解 K-63x10×8314×515=00969ms 300 t6安-02h1-d S=r=11.10=0.09s 'R=x=0.0969×11.10=1.075m 标准空速为： 273.15×0.3 SVNO=- 555.15×01013=0.131s VR 1.075 21液相一级不可逆分解反应A→B+C于常温下在一个2全混流反应器(CSTR, MfR,连续搅拌槽式反应器)中等温进行。进口反应物浓度为1kmol·m 体积流量为1mhr,出口转化率为80%。因后续工段设备故障，出口物流 中断。操作人员为此紧急停止反应器进料。半小时后故障排除，生产恢复。 试计算生产恢复时反应器内物料的转化率为多少？ 解 首先求反应速率常数 2 k=2hr- -Fc 0.2k 全混流反应器切断进出料即为间做反应器 CA=eM CA=0.0736kmol.m3 x,=90-=1-00736=0.9264 1 22第17题中的反应，()当c=1.2kmol·m,进料速率1 kmolA·hr,转化 率为75%：(2)ca1.3 kmol m,进料速率2 kmolA hr',出口为0.3 kmol m: (3)c=2.4 kmol .m,出口仍然为0.3 kmol -m3,进料速率为1 kmo IA.hr 计算三种清况下，用全混流反应器的体积各为多少？
10 解 1 R 0 0 0 VNO 3 R 0 1 1 1 V 0.9 5 0 A A 0.9 5 0 A A A0 3 1 3 0 0.131s 1.075 555.15 0.1013 273.15 0.3 0.0969 0.0969 11.10 1.075m 11.10 0.09s 11.10s 1 0.95 1 ln 0.27 1 0.27 1 d d 0.0969m s 300 6.3 10 8.314 555.15 V p p T T V S V V S x x r x c V 标准空速为： 21 液相一级不可逆分解反应A→B+C于常温下在一个2m3全混流反应器（CSTR， MFR，连续搅拌槽式反应器）中等温进行。进口反应物浓度为 1 kmol·m -3， 体积流量为 1m3 hr-1，出口转化率为 80%。因后续工段设备故障，出口物流 中断。操作人员为此紧急停止反应器进料。半小时后故障排除，生产恢复。 试计算生产恢复时反应器内物料的转化率为多少？ 解 0.9264 1 1 0.0736 0.0736kmol m 0.2 2hr 0.2 1 0.2 1 2 A0 A0 A A 3 A A 2 0.5 A0 A 1 Af A0 A 0 c c c x e c c e c c k r k c c V V kt 全混流反应器切断进出料即为间歇反应器 首先求反应速率常数 22 第 17 题中的反应，(1)当 cA0=1.2kmol·m -3，进料速率 1kmolA·hr-1，转化 率为75％；(2) cA0=1.3kmol·m -3，进料速率2kmolA·hr-1，出口为0.3kmol·m -3； (3) cA0=2.4kmol·m -3，出口仍然为 0.3kmol·m -3，进料速率为 1kmolA·hr-1。 计算三种情况下，用全混流反应器的体积各为多少?
