第二章 均向反应动力学
1.在473K等温及常压下进行气相反应：
（1）A?3R （2）A?2S
rR?1.5CA rS?0.5CA
A （3）A?T T式中CA为反应物A的浓度（kmol/l），原料中A和惰性气体各为一半（体积比），试求当A的转化率达85%时，其转化速率是多少？
r?2.1C解：先求出总摩尔变化数?A，首先将产物的生成速率变为对应的反应物的转化速率：
11rAR?rR?0.5CArAS?rS?0.25CAr?rT?2.1CA 32 AT总反应速率为：RA?rAR?rAS?rAT?2.85CA
以一摩尔反应物A为基准，总摩尔变化数为：
0.50.252.1?A??3??2??1?0.4392.852.852.85
Py0.1013?0.5CA0?0A0??1.288?10?2kmol/l?3RT8.314?10?473初始浓度为：
CA0(1?XA)1.288?10?2?0.15CA???1.628?10?3kmol/l1??AyA0XA1?0.5?0.439?0.85则有：
RA?2.85CA?2.85?1.628?10?3?4.640?10?3kmol/(l.min)
??，已知c?0.5kmol?m?3,2.可逆一级液相反应A?A0???PcP0?0；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：
dcA?k1cA?k2cP?k1cA?k2?cA0?cA?dtcA?cA0(1?x)?rA??cP?cA0x?dcAcA0dx??k1cA0?1?x??k2cA0xdtdt
dx?k1?(k1?k2)xdtdx?dtk1?(k1?k2)x?t?0,x?0??t?t,x?x
?1k?(k1?k2)xln1?tk1?k2k1K?K?k1cPecA0xex0.667???e??2k2cAecA0(1?xe)1?xe1?0.667k1?2k2x?0.333t?8??1???1ln?1?1??0.333?????8k1?k2?2?????10.6931ln?0.5???8k1?k2k1?k2?k1?k2?0.08664?k1/k2?2??k1?0.05776min?1??1?k2?0.02888mindc?rA??A?0.05776cA?0.02888cPdt3.液相自催化反应的动力学方程A+P-P+P速率表达式
(?rA)??dcA?kcAcPmol/(l.h) cA0?0.95mol/L cP0?0.05mol/Ldt，1h后测得速率
最大值，求反应速率常数。
dcA?kCA?1?CA ?dtd(?r)dc反应速率最大时：A?k?1?2CA ?A?0,解得CA=0.5mol/Ldtdt??1?CA ?CA0?对反应速率式积分得到kt?ln??,带入数据得k?2.944L/(mol.h)C1?C A0???A?解：
CP?CA0?CP0?CA?1?CA -rA?
第三章 理想流动反应器
1.均相气相反应A→3P，服从二级反应动力学。在0.5MPa、350℃和V=4mhr
3
0
-1
下，采用—
个25mm内径，长2m的实验反应器，能获得60％转化率。设计一个工业平推流反应器，当
3-1
处理量为320mhr，进料中含50%A，50%惰性物料时，在2.5MPa和350℃下反应，为获得90%的转化率．求需用25mm内径，长2m的管子多少根?这些管子应并联还是串联？
pA0500??0.0965kmol?m?3RT8.314?623.15πVR??0.0252?2?9.817?10?4m34解：（1）求速率常数k
3?1?A??2yA0?1?A?211?xA222?rA?kcA?kcA0()1?2xAcA0???cA0?xA01?2kcA0??1?x2AkcA0??1?2x??A??dxA?xA0?1?2xA???1?x??dxA??2?1?9??4xA?12ln?1?xA???9???kcA0?1?xA?1?9???9??4?0.6?12ln?1?0.6??kcA0?1?0.6??1?4.905kcA0
VR9.817?10?4????2.454?10?4hr?0.8836sV04k?4.905?14.905??57.52m3kmol?1s?1?cA00.8836?0.0965?A?yA0?A?0.5?2?2,xA?0.9
(2)求反应器体积和管数
