4.76 × 10 o 4 L (mol min ，平衡常數 K = 2.92 。試計算 乙酸轉化 35%時所需的反應體積。根據反應物料的特性，若反應器填充系 數取 0.75，則反應器的實際體積是多少？ 解：首先計算原料處理量

5、 Q0 ，根據題給的乙酸乙酯產量，可算出每 小時的乙酸用量 Q0 （由題意乙酸的轉化率為 0.35） ： Q0 × 0.35 = 12000 (88 × 24 即： Q0 = 12000 = 16.23kmol / h 88 × 24 × 0.35 式中 88 為乙酸乙酯的相對分子量。由于原料中乙酸、乙醇與水的質量比為 m A : m B : m S = 1 : 2 : 1.35 ，所以 1 + 2 + 1.35 = 4.35kg 原料中含有 1kg 乙 酸，由此可求出單位時間內的原料液量為( V = m ： 16.23 × 60 ×

6、 4.35 = 4.155m 3 / h 1020 式中，60 為乙酸的相對分子量，原料液的起始組成如下： c A0 = 16.23 4.155 = 3.908mol / L c B 0 = (3.908 × 60 × 2 46 = 10.2mol / L c S 0 = (3.908 × 60 × 1.35 18 = 17.59mol / L 根據間歇反應器的物料衡算式： t = C A0 xA 0 dx A rA (1 可求出反應時間，為此需將題目給出的速率方程轉化成轉化率的函數， 根據計量方程有： c A = c A0 (1 x A c R = c

7、 A0 x A 代入速率方程，整理后有： c B = c B 0 c A0 x A c S = c S 0 + c A0 x A 2 2 rA = k1 (a + bx A + cx A c A 0 （2） 式（2）中： 作者：傅楊武 重慶三峽學院化學工程系 第 7 頁 共 8 頁 化學反應工程教案 第三章 理想反應器 3.2 半分批式操作的釜式（完全混合）反應器 a= cB0 = 2.61 c A0 cB0 cS 0 b = = 5.15 1 + c + c K A0 A0 c = 1 1 k1c A 0 1 = 0.6575 K 將(2試代入物料衡算式(1中可得： t= ( a + bx A + cx 2 A 2 b + b 4 ac x A + 2 a 1 ln b 2 4 ac b b 2 4 ac x A + 2 a 0 xA dx A （3） = k1c A 0 2 式（3）中： b 4ac = (5.15 2 4 × 2.61 × 0.6575 = 4.434 將有關數據代入式（3）中可求得反應時間： t = 118.8 min = 1.98h 反應體積有： 因為： Vr = 單位時間液