?m? (1)=(2) 则
VR?1000minV0
(2) 两个CSTR串联
22VCx?kC(1?x)VR1 0A0A1A0A1CSTR-1:
?1?VR1xA1?V0kCAo(1?xA1)2 (3)
22VC(x?x)?kC(1?x)VR2 0A0A2A1A0A2CSTR-2:
?2?VR2xA2?xA1?V0kCAo(1?xA2)2 (4)
V2xA1?xA2?RkCA(1?x0A2)?VR V0代入(3)
VR1?VR2VRV?39.6??2R?2?39.6?79.2minV0V0
33CA0?CP0?0，v?10mC?5kmolm2A?P?SoAo7.等温下PFR，，
?rA?k1CA2?k2CPCS，k1?7.5m3(kmol.h)，k2?0.5m3(kmol.h)求P浓度平衡是反
应器体积。
解：
2A ?P ? St?0 CA0 0 0某时 CA0(1?xa) CA0xaCx A0a22CAoxA2)2CAoxA2?xAe2?rA1?k1CP27.52rP???k1[CAo(1?xA)]?k2()?,平衡时，rP?0,?2???15?xAe?0.886222?2?k2CA4(1?xAe)0.5 ?rA?k1CA2?k2CPCS=k1CA2?k2CP2=k1[CAo(1?xA)]2?k2(dx10PFR中，V?(vo?CAo)?A?()(?rA)50
第四章 非理想流动反应器 1.在一反应器中进行2A?D?C,
xAf0.886?0dxAx7.5(1?xA)2?0.5(A)22?2.58m3
CA0?25mol/m3,r?0.025CAmol/(m3.min),VR?1L,流量1.8l/h,t=33.33min?t2?272.22min2.(1)多级混合模型（2）平推流（3）全混流（4）轴向扩散
解:
?rA?2?0.025CA=0.05CAmol/(l.min),k?0.05min?1?t2272.22VR12????33.33min?t ?? =2= =0.245V01.8/6033.332t??1=0.245 N=4.081,一级不可逆反应NCA025CA???6.181mol/lN4.081k??0.05?33.33????1???1??N?4.081???(2)平推流模型CA?CA0exp(?k?)?25?exp(?0.05?33.33)?4.723mol/l(1)多级混合 ??2?(3)全混流模型?=CA0-CACA0-CAC25? CA?A0??9.3756mol/lkCA1?k?1?0.05?33.33??rA?f2?2??2?(4)轴向扩散模型??2=???2???0.245,Pe?11.1?Pe??Pe?模型法：对化学过程已有一定深度的了解，但没有达到解析法所要求的能正确定量描述各参数之间的关系，用经验放大法也不理想，此时用模型法。模型法是人们对某一复杂的事物用数学全面正确描述的客观实体人为的做假定，并对该模型的定量描述作为客观实体的近似描述过程
2.在具有如下停留时间分布的反应器中，等温进行一级不可逆反应A→P，其反应速率
-1
常数为2min。
0?t?1E(t)???exp(1?t) t?1
试分别采用轴向扩散模型及离析流模型计算该反应器出口的出口浓度，并对计算结果进行比较。(1)全混流(2)轴向扩散(3)平推流(4)多级混合槽(5)凝聚流 解:
t =?tE(t)dt??texp(1?t)dt?2min ?t2??00???0?t?t?E(t)dt???1t2e1?tdt?4?5?4?1min2(1)全混流模型，一级不可逆反应?? CAf?t??1,??t?2min,??CA0-CACA0-CA?kCA??rA?fCA0CA0? ?0.2CA01?k?1?2?2(2)轴向扩散模型，一级不可逆反应，利用开-开条件??1 ??2 ???2=?t2?02?t?????0?2??t2?t?222??2??2???2??????2???/?1???1/22,Pe?7.657??Pe?Pe??Pe???????t?0?1?222??1?,?0?1.586minPe?07.657Pe)22??1?4k?0/Pe?1?4?2?1.5860/7.657?1.63??0.0845CA0??Pe1.63?7.657Pe?1.63?7.657e22)?1?1.63?exp()??1?1.63?exp()?1???exp()??1???exp(2222CA0dCCA0dCt1CAA（3）平推流模型，一级不可逆反应???1，?=t=2min，?=????lnA0CAf?0??rA?CAfkCAkCAf2CAf?CA0?4?exp(CA0?4?1.63exp(?Pe7.657)2CAf?CA0exp(?k?)?CA0exp(?2?2)?0.01832CA0(4)多级混合槽模型，一级不可逆反应??CAf?CA0k????1??N??Nt?0?1，?=t=2min，??2 =?t2?t?211==,N?44N?CA02?2???1??4??4?0.0625CA0(5)凝聚流模型，一级不可逆反应，间歇反应器：?=??0CA0CACA0dCCdCAA??=lnA0CA??rA?CAkCA??CA?CA(t)?CA0exp(?kt) cAf?CA??CA(t)CA0E(t)dt??CA0exp(?kt) exp(1?t)dt??CA0exp(?2t) exp(1?t)dt?0.04511CA011
