聚合物反应设备大题

聚合物反应设备大题 51.某厂生产醇酸树脂是使己二酸与己二醇以等摩尔比在70?用间歇釜并以HSO作催化剂进行缩聚反应而生产的，实验测得反应动力学方程为: 24 2,3,1,r,kckmol,mmin AA ,33,1,1 k,1.97，10mkmolmin -3c=4 kmol.m A0 若每天处理2400kg己二酸，每批操作辅助生产时间为1h，反应器装填系数为0.75， 求: (1)转化率分别为x=0.5，0.6，0.8，0.9时，所需反应时间为多少? A (2)求转化率为0.8，0.9时，所需反应器体积为多少? 1.解: (1)达到要求的转化率所需反应时间为: xx dxdx1xAfAfAAAft,c,c,rA0A022,, 00，，，，,rkc1,x，，kc1,xAA0AfA0A 10.51 t,，，,2.10hr,3，，1.97，10，41,0.560 x=0.5 A x=0.6 t=3.18h Ar x=0.8 t=8.5h Ar x=0.9 t=19.0h (2分) Ar 2)反应器体积的计算 x= 0.8时:tt=tr+t’=8.5+1=9.5h (1分) A 每小时己二酸进料量F，己二酸相对分子质量为146，则有: A0 2400,1 F,,0.684kmol,hA024，146 F0.684处理体积为: 3,1A0V,,,0.171m,h0 c4A0 反应器有效容积V’: 3R,V,Vt,0.171，9.5,1.63mR0t (2分) ,1.63V3R,,,2.17mV实际反应器体积V: RR,0.75 (1分) 当x=0.9时:t=19+1=20h A3V’=0.171×20=3.42m R3V=3.42,0.75=4.56m (2分) R 试题C总8页第1页 聚合反应设备I 2. 某二级液相反应A+B?C，已知C=C ，在间歇反应器中达到x=0.99，需AOBO反应的时间为10min,问: ,(1) 在全混流反应器中进行时， 应为多少, m ,(2) 在两个串联全混流反应器(反应体积相等)中进行时， 又是多少, m2.解:在间歇反应器中，对二级反应: x0.999.9k,,, C,,xC,C(1)10(10.99)A0A0A0 (1)在单个CSTR中 x x0.999900,,k,,,2 22kC(1,x)C,C,,xC,,(1)(10.99)A0A0A0A0 VR,,,1000minmV0(1)=(2) 则 VxRA11,,,12(2) 两个CSTR串联 VkC(1,x)AoA01 22VCx,kC(1,x)VCSTR-1: 0A0A1A0A1R1 Vx,x RAA22122,,,22VC(x,x),kC(1,x)VCSTR-2 0A0A2A1A0A2R2VkC(1,x)0AoA2 V2Rx,x,kC(1,x)V,V,VAAAA1202R1R2R V0 VRV代入(3) ,,2,2，39.6,79.2minR,39.6V0 V0 聚合反应设备I 1. 在二级理想混合反应器中，己二酸与己二醇以等摩尔比，在70度下进行缩聚反应，生产聚酯树脂。第一级反应器中己二酸的转化率为60,;第二级中己二酸的转化率为80,。计算多级理想混合反应器的有效体积。 =60% x=80% x12 1 2 已知:x=0.6，x=0.8，C=0.004 kmol/l，k=1.97l/kmol•min 12A0 每天处理己二酸2400 kg，即每小时处理100 kg(24小时/天)，己二酸分子量MW,146，则每小时己二酸用量F=100/146=0.684 kmol/h。 A0 1.