k=7 m'kmol min,3 n'kmo l'min,两种物料以等体积加入反应器中，一 种含2.8 kmoIA·m3,另一种含1.6 kmolA·m。设系统密度不变，当B的 转化率为75%时，求每种物料的流量。 解 c0=2,8=14秋ml:m 0.mol-m ca=0.81-0.75)=0.2 kmol.m-3 cR==0.8×0.75=0.6 kmol.m c=1.4-0.6=0.8 kmol.m- -r=7×0.8×0.2-3×0.6×0.6=0.04kmol-m3min 7=m-=08-02=15mim -r、 0.04 v-012x60=048mhr 15 每一股是总物料量的一半： =4-048=024mhr 2 5.可逆一级液相反应AP,已知c和=0.5水mol:m3,G0=0:当此反 应在间歌反应器中进行，经过8min后，A的转化率为33.3%，而平衡转化 率是66.7%，求此反应的动力学方程式。 解 -rs=-dex kies-k,cr =kics-k(Cso-ch) d山 CA =CA0(1-x) CP CAOX _dc=Sudr=kca自-x-kcw d
15 k1=7m3 kmol-1 min-1，k2=3m3 kmol-1 min-1，两种物料以等体积加入反应器中，一 种含 2.8kmolA·m -3，另一种含 1.6kmolA·m -3。设系统密度不变，当 B 的 转化率为 75％时，求每种物料的流量。 解 3 1 A B 3 1 A B0 B 3 1 A 3 A 3 R S 3 B 3 B 0 3 A0 0.24m hr 2 0.48 0.48m hr 15 0.12 60 15min 0.04 0.8 0.2 7 0.8 0.2 3 0.6 0.6 0.04kmol m min 1.4 0.6 0.8kmol m 0.8 0.75 0.6kmol m 0.8 1 0.75 0.2kmol m 0.8kmol m 2 1.6 1.4kmol m 2 2.8 v v v r c c r c c c c c c 每一股是总物料量的一半： 5. 可逆一级液相反应 A P ，已知 0.5kmol m , P0 0 3 0 c c A ；当此反 应在间歇反应器中进行，经过 8min 后，A 的转化率为 33.3%，而平衡转化 率是 66.7%，求此反应的动力学方程式。 解 k c x k c x t c x t c c c x c c x k c k c k c k c c t c r 1 A0 2 A0 A A0 P A0 A A0 1 A 2 P 1 A 2 A0 A A A 1 d d d d (1 ) d d
出-人-传+6加 [t=0x=0 东-低+后正d山 dx 1=1,x=x h5-址- 0.667 6ecw0-1-0672 K=左=2x=0.333 t=8 k2 -08 b28 k+kz k+k=0.08664 k/k=2 k=0.05776min k3=0.02888min- -n=-d=0.0576c-0.0288c, dt 6.平行液相反应 A→P =1 A→R n=2a A-S r=a 已知co=2kmol·m3,a=0.2kmol·m3,求下列反应器中，c最大为多少？ (1)平推流反应器：(2)全混流反应器：(3)两相同体积的全混流反应器串 联，ca=1kmol·m。 解 16
16 t t x x t x t k k k x x k k k x t x , 0, 0 d ( ) d ( ) d d 1 1 2 1 1 2 2 0.333 8 2 1 0.667 0.667 (1 ) 1 ( ) ln 1 2 1 e e A0 e A0 e Ae Pe 2 1 1 1 1 2 1 2 x t k k K x x c x c x c c k k K t k k k k x k k A P A A 1 2 1 1 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 0.05776 0.02888 d d 0.02888min 0.05776min / 2 0.08664 8 0.6931 ln 0.5 1 0.333 8 2 1 ln 1 1 1 c c t c r k k k k k k k k k k k k 6. 平行液相反应 A→P rP=1 A→R rR=2cA A→S rS=cA 2 已知 cA0=2kmol·m -3，cAf=0.2kmol·m -3，求下列反应器中，cP最大为多少? (1) 平推流反应器；(2)全混流反应器；(3)两相同体积的全混流反应器串 联，cA1=1 kmol·m -3。 解
