t0.99?1xAkCA01?xA?10.990.615?0.3071?0.99?524.35h
5、在等温间歇反应器中进行皂化反应：
CH3COOC2H5＋NaOH→CH3COONa＋C2H5OH
该反应对乙酸乙酯和氢氧化钠均为一级，反应开始时乙酸乙酯和氢氧化钠的浓度均为0.02mol/l，反应速度常数为k=5.6[l/min.mol],要求最终转化率为0.95，试求所需的反应时间。
解：
t?CA0?1xAdxArAxA0?CA0?xAdxAkC2A00?1?xA?2
?kCA01?xA
10.95 t?1xAkCA01?xA?5.6?0.021?0.95?169.6min
6、在平推流反应器中进行等温一级反应，出口转化率为0.90，现将该反应移到一个等体积的全混流反应器中进行，且操作条件不变，问出口转化率是多少？
解：平推流反应器：
t?CA0?xAdxArA0?CA0?xAdxAkCA0?1?xA?0?1kln11?xA?1kln11?0.9?2.303k
全混流反应器：
t?CA0xArA??CA0xAkCA0?1?xA??xAk?1?xA?
xAk?1?xA?2.303k
xA?0.6972
7、在150℃等温平推流反应器中进行一级不可逆反应，出口转化率为0.60，现改用等体积的全混流反应器操作，料液流率及初浓度不变，要求转化率达到0.70，问此时全混流反应器应在什么温度下操作，已知反应活化能为83.68[kJ／mol]。 〖解〗平推流反应器：
VR?V0CA0?dxAk1CA0?1?xA??V0k1ln11?xA?V0?V0k1ln11?0.60V0k2?V0k1?0.916
全混流反应器：VR??V0CA0xAk2CA0?1?xA??4.707e?0.7k21?0.7??2.333
836808.314?T836808.314?423.15k2?2.547k1，e T?440.5K，t?167.35℃
8、在全混流反应器中进行如下液相可逆反应：
A?B?P?R
k2k1在120℃时，反应速率rA?rB?8CACB?1.7CPCRmol?min?l?，反应器的体积为100mL，两股进料流同
时等流量进入反应器，一股含A3.0moll，另一股含B2.0moll，当B的转化率为80％时，每股料液流量为多少。 〖解〗
CA0?3?12?1.5moll ; C B 0?2?12?1mollCB?CB0?1?xB??1??1?0.8??0.2moll ; CA?CA0?CB0xB?1.5?1?0.8?0.7mollCR?CS?CB0xB?1?0.8?0.8mollrB?8?0.7?0.2?1.7?0.8?0.8?0.032kmolm?minVR?V0?CB0?xBrB ?V0?1?0.80.032?100ml3
V0?4mlminVA?VB?2mlmin
9、液相自催化反应Ａ→Ｐ，反应速度rA?kCACP，k=10[m／kmol.s]，进料体积流率V0=0.002m／s，进料浓度CA0＝2[kmol／m]，CP0＝0，问当XA＝0.98时，下列各种情况下的反应器体积。(1) 单个平推流反应
器；(2) 单个全混流反应器；(3) 两个等体积全混流反应器串联。 〖解〗 rA?kCACR?kCA0?1?xA?CA0xA
(1) VR?V0CA0?0.98-233
3
dxAkC2A00?1?xA?xA??V0kCA0?lnxA1?xA|00.98???
(2) VR?V0CA0xAkCA0?1?xA?xA20.002?0.980.01?2??1?0.98??0.98V0CA0?xA2?xA1?kCA0?1?xA2?xA22?5m
3(3) VR1?V0CA0xA1kCA0?1?xA1?xA12?VR2?
xA1?0.85 VR1?VR2?V0CA0xA1kCA0?1?xA1?xA12?0.002?0.850.01?2??1?0.85??0.853?0.667m
3 VR?VR1?VR2?0.667?0.6678?1.334m
10、在全混流反应器中进行一级可逆反应A?R，rA?k1CA?k2CR，已知该反应温度下A的平衡转化率
xAe?23，反应器出口实际转化率xAf?13，问如何调节加料速率，可使反应转化率达12。
〖解〗平衡时
2?2?k1CA0?1???k2CA03?3?
k1?2k2
V01??13?V013k2VR?V01CA0xA1k1CA0?1?xA1??k2CA0xA11?1?2k2?1???k23?3?
