?10ex?p(3T09。0/氨水)和甲醛水溶液的浓度分别为式中k?1.421.06mol/l和6.23mol/l,各自以1.50cm3/s的流量进入反应器，反应温度可取为36℃，假设该系统密度恒定，试求氨的转化率XA及反应器出口物料中氨和甲醛的浓度CA及CB。 解： CA0?CB0?4.0626.322?2.03?3.16mol/lmol/lcm/s33Q0?2?1.5?3.0CA?CA0(1?XA)CB?CB0?643CA0XA?3.16?1.5?2.03XAk?1.42?10exp(?3090/309)?0.06447Vr?Q0CA0XkCACB490?2Af?Q0CA0XAfkCA0(1?XA)(CB0?3XAf64CA0XA)2
2即得：
30.06447(1?XAf)(3.16?1.5?2.03XAf)2
整理得：
解得：XAf=0.821
反应器出口A,B得浓度分别为：
CA?CA0(1?XA)?2.03?(1?0.821)?0.3634CB?CB0?64XAf?3.075XAf?3.162XAf?1.077?0
mol/lmol/lCA0XA?3.16?1.5?2.03?0.821?0.6602
3.12在一多釜串联系统，2.2kg/h的乙醇 和1.8kg.h的醋酸进行可逆反应。各个反应器的体积均为0.01m3，反应温度为100℃，酯化反应的速率常数为4.76
-4-4
×10l/mol.min,逆反应（酯的水解）的速率常数为1.63×10 l/mol.min。反应混合物的密度为864kg/m3,欲使醋酸的转化率达60%，求此串联系统釜的数目。 解：等体积的多釜串联系统
CAi?1?CAi??(A)k1CACB?k2CCCD
A,B,C,D分别代表乙酸，乙酸乙酯和水。由计量关系得： CB?CB0?(CA0?CA)CC?CD?CA0?CA
从已知条件计算出：
CA0?CB0?1.8?8644.0?602.2?8644.0?46?6.48?10.33?129.6mol/lmol/lmin4.0
将上述数据代入（A）式，化简后得到：
??0.01?864?60CAi?1?0.04056CAi?1.5113CAi?0.88722(B)
若i=1,则（B）式变为：0.04056CA1?1.5113CA1?0.887?CA0?6.48
mol/l,XA1?0.326 解之得：CA1?4.364若i=2,则（B）式变为：0.04056CA2?1.5113CA2?0.887?CA1?4.364 mol/l,XA1?0.506 解之得：CA2?3.20若i=3,则（B）式变为：0.04056CA3?1.5113CA3?0.887?CA2?3.2 mol/l,XA1?0.609 解之得：CA3?2.53即：三釜串联能满足要求。
3.13以硫酸为催化剂，由醋酸和丁醇反应可制得醋酸丁酯。仓库里闲置着两台反应釜，一台的反应体积为3m3,另一台则为1m3。现拟将它们用来生产醋酸丁酯，
3
初步决定采用等温连续操作，原料中醋酸的0.浓度为0.15kmol/m，丁酯则大量过剩，该反应对醋酸为2级，在反应温度下反应速率常数等于1.2m3/h.kmol，要求醋酸的最终转化率不小于50%，这两台反应釜可视为全混反应器，你认为采用怎样的串联方式醋酸丁酯的产量最大？为什么？试计算你所选用的方案得到的醋酸丁酯产量。如果进行的反应是一级反应，这两台反应器的串联方式又应如何？
解：因为反应级数大于1，所以联立方式应当是小釜在前，大釜在后才能使醋酸丁酯产量最大。现进行计算：
CA0XA1Vr11??22Q0kCA0(1?XA1)Q0Vr2Q0?CA0(X2A222?X 二式联立化简后得到：（将XA2=0.5代入）
0.5?2.75XA1?2.5XA1?XA1?0 解之得：XA1=0.223 Q0?kCA0(1?XXA1kCA0(1?XA12A2))?3Q023)A12Vr1?1.2?0.15(1?0.223)?10.2232?0.4873m/h3
mol/h
醋酸丁酯产量=Q0CA0XA2?0.4873?0.15?0.5?36.55
如果进行的是一级反应，可进行如下计算： （1） （1） 小反应器在前，大反应器在后:
CA0XA1Vr11??Q0kCA0(1?XA1)Q0Vr2Q0Q0
联立二式，且将XA2=0.5代入，化简后得到:
A2?CA0(XA2?XA1)kCA0(1?X)?3XA1?3XA1?0.5?0 解得：XA1=0.1771
Q0?k(1?XA1)XA1?1.2(1?0.1771)0.1771?5.576m/h32所以有：