1 1 -+i+51+20+G0+6 For PFR -5ew-w)-att, 1 0+c)+c0)1+0.21+2=0.5kmol:m For CSTR 1 6-S(C-c)-(C-C2-0+0 =1.25kmol.m3 For twoCSTR in Series Cp =(CA0-CAI)SpI+(CAI-CAr)Sp2 =(2-1 0+1)+0-02 (1+0.2)2 =0.25+0.56 =0.81kmol.m3 7.自催化反应A+P+2P的速率方程为：-=kao,=l m'kmol"min,原料 组成为含A13%,含P1%(摩尔百分数)，且co+c0=1kmo|·m3,出口 流中o=0.9 kmol m3,计算采用下列各种反应器时的空间时间(T=/) (1)平推流反应器：(2)全混流反应器：（③）平推流与全混流反应器的最佳 组合：(4)全混流反应器与一分离器的最佳组合。 cao=Ikmol·m3 xm=4=0.0714xw=0.9 -rA =kcACp=kCAo(1-XA)CAOXA kcho(1-XA)XA 17
17 -3 Af A0 2 A A A0 Af p P P A A0 Af p 2 A 2 P R S A A P P 0.5kmol m 1 2 1 1 0.2 1 (1 ) 1 (1 ) 1 d (1 ) 1 ( ) d 1 For PFR (1 ) 1 1 2 1 A 0 A f A0 A f c c c c c S c c S c c c S r r r c c c r S c c c c -3 2 2 Af A0 Af A0 Af p P 1.25kmol m (1 0.2) 1 (2 0.2) (1 ) 1 ( ) ( ) For CSTR c c S c c c c -3 2 2 P A0 A1 P1 A1 Af P2 0.81kmol m 0.25 0.56 (1 0.2) 1 (1 0.2) (1 1) 1 (2 1) ( ) ( ) For twoCSTR in Series c c c S c c S 7. 自催化反应 A+P→2P 的速率方程为：− rA=kcAcP，k=l m3 kmol-1 min-1，原料 组成为含 A 13%，含 P 1%（摩尔百分数），且 cA0+cP0= l kmol·m -3，出口 流中 cP= 0.9 kmol·m -3，计算采用下列各种反应器时的空间时间(τ=VR/V0)。 (1)平推流反应器；(2)全混流反应器；(3)平推流与全混流反应器的最佳 组合；(4)全混流反应器与一分离器的最佳组合。 解 A A 2 A A P A0 A A0 A A0 Ain Af 3 A0 (1 ) (1 ) 0.0714 0.9 14 1 1kmol m r k c c k c x c x k c x x c x x
For PFR 0.9 In 1-XAr 1-09 =4.76min 00714 1-0.0714 For CSTR 10.9-0.0714 r=c0G-xru1x*0-09x0.9 9.2min For CSTR+PFR 由于1与-5的极值点相同令=0，有1-2x4=0,=05 - dx 05-0.0714=171mim 1×-=10-0列x05 1 CAl CAo(1-XA)=0.5kmol.m-3 0.9 6=n-09-220 0.5 1-0.5 t=+t2=1.71+2.20=3.91mim ForCSTR+分离器 d-=0,x=0.5 10.5-0.0714 t= 1 XAr-XAin= c0-1x7-05x05=1.71mm 8.在两个串联的全混流反应器中进行一级反应，进出口条件一定时，试证明 当反应器大小相同时，两个反应器的总容积最小。 18
