反应工程精简版

第二章

1． 在间歇反应器中有一级液相可逆反应A?P，初始反应时CA0=0.5mol/L，CP0=0反

应8min后，A的转化率为1/3，而平衡转化率是2/3，求此反应的动力学方程式。 解：?dCdtA?k1CA?k2Cp CPeCAeCA0xAeCA0(1?xAe)k1k2?K???2即k1?2k2

根据一级可逆反应积分式

t?1k1?k2lnxAexAe?xA8?1k1?k22ln133?1?k1?k2?ln28?0.08664min?1

?k1?0.05776min?1k2?0.02888min

?dCdtA?k1CA?k2Cp?0.05776CA?0.02888CP

第三章

1． 液相一级等温反应在间歇釜中达到70%转化率需要12min，若此反应移到同温度

下平推流反应器和全混流反应器中进行时，所需要的空时和空速各为多少？

kt?ln?k?11?xAtln11?xA1112?112ln10.7?0.1min?11在PFR中所需的空时?tBR?12min?1解：空速?v????0.083mincA0xA?

?703xAk(1?xA)?23.3min在CSTR中?c????v?1?370cA0xAkcA??1(?rA)f0.70.1?(1?0.7)?0.0429min?c2． 液相反应在一间歇反应器中进行，反应速率如下表所示： CA/mol/L

0.1

0.2 0.3

0.3 0.5

0.4 0.6

0.5 0.5

0.6

0.7

0.8

1.0

1.3

2.0

(-rA)/mol/(L.min) 0.1

（1） （2）

0.25 0.10 0.06 0.05 0.045 0.042

若CA0=1.3mol/L，，则反应时间为多少？ 若反应移至平推流反应器中进行，CA0=.5mol/L，FA0=1000mol/h，求xA0=0.30

1

时所需反应器的大小。 （3） 小。

当CA0=1.2mol/l，FA0=1000mol/h ，xA=0.75时，求所需全混流釜式反应器大

解：由cA~(?rA)表作出

cA0?1.3molL用梯形法?1（1）?0.1?（0.5?1(?rA)~cA曲线

,cAf?0.3molLtBR??12?0.6?1?1?0.5?1?1?0.25?1?0.1?1?0.06?1?）12 ）?12?0.2?（0.06?0.05）?12?0.3?（0.05?1?0.045?1?12.7mincA (?rA) 1(?rA)0.1 0.2 0.1 0.3 10 3.33 0.3 0.4 0.5 0.6 2 1.67 05 0.6 0.7 0.8 1.0 1.3 2.0 0.5 0.25 0.1 0.06 2 4 10 16.67 0.05 0.045 0.042 20 22.22 23.8 cAf?cA0(1?xA)?1.5?(1?0.3)?1.05molLVpFAo??cA0dcA(?rA)1cA??1.5dcA(?rA)0.050.31.05用内插法：cA?1.05,(?rA)1(?rA)?20??(22.22?20)?20?0.167?2.22?20.37（2）cA?1.5,梯形法：VpFA0?12?22.22?0.20.7?(23.8?22.22)?22.67

?(1.3?1.05)(20.37?22.22)?FA0cA0?9.81?1000601.212?0.2?(22.22?22.67)?9.81min?LmolVp?9.81??109l(3)cAf?cA0(1?xA)?1.2(1?0.75)?0.3moll

2

?VFA0?cA0?cAfcA0(?rA)f100060?1.2?0.31.2?0.5?1.5

V?1.5??25L

k1????R3、下述基元反应A??k，原料中CA0=1mol/L，CR0=CS0=0，加到两只串联的

2??S??CSTR中，τ1=2.5min，τ2=5min，已知第一只CSTR出口CA1=0.4mol/L，CR1=0.4mol/L，CS1=0.2mol/L，，求第二只CSTR出料组成。

解：

cA0?cA(?rA)f0.6(k1?k2)0.4cR1?cR0(vR)fcA0?cA1(k1?k2)cA1?2.5?1?得?代入cA0,cA?k1?k2?0.6min?1??cR1?cR0k1cA1代入?cs1?cs0k2cA1cR1?0.4,cs1?0.2kc得：1?R1?2k2cs1?k1?0.4min?1k1?2k2?1,k2?0.2min?0.4?cA20.6?cA2??2??2?同理cA1?cA2(k1?k2)cA2cs2?cs1k2cA2?5?5cA2?0.1moll?5?cs2?0.3mollcs2?0.20.2?0.1cR2?0.6moll

8.某二级反应在0.5m3的平推流反应器中进行时转化率可达到0.9，若改用同样温度下的单只全混反应器达到相同的转化率，则需要大的体积？用两只相同体积的全混釜串联操作需

要多大的总体积？用单只0.5m3的全混釜可达到多大的转化率？

3

PFRVFA0??1kcA02?0.9dxAkcA20?1kcA?2?0.91(1?xA)?(120dxA11?09kcA02?1????1?xA?0?9V?0.91kcA021?0.9?)?即kcA0FA0290.5?18在CSTR中VcFA0?xA(?rA)f?xAkcA0(1?xA0)xA(1?xA)?kcA0xA1(?rA)f122222?Vc?FA0?0.9(1?0.9)?182?5m3在2?CSTR串联?1??2即?即?xA2?xA1(?rA)f2xA2?xA1kcA0(1?xA2)xA1(1?xA1)22解：

即

2?0.9?xA1(1?0.9)?90?100xA试差得xA1?0.764 V1FA0V1??xA1kcA0(1?xA1)xA1(1?xA1)2222?kcA03FA0?0.764(1?0.764)?182?0.762V总?2V1?1.542m单个CSTRxA1(1?xA1)2

?xA1kcA0(1?xA1)222VFA0?0.5??0.5FA0kcA0FA0?0.5?18?9?xA?0.71810．在恒容间歇反应器中进行某反应的实验，获得如下得数据： 反应时间t/h 0 1 2 3 4 5 6

转化率xA/% 0 27 50 68 82 90 95 (1) 如将此反应在相同温度的单个全混釜中进行，空时为6h，则转化率为多少？ (2)

如上条件，在三个串联的全混釜中进行，各釜空时τi=2h，则转化率为多少？

dxAdt4

[提示：用(-rA)=CA0

而不必先求得动力学方程。]

解：作xA?t, t dxAdt?xA

0 0 / 1 27 25 2 50 20 3 68 16 4 82 10 5 90 7.5 6 95 4.3 xA dxAdt ??cA0xA(?rA)?cA0xAcA0dxAdt得操作线dxAdt?1xA

?（1）以

1?为斜率过原点作直线与

dxAdt~xA曲线的交点xA?0.75即所求

（2）以

12为斜

，xA1，以（xA1,0）

12作第二直

线与曲线相交得xA2，同理得xA3?0.9

13.某一级连串反应A???P???S，k1=k2=1L/min,进料流量νCA0=1mol/L，CP0=CS0=0，求下列情况下的CAf、CPf`、CSf。

（1） 一个体积为1L的CSTR; （2） 一个体积为1L的PFR;

（3） 两个体积为0.5L的CSTR串联; （4） 十个体积为0.1L的CSTR串联.

解：??Vv0?1min

k1k20=1L/min，

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