kmol/h
醋酸丁酯产量=Q0CA0XA2?5.576?0.15?0.5?0.4182(2)大反应器在前，小反应器在后:
CA0xA1Vr13??Q0kCA0(1?xA1)Q0Vr2Q0?CA0(xA2?xA1)kCA0(1?xA2)?1Q0
解得XA1=0.3924
3k(1?XA1)3?1.2(1?0.3924)3Q0???5.575m/hXA10.3924所以有：
产量同前。说明对此一级反应，连接方式没有影响。
3.14等温下进行1.5级液相不可逆反应：A?B?C。反应速率常数等于5m1.5/kmol1.5.h，A的浓度为2kmol/m3的溶液进入反应装置的流量为1.5m3/h，试分别计算下列情况下A的转化率达95%时所需的反应体积：（1）全混流反应器;(2)两个等体积的全混流反应器串联；（3）保证总反应体积最小的前提下，两个全混流反应器串联。 解：（1）全混流反应器
Q0CA0XA1.5?2?0.953Vr???18.02m1.51.51.51.5kCA0(1?XA)5?2?(1?0.95) （2） （2） 两个等体积全混流反应器串联
Q0CA0XA1Vr1?1.51.5kCA0(1?XA1)Vr2?Q0CA0(X1.5A2?XA2kCA0(1?X)A11.5)
由于Vr1?Vr2，所以由上二式得：
XA11.5(1?XA1)(1?XA2)
将XA2=0.95代入上式，化简后得到XA1=0.8245，所以： Vr1?Q0CA0XA1kCA0(1?XA1)1.51.5?(XA2?XA1)1.5?2.379m3
m
33串联系统总体积为：Vr?2Vr1?4.758m （3） （3） 此时的情况同（1），即Vr?18.03
3.15原料以0.5m3/min的流量连续通入反应体积为20m3的全混流反应器，进行液相反应：
A?RrA?k1CA22R?DrD?k2CR
CA,CR为组分A及R的浓度。rA为组分A的转化速率，rD为D的生成速率。原料中A的浓度等于0.1kmol/m3，反应温度下，k1=0.1min-1，k2=1.25m3/kmol.min,试计算反应器出口处A的转化率及R的收率。
解：
????所以：
VrQ0?2.00.5?40minACA0Xk1CA0(1?XA)?XA0.1(1?XA)
3XA?0.80,CA?CA0(1?XA)?0.02kmol/m??即为：
CRk1CA?2k2C22R?40
100CA?CR?0.08?0CR?0.02372kmol/mYR?CRCA0?0.023720.13?0.2372
3.16在全混流反应器中等温进行下列液相反应：
2A?Bk
rB?k1CA?k2CB23A?C???DrD?k3CACC
进料速率为360l/h,其中含25%A,5%C（均按质量百分率计算），料液密度等于0.69g/c m3。若出料中A的转化率为92%，试计算： （1） （1） 所需的反应体积；
（2） （2） B及D的收率。已知操作温度下，k1=6.85×10-5l/mol.s;
k2=1.296×10-9s-1;; k3=1.173×10-5l/mol.s ;B的分子量为140；D的分子量为140。
解：因MB=MD=140,所以MA=MC=70
FA0?CA0?FC0?CA0?Q0?WAMFA0Q0A?360?0.69?0.2570?0.8871kmol/h?0.8871?1000360??2.46mol/lQ0?WCMC360?0.69?0.0570?0.1774kmol/h0.1774?1000360CA0XA2?0.4929mol/l
????2(k1CA?k2CB)?k3CACC （1）
CBk1CA?k2CB （2） CC0?CC2k3CACC （3）
由（2），（3）式分别得：
CB?k1?CA1?k2? （4）
2??1?k3?CA （5） 将（4），（5）式及上述数据代入（1）式，可整理为τ的代数方程式，解之得τ=3.831×105s=106.4h
CC?CC0（1） （1） 反应体积Vr??Q0?106.4?360?38300l?38.30m （2） （2） 将τ代入（4）式得CB?1.016mol/l，所以B的收率为：
YB?2CBCA0?2?1.0162.46?82.60%3
对A作物料衡算：CA0?CA?2CB?CD 所以有：
CD?CA0?CA?2CB?CA0XA?2CB?2.46?0.92?2?1.016?0.2312mol/l
CA02.46所以D的收率为：
3．17 在CSTR中进行下述反应：
YD?CD?0.2312?9.40%