《化学反应工程》第二版习题解答
起始时丁烷为116kg，当转化率为50%时
?dpA?0.24MPa?s?1，求此时dtdpRdnSdy，，?Adtdtdt解
。
dpR?dp??2??A??2?0.24?0.48MPa?s?1 dt?dt?dpSdppVV??AnS?SdnS?dpSdtdtRTRT116nA0??2kmolxA?0.5时58nA?1kmol，nR?2kmol，nS?1kmol，nt?4kmol V?ntRT4?RT?p总300dnSVdpS4dpS4?2.4????0.032kmol?s?1dtRTdt300dt300?dyA1dpA1????0.24?0.8s?1 dtp总dt0.3
某二级液相不可逆反应在初始浓度为5kmol·m-3时，反应到某一浓度需要285s，初始浓度为1kmol·m-3时，反应到同一浓度需要283s，那么，从初始浓度为5kmol·m-3反应到1kmol·m-3需要多长时间？
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解
t=285-283=2s
反应前后体积不变的不可逆反应，已经反应掉的部分不会对反应产生任何影响。反应过程中的任意时刻都可以作为初始时刻和终了时刻。 14
在间歇搅拌槽式反应器中，用醋酸与丁醇生产醋酸丁酯，反应式为：
2SO4CH3COOH?C4H9OH?H???CH3COOC4H9?H2O
?A? ?R? ?B? ?S?反应物配比为：A(mol):B(mol)=1:4.97，反应在100℃下进行。A转化率达50％需要时
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《化学反应工程》第二版习题解答
间为24.6min，辅助生产时间为30min，每天生产2400kg醋酸丁酯（忽略分离损失），计算反应器体积。混合物密度为750kg·m-3，反应器装填系数为0.75。 解
A?B?R?S Mi 60 74 116100?0.862kmol?hr?11160.862转化率50%，则A的投料量?1.724kmol?hr?10.5折算成质量流量1.724?60?103.4kg?hr?1R产量2400/24?100kg?hr?1A:B?1:4.97则B投料量1.724?4.97?74?634.1kg?hr?1总投料量103.4?634.1?737.5kg?hr?1737.53换算成体积流量?0.9834mhr?175054.6总生产时间24.6?30?54.6min折合?0.91hr603反应器有效体积0.9834?0.91?0.8949m反应器总体积 15
反应(CH3CO)2O+H2O→2CH3COOH在间歇反应器中15℃下进行。已知一次加入反应物料50kg，其中(CH3CO)2O的浓度为216mol·m-3，物料密度为1050kg·m-3。反应为拟一级反应，速率常数为k=5.708×107 exp(?E/RT) min-1，E=49.82kJ·mol-1。求xA=0.8时，在等温操作下的反应时间。 解
0.8949?1.2m30.75
?49820k?5.708?107exp()?0.05252min?18.314?288
1111t?ln?ln?30.6mink1?xA0.052521?0.8 16
在100℃下，纯A在恒容间歇反应器中发生下列气相反应: 2A→R+S
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《化学反应工程》第二版习题解答
A组分分压与时间关系见下表: t/sec pA /MPa
0 0.1
20 0.096
40 0.080
60 0.056
80 0.032
100 0.018
120 0.008
140 0.004
160 0.002
试求在100℃，0.1MPa下，进口物流中包含20%惰性物，A组份流量为100mol·hr-1，达到95%转化率所需的平推流反应器的体积。 解
平推流反应器的停留时间与间歇反应器的反应时间相同。?所需要的反应时间为由数据表可知，pA0?0.08MPa，转化率95%?pA?0.004MPaτ?140?40?100s100?8.314?373.1533600V?vτ??100?0.1077m60.1?10??1?0.2? 17
间歇操作的液相反应A→R，反应速率测定结果列于下表。欲使反应物浓度由cA0=1.3kmol·m-3降到0.3 kmol·m-3需多少时间? cA/kmol·m-3 (?rA)/kmol·m-3min-1 解
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1.0 1.3 2.0
0.1 0.3 0.5 0.6 0.5 0.25 0.10 0.06 0.05 0.045 0.042
cA0?1.3kmol?m-3tr?cA0?图解积分
xA0cAf?0.3kmol?m-3
cAdcdxAA???cA0(?r)(?rA)AcAkmol?m-3
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1.0 1.3 22.2
2.0 23.8
?110 3.33 2.0 1.67 2.0 4.0 10 16.7 20.0
?rA0.1?2.0?16.7?2(1.67?2?4?10)??0.2(16.7?20)tr?22 0.3?(20?22.2)?2.702?3.67?6.33?12.7min2 18 解
一气相分解反应在常压间歇反应器中进行，在400K和500K温度下，其反应速率均可表达为?rA=23pA2 mol·m-3s-1，式中pA 的单位为kPa。求该反应的活化能。
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《化学反应工程》第二版习题解答
将分压换算成浓度：pA?cART400K下：2?rA?23pAkmol?m?3s?12?400R??rA?23cA2同理：500K下：2?500R??rA?23cA2??rA?400??rA?500 19
?16E?11????exp????????258.314400500????
E?7421J?mol?1有如下化学反应 CH4+C2H2+H2=C2H4+CH4 (I) (A) (B) (P) (I)
在反应前各组分的摩尔数分别为nI0=1mol；nA0=2mol；nB0=3mol；nP0=0，求化学膨胀率（用两种方法）。
解 方法一
?A?yA0?A1?1?1?A???11方法二
yA021??1?2?331
?A??3?A? 20
Vx?1?Vx?01?0??3?2??2??1?2?3?1???
Vx?01?2?33在555K及0.3MPa下，在平推流管式反应器中进行气相反应A→P，已知进料中含A 30%（摩尔分数），其余为惰性物料，加料流量为6.3mol·s-1，动力学方程式为?rA=0.27cA mol·m-3s-1为了达到95％转化率，试求： (1) 所需空速为多少? (2) 反应器容积大小?
解
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《化学反应工程》第二版习题解答
6.3?10?3?8.314?555.15V0??0.0969m3s?13000.95dx0.95dxA11A??cA0????ln?11.10s00?rA0.27?1?xA?0.271?0.95SV???1?11.10?1?0.09s?1VR?V0??0.0969?11.10?1.075m3标准空速为：Tp273.15?0.3V000.0969Tp0555.15?0.1013?0.131SVNO??s?1VR1.075 21
液相一级不可逆分解反应A→B+C于常温下在一个2m3全混流反应器（CSTR，MFR，连续搅拌槽式反应器）中等温进行。进口反应物浓度为1 kmol·m-3，体积流量为1m3hr-1，出口转化率为80%。因后续工段设备故障，出口物流中断。操作人员为此紧急停止反应器进料。半小时后故障排除，生产恢复。试计算生产恢复时反应器内物料的转化率为多少？ 解
首先求反应速率常数VcA0?cA?V0?rAf21?0.2?10.2kk?2hr?1
全混流反应器切断进出料即为间歇反应器cAcA?e?kt?e?2?0.5cA?0.0736kmol?m?3cA00.2xA? 22
cA0?cA1?0.0736??0.9264cA01第17题中的反应，(1)当cA0=1.2kmol·m-3，进料速率1kmolA·hr-1，转化率为75％；(2) cA0=1.3kmol·m-3，进料速率2kmolA·hr-1，出口为0.3kmol·m-3；(3) cA0=2.4kmol·m-3，出口仍然为0.3kmol·m-3，进料速率为1kmolA·hr-1。计算三种情况下，用全混流反应器的体积各为多少?
解
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