18 4.76min 1 0.0714 0.0714 1 0.9 0.9 ln 1 1 1 1 1 ln 1 d 1 1 1 1 1 d 1 d For PFR Ain Ain Af Af A0 A A A0 A A A A A0 A A0 A f Ain A f Ain A f Ain x x x x k c x x x k c x x x r k c x c x x x x x x 9.2min 1 0.9 0.9 0.9 0.0714 1 1 1 1 For CSTR Af Af 2 A0 Af Ain A0 k c x x x x c 1.71 2.20 3.91min 2.20 1 0.5 0.5 1 0.9 0.9 ln (1 ) 0.5kmol m 1.71min (1 0.5) 0.5 0.5 0.0714 1 1 1 (1 ) 1 0 1 2 0 0.5 d d , 1 For CSTR PFR 1 2 2 3 A1 A0 A1 A1 A1 Af Ain A0 1 A A1 A A A A c c x x x x x k c x x x r r r 由于 与 的极值点相同 令 ，有 ， 1.71min (1 0.5) 0.5 0.5 0.0714 1 1 1 (1 ) 1 0, 0.5 d d For CSTR A1 A1 Af Ain A0 A1 A A x x x x k c x x r 分离器 8. 在两个串联的全混流反应器中进行一级反应，进出口条件一定时，试证明 当反应器大小相同时，两个反应器的总容积最小。 证
T=CAO-CAL (-A) kca k d+=0 C0+ 1 -=0 kcki kCar CAI =CAOCAT CAI =CAOCAT 110-1 1=t2 R='R2 9.半衰期为20小时的放射性流体以0.1mhr'的流量通过两个串联的40m全 混流反应器后，其放射性衰减了多少？ 解 只有一级反应存在半衰期的概念。 首先求反应速率常数： =e0.5=ew k=0.03466hr 对全混流反应器，t=o一Ca -IA 代入数据（第一釜）0-0-c-x业 01 kCo-xA)】 400=0.03466-x) x=0.9327 第二釜，单釜转化率仍为0.9327。 总转化率1-1-0.9327}=0.9955 10.A进行平行分解反应，其速率式为 R =1kmol·mmin' A+Sr=2 kmol·mmin =xkmol·mmin 其中R是所要求的目的产物，Co=1km0l·m3。试问在下述反应器进行等温 操作时，预计最大的©为多少？(1)全混流反应器：(2)平推流反应器。 解 低浓度操作对生成目的产物R有利，对全混流反应器，可在极低的浓度下操作 19
19 A0 Af A1 A0 Af 2 A1 Af 2 A1 0 A1 1 2 Af A1 Af A1 Af 2 A1 A0 A1 A0 A1 1 A f A0 Af 0 1 0 d d( ) 1 1 ( ) c c c c c c k c k c c c k c k c k c c c k c k c k c c c r c c A 1 2 R 1 R 2 Af A0 Af A0 Af 2 Af A0 A0 Af A0 1 1 1 1 1 1 1 V V c c k c k k c c c c k c c k k c 9. 半衰期为 20 小时的放射性流体以 0.1m3 hr-1的流量通过两个串联的 40m3全 混流反应器后，其放射性衰减了多少？ 解 1 1 0.9327 0.9955 0.9327 0.9327 0.03466 1 400 1 1 0.1 40 0.5 0.03466hr 2 A A A A0 A A0 A0 A A A0 A 2 0 1 A0 A 总转化率 第二釜，单釜转化率仍为 。 代入数据 第一釜 ： 对全混流反应器， 首先求反应速率常数： 只有一级反应存在半衰期的概念。 x x x k c x c c x r c c e e k c c kt k 10. A 进行平行分解反应，其速率式为 ↗R rR=1 kmol·m -3 min-1 A →S rS=2cA kmol·m -3 min-1 ↘T rT=cA kmol·m -3 min-1 其中 R 是所要求的目的产物，cA0=1kmol·m -3。试问在下述反应器进行等温 操作时，预计最大的 cR为多少?(1)全混流反应器；(2)平推流反应器。 解 低浓度操作对生成目的产物 R 有利，对全混流反应器，可在极低的浓度下操作