VCAo-CA Vo -TAf CAD ca=1.20-0.75)=0.3由数据表，对应-r=0.5 kmol.mmin 11.2-0.3 V=12×05x60 =0.025m 2 1.3-0.3 Va=13×0.5x60 =0.051m VR3= 2.4-0.3 .4×0.5×60 =0.029m 23反应A+B+R+s,已知=0.001m,物料进料速率6=0.5×10mmin, cg=co=5mol·m,动力学方程式为-r=kc.cs,.其中仁100mkmo厂min'。求： (1)反应在平推流反应器中进行时出口转化率为多少？(2)欲用全混流反 应器得到相同的出口转化率，反应器体积应多大？(3)若全混流反应器体积 =0.001m,可达到的转化率为多少？ 已知=1 n'kmol"hr,a=3kmol·m3,Qa德=0.02kmol·m3,水溶液流量为 10mhr。 平推流 1 kCo o (1) 1一-10 kCAo 1-XAf 1 XAr =1- 1+gkcAo 1+0.01x0.1x5=05 =1 0.0005 (1)全混流 '=0-G=0-C4= 0.005-0.0025 =4 -Th 100×0.00252 'R='%x=0.5x10-3×4=2×10-3m
11 解 3 R3 3 R2 3 R1 3 1 A A A0 A0 0 Af A0 A 0 0.029m 0.5 60 2.4 0.3 2.4 1 0.051m 0.5 60 1.3 0.3 1.3 2 0.025m 0.5 60 1.2 0.3 1.2 1 1.2 1 0.75 0.3 0.5kmol m min V V V c r c F V r c c V V 由数据表，对应 23 反应 A+B→R+S，已知 VR=0.001m3，物料进料速率 V0=0.5×10-3 m 3 min-1， cA0=cB0=5mol·m 3，动力学方程式为− rA=kcAcB，其中 k=100m3 kmol-1 min-1。求： (1)反应在平推流反应器中进行时出口转化率为多少？(2)欲用全混流反 应器得到相同的出口转化率，反应器体积应多大?(3)若全混流反应器体积 VR=0.001m3，可达到的转化率为多少? 已知 k=1m3 kmol-1 hr-1，cB0=3kmol·m -3，cA 饱和=0.02kmol·m -3，水溶液流量为 10m3 hr-1。 解 平推流 0.5 0.0005 0.001 0.1 5 1 1 1 1 1 1 1) 1 1 ( 1 (1 ) 1 d 0 R A0 Af A0 Af 0 2 A A 0 A0 R A f V V k c x x k c x x V k c V x (1) 全混流 3 3 3 R 0 2 A B A0 A A A0 A 0 R 0.5 10 4 2 10 m 4 100 0.0025 0.005 0.0025 V V k c c c c r c c V V
VR=CA0-CA=CNO-CA= CAX 。 -Th kCACB kchol-xA月 (2)g=0.001m3= 0.5×10-3x 100×0.005-x 1=0-x xA=0.3820 24在全混流反应器中进行如下等温液相反应： 2A→B+C re=kick A+B→2D A的初始浓度为2.5kmol·m3,A和C的出口浓度分别为0.45和 0.75kmol·m3。假设进口物流中不含B、C、D,反应时间为1250sec,求： 1.出口物流中B和D的浓度： 2.k和k。 解 反应共消耗A2.5-0.45=2.05kmol·m3 每消耗2个A生成1个C,生成C所消耗的A为2×0.75=1.5kmol·m3 生成D所消耗的A为2.05-1.5=0.55 kmol.m3 每消耗1个A将生成2个D,因此D的出口浓度为0.55×2=1.1kmol·m- 每生成1个C伴生1个B,但每生成1个D又消耗0.5个B,所以， B的浓度为0.75-0.5×1.1=0.2 kmol.m3 t=ACe 1250=075-0 k×0.45☒ k=2.963×103m2kmol-31 t=ACp 1.1-0 r 1250=2k,×045x02 k3=4.889×103m3kmos
12 (2) 0.3820 1 1 100 0.005 1 0.5 10 0.001m 1 2 A A A 2 A A 3 3 R 2 A 2 A0 A0 A A B A0 A A A0 A 0 R x x x x x V k c x c x k c c c c r c c V V 24 在全混流反应器中进行如下等温液相反应： 2A→B＋C rc=k1cA 2 A＋B→2D rD=2k2cAcB A 的初始浓度为 2.5kmol·m -3，A 和 C 的出口浓度分别为 0.45 和 0.75kmol·m -3。假设进口物流中不含 B、C、D，反应时间为 1250sec，求： 1. 出口物流中 B 和 D 的浓度； 2. k1和 k2 。 解 3 3 1 1 2 D 2 D 3 3 1 1 1 2 C 1 C 3 3 3 3 3 4.889 10 m kmol s 2 0.45 0.2 1.1 0 1250 2.963 10 m kmol s 0.45 0.75 0 1250 B 0.75 0.5 1.1 0.2kmol m 1 C 1 B 1 D 0.5 B 1 A 2 D D 0.55 2 1.1kmol m D A 2.05 1.5 0.55kmol m 2 A 1 C C A 2 0.75 1.5kmol m A2.5 0.45 2.05kmol m k r k C k r k C 的浓度为 每生成 个 伴生 个 ，但每生成 个 又消耗 个 ，所以， 每消耗 个 将生成 个 ，因此 的出口浓度为 生成 所消耗的 为 每消耗 个 生成 个 ，生成 所消耗的 为 反应共消耗