yA0?0.5,V0?320m3hr?1?0.08889m3s?1FA0?cA0pA0V00.5?2500?0.08889??0.01985kmol?s?1RT8.314?673.15p0.5?2500?A0??0.2334kmol?m?3RT8.314?623.15xAf0xAfdxxAfdxAA?FA0??FA0?200?rAkcAVR?FA0?FA0?22kc??A01?x2AkcA?0?1?xA??dxA?4??4ln1?x?x???AA??1?xA?00.9?0.01985?4??4ln?1?0.9??0.9?4??0.1754m32?57.52?0.2334?1?0.9?0.1754N??1799.817?10?4
管子的串并联要从流体阻力和流型考虑，在保持平推流的前提下尽量并联。
2.反应A+B→R+S，已知VR=1m3，物料进料速率V0=0.5m3min-1，cA0=cB0=0.005mol·m3，动力学方程式为?rA=kcAcB，其中k=100m3kmol-1min-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=1m3，可达到的转化率为多少? 解：
??VR1??2min 由于CA0?CB0,?A??B??1V00.5CA?CA0(1?XA),CB?CB0?2(?rA)?kCACB?kCA?BCA0xA?CB0?CA0xA CA?CB?CA0(1?XA)???A?CA0dCCA0dCVR111?11?AA(1)活塞流，?==????? 2=???CAkC2V0CA?rAkCAkCA0100?CA0.005?ACA?0.0025mol/l xA?0.5?50%(2)全混流，?=VRCA0-CACA0-CAVR0.005?0.0025=? ? VR?2L22V0(?rA)fkCA0.5100?0.0025VRCA0-CACA0-CA0.005?CA1=? ?22V0(?rA)fkCA0.5100?CA
（3）全混流，VR?1L,?=CA?0.00309mol/L,CA?CA0(1?XA),xA?38.2%
3.平行液相反应
2A?P rp?1 A?R rr?2CA A?S rS?CA ,
CA0?2kmol/m3 CAf?0.2kmol/m3联。
,求最大Cp？（1）平推流（2）全混流（2）二釜串
SP?解：
rP11??22rP?rR?rS1?2cA?cA?1?cA?
cA0（1）平推流反应器
SP??1cA0?cAf?cA0cAfSPdcA cP?SP?cA0?cAf??1cAf?1?cA?2dcA1111????0.5kmol.m?31?cAf1?cA01?0.21?211
（2）全混流反应器
cP?SP1?cA0?cAf???cA0?cAf?(3)二釜串联的反应
?1?c?Af2?(2?0.2)?1?0.2?2?1.25kmol.m?3
cP??cA0?cA1?SP1??cA1?cAf?SP2?(2?1)4.A进行平行分解反应，其速率式为
↗R rR=1 mol·m-3min-1 A →S rS=2cA mol·m-3min-1
1?1?1?2?(1?0.2)1?1?0.2?2?0.81kmol.m?3
↘T rT=cA mol·m-3min-1
其中R是所要求的目的产物，cA0=1mol·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
cR?(cA0?cAf)Sp?(cA0?cAf)?(1?0)1?11?0?011?2cAf?cAf(mol/l）
对平推流反应器，则尽量使其转化率提高。
cR??cA0?cAf?Sp??1dcAcAf1?3cAfcA011?ln?0.462mol?m331?0
5.请考虑化学反应，A?B?C。该反应在全混流反应器中进行，反应温度为20℃，液料的体积流量为0.5m3/h, CA0=96.5mol/m3, CB0=184mol/m3,催化剂的浓度CD=6.63mol/m3。实验测得该反应的速度方程为：
rA?kCACD，式中k=1.15*10-3m3/(mol.ks)。若要求A的
转化率为40%，试求反应器的体积。 解：设A的转化率为x，则有：
rA?kCA0?1?x?CD
??CA0?1?x?CA0xx??rAkCA0?1?x?CDk?1?x?CD
??0.40?87.4ks?24.28h?31.15?10??1?0.4??6.63
6.某二级液相反应A+B→C，已知CAo=CBO ，在间歇反应器中达到x=0.99，需反应的时间为10min,问：
(1) 在全混流反应器中进行时t应为多少？
(2) 在两个串联全混流反应器(反应体积相等)中进行时，t又是多少？ 解：在间歇反应器中，对二级反应
VR?V0??0.5?24.28?12.14m3k?x0.999.9??CA0?(1?x)10CA0(1?0.99)CA0 （1）
??（１）在单个CSTR中
xkCA0(1?x)2
k?x0.999900??CA0?(1?x)2CA0?(1?0.99)2CA0? （2）