4.某气液反应器，高20m米，截面积1m2。内装填料的空隙率为0.5。气液流量分别为0.5m3/s和0.1m3/s。在气液入口脉冲注入示踪剂，测得出口流中的示踪剂浓度如图所示，试分析塔中有无死体积。
?c?5(t?6) 6?t?9?c??2.5(t?15) 9?t?15
解：对气相，由图可知直线1与2的方程分别为：?tm??tE(t)dt (4-16) E(t)?0?c?? (4-12)0cdt?10s
tm?因此平均停留时间为：
???0?0tcdtcdt??96t?5(t?6)?dt??t??2.5(t?15)?dt91515?92
塔内流动气体所占体积为：V1?V气tm?0.5?10?5m3对液体：由于曲线对称，因此液体的平均停留时间为40s所以塔内流动液体所占的体积为：V2?V液tm?0.1?40?4m3因为填料空隙率为0.5，流体占的总体极为20?1?0.5?10m3所以静止流体所占的体积即死区为：Vd?10?5?4?1m3
六十七章 宏观反应动力学及反应器
1.在一固定床反应器中，填充5.40m3的催化剂。在550℃，101.33kPa下进行2A→2R+S的反应，用水蒸汽作稀释剂，反应物A与水蒸气的配比为1:4（摩尔比）。标准状态下加料量为1.0m3hr-1，出口转化率为50%，当反应速率采用?rA??1dnA（其中V是催化剂填充
Vdt体积）的定义时，550℃下的反应速率常数为1.0hr-1。若忽略外扩散的影响，并假定有效因子在床层内为一常数，求其有效因子。 解：
VR??V0V0?1.0?550?273.15?3.0135273.15m3hr-15.4?1.7919hr3.0135xAdxxAdxAA??cA0??cA0?0?R0???r?AA??由速率常数可知，此反应级数为一级?rA?kcA?A?2?1?21?0.5yA0??0.221?41?xA1?xAcA?cA0?cA01??AxA1?0.1xAxA0?A?yA0?A?0.1??cA0?dxA0.10.5?10?xA???0?1?xA?dxA1?xA??kcA01??AxA??1??11?ln?xA??7.12461?xA??0?7.12460.5?10?xA??0?1?xA?dxA0.5??1.7919?0.1???0.3976
2.在罗铝催化剂上进行脱氢，
?rA?kwCAmol/(g.s)，在0.1013MPA，773K时，
kw?0.92cm3/(g.s)，厚度8mm催化剂，孔半径48?10?10m，空容0.35，曲折因子2.5.
求有效因子
解：
1.0133?10?3MA?58 ?=?10?5cm ?rA?kw?pCAmol/(g.s) k?kw?p?0.92?p101.33?10?5kn???10.42?10,努特森扩散，D?DKd02?48?10?8T773?4850?2?48?10?8??1.7?10?2cm2/sM58Vg?p0.35?pV?LDe?PD?Dk??1.7?10?2?0.238?10?2?p S??0.4cm??2.5SS2DK?4850d0V?s?SSSkf'(CAS?De??0.4?0.92?p0.238?10?2?p ?7.864???1?11?1?11????7.864?tanh(3?7.864)3?7.864??0.120?s?tanh(3?)3???ss??
3.在一微型固定床，常压731K等温A分解，一级不可逆，床层5cm3，空隙率0.4，催化剂
直径2.4，A有效扩散系数1.2×10-2，A出口1.68×10-5，速度1.04×10-5，扩散因子。
1.04?10?5??R??1?0.4?1.733?10?5mol/(cm3颗粒.s)解：已知
?A?53C?C?1.68?10mol/cmASAG若不计外扩散阻力，则
?S由
?R?L???A224m??0.1375????，用试差法联DeCAG L?dp/6?0.0cS可算得由式S立求解得??0.387 ??0.92
4.在硅铝催化剂球上，粗柴油催化裂解反应可认为是一级反应，在630℃时，该反应的速率
-7(?r）=7.99?10pA，有效扩散系数为D=7.82╳10-4cm2s-1。A常数为，试求颗粒直径为3mme
的催化剂的效率因子。
-7p?cRT(?r）=7.99?10cART AAA解：气相可认为理想气体 -7?1?1k?7.99?10?8314?(273?630)s?6.0s反应速率常数
'f(c)?c f(cA)?1 AA计算西勒模数，因为
?S?所以
R3k0.156f'(cAS)??4.38?4De37.82?10
??计算效率因子
1?11??S??tanh(3?S)3?S?1?11?????tanh(3?4.38)3?4.38??0.21094.38???