V01?VR?12?V02k21?1?3k2?1???k22?2??13
V02V01
11、在平推流反应器中进行气相反应：A→3B，rA?0.1CA?moll?min?，反应器进口, 含Ａ65％，其余为惰性组分(mol％)，反应是在550K和３kg/cm下进行反应，已知进料中Ａ的流量为10 mol／min，为使转化
率达80％，试求：⑴ 所需的空速为多少；⑵ 反应器的有效容积为多少？
2
?〖解〗
A?0.65?2?1.3 , CA0?NA0PA0RT?3?0.96780.08206?550?0.0643moll v0?CA0?100.0643
?155.45lmint?CA0?0.751??AxAkCA0?1?xA?0dxA??1?1?1.3xA??2.3lnk?1?xA?0.8000.80?26.62min 0
?1?1??1.3?0.80??2.3ln?0.1?1?0.80sV?1t?126.62?0.038min?1VR?v0t?155.45?26.62?4137.6l12、某气相不可逆反应：A→B＋2C，在60℃，5atm下的平推流反应器内进行,原料气中含75％的A和25％的惰性物料（mol％），物料的体积流量为0.56kgs, A 和惰性物料的分子量分别为60和40，反应速度常数为0.11s?1，转化率控制为75％，
试求：⑴ 所需的空速为多少？⑵ 反应器的容积为多少？
〖解〗
?
A?0.75?2?1.5 , CA0?0.75?50.08206?333?0.137mollM?0.75?60?0.25?40?55NA0
NA0?0.56?10?0.75550.753?7.64mols , v0?CA0?7.640.137?55.74lst?CA0?11??AxAkCA0?1?xA?1?0.047s0dxA??1?1?1.5xA??2.5lnk?1?xA?0.75?21.28s0
sV?VRt21.28?v0t?55.74?21.28?1186.2l??1
13、某气相反应：A?2P，已知物料的体积流量V0?10m3h, k?10h?1,转化率xA?0.85，计算下列各情况的反应器的体积(纯Ａ进料)：⑴ 单个平推流反应器；⑵ 单个全混流反应器；⑶ 两个等体积全混流反应器串联。 〖解〗 ?A?1
0.85?1? VR?v0CA0?1??AxAkCA0?1?xA?0dxA??0.85v0?12ln?x?A?k?1?xA?010?1?32ln?0.85??2.94m??10?1?0.85?10.48m3 ?
?2? VR?v0CA0xA?1??AxA?kCA0?1?xA??10?0.85??1?0.85?10??1?0.85??
?3? VR1?VR2 ; 2v0xA 1?1??AxA 1?k?1?xA 1?v0?1?xA 2??xA 2?xA 1?k?1?xA 21? 20.15xA 1?0.15xA 1??1?xA 1??1.85?0.85?xA 1??1.5725?3.4225xA 1?1.85xA 11.7xA1?3.5725xA1?1.5725?02
xA1?0.6276VR?2?v0CA0xA1?1?xA1?kCA0?1?xA1??2?0.6276?1.62761?0.6276?5.49m3
14、在平推流反应器中，以乙烷气体为原料进行裂解制乙烯：C2Ｈ6→C2Ｈ4＋Ｈ2；动力学方程式为：rA?kCA，反应温度为900℃，压力为1.4atm(绝压)，反应速度常数k=16.45s-1，进料为乙烷与水的混合物，其配比乙烷:水＝1:0.5(体积)，乙烷进料速度为20吨／时，乙烷的转化率为60％，设反应器在恒压下进行，试计算反应时
间和反应器的体积。 〖解〗
乙烷含量yA0?11.57?0.6667，?A?0.6667?2?11?0.6667
V0?nRTP?2?10?0.08206?1173?1.51.4?30
7?6.876?10lhVR?V0CA0?1?0.6667xAkCA0(1?xA)7dxA?1V0k(1.6667ln11?xA?0.6667xA) ?6.876?1016.45?36001?0.6V1308.8?3600t?R??0.0685s7V06.876?10(1.6667ln?0.6667?0.6)?1308.8l
第四章 反应器中的混合及对反应的影响 一、思考题
1、停留时间分布函数有何特点？单位是什么？
2、停留时间分布密度函数有何特点？单位是什么 ？它与停留时间分布函数有何关系？ 3、停留时间分布测定方法有哪些？得到的应答曲线是什么？ 4、平均停留时间与反应时间是否一致？
5、方差的物理含义是什么？方差大小，是否影响平均停留时间？返混程度与平均停留时间及方差是否有关系？
6、皮克莱准数（Pe）的物理含义是什么？它的倒数表明什么？
7、实际反应器中的流动状态是否可以同时用几个数学模型进行描述？
8、停留时间分布一定，反应器中的流动状况便唯一确定，对否？
9、流动状况可以用流动模型来描述，也可以用停留时间分布函数来表达。所以，停留时间分布函数一定，流型便一定，反之亦然。对否？
10、宏观流体的平均转化率和平均浓度怎样计算？均相反应是否有宏观流体？非均相反应是否有宏观流体？ 11、气液反应历程一般有几个步骤？
二、计算题
1、用脉冲法测得某反应器出口示踪物的浓度如下： ｔ(s)0 120 240 360 480 600 720 840 960
C(t) 0 6.5 12 12 10 5 2 1 0
已知该反应器内进行一级不可逆反应，反应速度常数k＝3.24×10-3s-1，试用多级串联全混流模型计算转化率xA。
解：
?tC?t?tm???C?t?00??1872050?374.4s
或：tm??tE?t??E?t?00???3.121460.00834?374.3s
?t2??tC?t?20??C?t?0??tm?2853920050?374.4?3060.86s
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