第二章习题 1.动力学方程的实验测定时，有采用循环反应器的，为什么？ 答：循环反应器行为与全混流反应器相同，可以得到反应速率的点数据， 而且反应器进出口浓度差比较大，对分析精度要求不很高。 2.为什么可逆吸热反应宜选平推流反应器且在高温下操作，而可逆放热反应 却不是？根据可逆放热反应的特点，试问选用何种类型反应器适宜？为什 么？ 答：可逆吸热反应的反应速率与化学平衡都随温度的升高而升高，高温下 操作对二者都有利。可逆放热反应的化学平衡随温度的升高向反应物方向 移动，对达到高转化率不利。对此类反应，可选用多段绝热反应器或换热 条件较好的管式反应器。 3.一级反应A→P,在一体积为⅓的平推流反应器中进行，已知进料温度为 150℃，活化能为84kJ·m0,如改用全混流反应器，其所需体积设为， 则/M应有何关系？当转化率为0.6时.如果使=以.反应温度应和何变 化？如反应级数分别为F2,1/2,一1时，全混流反应器的体积将怎样改 变 解： (-)=C=kep(←R7a PFR V"dix= 1 f dx=-1 In(1-x) 0()ck1-xewk X CSTR = FA0 CAok(1-xA) -xk '。k(I-x)ln(1-x) EE -exp(R (1-x )i(1-x) XA
13 第二章习题 1. 动力学方程的实验测定时，有采用循环反应器的，为什么? 答：循环反应器行为与全混流反应器相同，可以得到反应速率的点数据， 而且反应器进出口浓度差比较大，对分析精度要求不很高。 2. 为什么可逆吸热反应宜选平推流反应器且在高温下操作，而可逆放热反应 却不是?根据可逆放热反应的特点，试问选用何种类型反应器适宜?为什 么? 答：可逆吸热反应的反应速率与化学平衡都随温度的升高而升高，高温下 操作对二者都有利。可逆放热反应的化学平衡随温度的升高向反应物方向 移动，对达到高转化率不利。对此类反应，可选用多段绝热反应器或换热 条件较好的管式反应器。 3. 一级反应 A→P，在一体积为 VP的平推流反应器中进行，已知进料温度为 150℃，活化能为 84kJ·mol-1，如改用全混流反应器，其所需体积设为 Vm， 则 Vm/Vp应有何关系?当转化率为 0.6 时，如果使 Vm=Vp，反应温度应如何变 化?如反应级数分别为 n=2，1/2，− 1 时，全混流反应器的体积将怎样改 变？ 解： (1 )ln(1 ) exp( ) (1 )ln(1 ) (1 ) CSTR ln(1 ) 1 1 1 d ( ) d PFR ( ) exp( ) A A A m p A A A p m A0 A A A0 m A A0 0 A A A0 0 A A A0 P A A 0 A A A x x x RT E RT E k x x x k V V c k x x F V x x c k x r c k x F V c RT E r k c k x x
IFTp=Tm -xk -x (1-x)ln(1-x) IF=land xA=0.6 E(。-T) 0.6 1=-emRT70-0.6n1-0.6 84000423.15-T 1=e8314 ×1.637 423.15Tm月 0.6109=ep23.876 423.15-T 、T. -0.4929=23.876423.15-7 -0.02064Tm=423.15-Tm Tm=432.07K 1 n=2, V kc Vml CA =1/2, V n=-1, 1 c 4.在体积=0.12m的全混流反应器中，进行反应A+B R+S,式中
14 (1 )ln(1 ) (1 )ln(1 ) IF A A A A A P m p m x x x k x x x k V V T T A 432.07K 0.02064 423.15 423.15 0.4929 23.876 423.15 0.6109 exp 23.876 1.637 423.15 423.15 8.314 84000 1 exp 1 0.6 ln(1 0.6) 0.6 1 exp IF 1and 0.6 m m m m m m m m P m P m A P m T T T T T T T T T T T T T R E x V V m n n n n k c F x V V c V c V V k c x F V n c V V k c x F V n V c V k c x F V n Af A0 Af 1 m m1 A m 2 A m1 m 1 1 A A A0 m 1/ 2 A m1 m1/ 2 1/ 2 A A A0 m m1 A m2 2 A A A0 m 1 1, 1/ 2, 1 2, 或 4. 在体积 VR=0.12m3的全混流反应器中，进行反应 A B R S 2 1 k k ，式中