解: 己二酸的浓度C=0.004 kmol/l，则反应物平均每小时处理量 A03V=F/C=0.684/0.004=171 l/h,0.171m 0A0A0 x0.171，0.6,013V,,,1.36m122 ，，，，kC1,x1.97，60，0.004，1,0.6A01 3第一级理想混合反应器有效体积1.36m (3分) 第二级反应器: Cx,xVC,C()A0A2A12A1A2,,,,2 vrr0A2A2 222r,kC,kC(1,x)AAAA0 C(x,x)(x,x)V,0210212V,,,,22222kC(1,x)vkC(1,x)02002 (3分) 0.171，(0.8,0.6)3 V2,,1.81m21.97，60，0.004，(1,0.8) 3第二级理想混合反应器有效体积1.81m因此，对于二级串连理想混合反应器而言，总有效体积为: 3V+V=1.36，1.81,3.17 m (2分) 12 聚合反应设备I tE(t)3,,,,,15min E(t)0.2, 2tE(t)54.5,222,,,,,,15,47.5mint E(t)0.2, 2,47.52t,,,,0.21122 15, 聚合反应设备I 1.工厂采用间歇反应器以硫酸为催化剂使已二酸与已二醇以等摩尔比在70?下进行缩聚反应生产醇酸树脂，实验测得该反应的速率方程式为:(-r)=kCC AAB -1-1式中:(-r)----以已二酸组分计的反应速率，kmol.L.min A -1-1 k----反应速率常数，1.97L.kmol.min -1 C、C----分别为已二酸和已二醇的浓度，kmol.L AB -1 C、C均为0.004 kmol.L A0B0 求:(1)已二酸的转化率分别为x=0.5、0.6、0.8所需的反应时间分别为多少, A 若每天处理已二酸2400kg，转化率为80%，每批操作的辅助时间为1小时，试计算确定反应器的体积大小。(2)若在PFR反应器中，转化率为80%，操作条件和产量与间歇反应器条件一样，试计算PFR反应器的有效容积。 (3)若在CSTR反应器中，转化率为80% ，操作条件和产量与间歇反应器条件一样，试计算CSTR 反应器的有效容积。 1.解: 求达到一定的转化率所需时间: ,A2计量方程式中， A.B的初始浓度相同，则反应动力学方程可写为: ,1(,r),kcAA,B 由于反应为液相等温过程，故可按恒容处理，可将已知数据代入操作方程求解: ,,x1 A,,t,,, kc1x,A0A,, 计算结果 x=0.5 t=2.10h A x=0.6 t=3.18h A x=0.8 t=8.47h A 反应器体积的计算 FA0v,TV=v(t+t) TT0cA0 F=2400/(24*146)=0.685kmol/h A0 v=0.685/0.004=171L/h T 生产周期=反应时间+辅助时间=t + t =8.47+1=9.47h 0 反应有效体积: V=v(t+t)=171*9.47=1619L T0 平推流反应器 xxVdxdx1xAAAAA,,,c,c,A0A0 2,,200vrkc1,xkc1,x，，A0TAA0AA 10.8 ,？,,,508min,8.47h1.97，0.0041,0.8 3 V,v，,,171，8.47,1448L,1.45mT 聚合反应设备I 全混流反应器 Vx A,,,2kc(1,x) ,TAA0 vx171，0.83TAV,,,7234L,7.234m22 kc(1,x)，，1.97，60，0.004，1,0.8AA03间歇反应器达到80%的转化率，V,1.63m 3平推流反应器达到80%的转化率，V,1.45m 3 全混流反应器达到80%的转化率，V,7.23m (3分) 聚合反应设备I 2. 计算六叶圆盘直叶透平涡轮的功率消耗。已知叶轮直径为1m，叶轮直径:叶片 -1长度:叶片宽度=20:5:4，叶轮叶片数6，4块0.1T挡板;转速为60r?min，容 3-3器直径D为3m，其中液体比重1200kg/m，粘度为60×10 Pa?s,液面高度为3m。 2.解 -1-3 d=1m, n=1 r?s, ρ=1200kg?m, μ=0.06Pa?s (2 分) 24 Re=1×1×1200/0.06=2×10 (2 分) 4查图5-13，第6条曲线 Re=2×10时 Ф=5=Np (3 分) 3535 P=Npρnd=5×1200×(1)×(1)=6000W