《化学反应工程》第二版习题解答
VcA0?cA?V0?rAfV0?FA0cA0由数据表，对应?rA?0.5kmol?m?3min?1
cA?1.2?1?0.75??0.3VR1?VR2VR311.2?0.3??0.025m31.20.5?6021.3?0.3???0.051m31.30.5?6012.4?0.3???0.029m32.40.5?60 23
反应A+B→R+S，已知VR=0.001m3，物料进料速率V0=0.5×10-3m3min-1，cA0=cB0=5mol·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=0.001m3，可达到的转化率为多少?
已知k=1m3kmol-1hr-1，cB0=3kmol·m-3，cA饱和=0.02kmol·m-3，水溶液流量为10m3hr-1。 解 平推流
VR1?V0kcA0xAf?xAf0dxA11?(?1)(1?xA)2kcA01?xAf 11?1??1??0.5VRkcA00.001?0.1?51?1?V00.0005(1) 全混流
VRcA0?cAcA0?cA0.005?0.0025????42V0?rAkcAcB100?0.0025 VR?V0??0.5?10?3?4?2?10?3m3 11
《化学反应工程》第二版习题解答
VRcA0?cAcA0?cAcx???2A0A2V0?rAkcAcBkcA0?1?xA?(2)
0.5?10?3xAVR?0.001m?2100?0.005?1?xA?3
1? 24
xA?1?xA?2xA?0.3820在全混流反应器中进行如下等温液相反应：
2A→B＋C A＋B→2D
rc=k1cA2 rD=2k2cAcB
A的初始浓度为2.5kmol·m-3，A和C的出口浓度分别为0.45和0.75kmol·m-3。假设进口物流中不含B、C、D，反应时间为1250sec，求： 1. 出口物流中B和D的浓度； 2. k1和k2 。 解
反应共消耗A2.5?0.45?2.05kmol?m?3每消耗2个A生成1个C，生成C所消耗的A为2?0.75?1.5kmol?m?3生成D所消耗的A为2.05?1.5?0.55kmol?m?3每消耗1个A将生成2个D，因此D的出口浓度为0.55?2?1.1kmol?m?3每生成1个C伴生1个B，但每生成1个D又消耗0.5个B，所以，B的浓度为0.75?0.5?1.1?0.2kmol?m?3?CC0.75?0??1250?rCk1?0.452k1?2.963?10?3m3kmol?1s?1?CDrD1.1?02k2?0.45?0.2
??1250?k2?4.889?10?3m3kmol?1s?1 12
《化学反应工程》第二版习题解答
第二章习题 1.
动力学方程的实验测定时，有采用循环反应器的，为什么?
答：循环反应器行为与全混流反应器相同，可以得到反应速率的点数据，而且反应器进出口浓度差比较大，对分析精度要求不很高。 2.
为什么可逆吸热反应宜选平推流反应器且在高温下操作，而可逆放热反应却不是?根据可逆放热反应的特点，试问选用何种类型反应器适宜?为什么?
答：可逆吸热反应的反应速率与化学平衡都随温度的升高而升高，高温下操作对二者都有利。可逆放热反应的化学平衡随温度的升高向反应物方向移动，对达到高转化率不利。对此类反应，可选用多段绝热反应器或换热条件较好的管式反应器。 3.
一级反应A→P，在一体积为VP的平推流反应器中进行，已知进料温度为150℃，活化能为84kJ·mol-1，如改用全混流反应器，其所需体积设为Vm，则Vm/Vp应有何关系?当转化率为0.6时，如果使Vm=Vp，反应温度应如何变化?如反应级数分别为n=2，1/2，?1时，全混流反应器的体积将怎样改变？ 解：
(?rA)?kcA?k0exp(?PFRCSTRE)cARTxAdxVP1xAdxA?1A????ln(1?xA)?00FA0(?rA)cA0k1?xAcA0kVmxA?FA0cA0k(1?xA)
Vm?xAk?Vpk(1?xA)ln(1?xA)EExA??exp(?)RTmRTp(1?xA)ln(1?xA) 13
《化学反应工程》第二版习题解答
IF Tp?TmVm?xAk? VPk(1?xA)ln(1?xA)??xA(1?xA)ln(1?xA)VIF m?1 and xA?0.6VP?E?TP?Tm??0.6?1??exp???RTT??1?0.6?ln(1?0.6)Pm???84000?423.15?Tm?????1?exp??8.314?423.15T???1.637m??????423.15?Tm?????0.6109?exp?23.876????Tm????423.15?Tm?0.4929?23.876Tm?0.02064Tm?423.15?TmTm?432.07K
?VmxAVm21n?2,???2FkcVm1cAA0A?VmxAVm1/2?1/2n?1/2,??c?A1/2FkcVA0Am1? VmxAVm?1?n??1,2??1?cA?FkcVA0Am1?Vmn1Fx?n?1或Vmn?A0nAfVm1cAkcAf 4.
在体积VR=0.12m
3
k1???的全混流反应器中，进行反应A?BR?S，式中???k2 14
《化学反应工程》第二版习题解答
k1=7m3kmol-1min-1，k2=3m3kmol-1min-1，两种物料以等体积加入反应器中，一种含2.8kmolA·m-3，另一种含1.6kmolA·m-3。设系统密度不变，当B的转化率为75％时，求每种物料的流量。 解
2.8?1.4kmol?m?321.6cB0??0.8kmol?m?32cB?0.8?1?0.75??0.2kmol?m?3cA0?cR?cS?0.8?0.75?0.6kmol?m?3cA?1.4?0.6?0.8kmol?m?3?rA?7?0.8?0.2?3?0.6?0.6?0.04kmol?m?3min?1
??v?cB0?cB0.8?0.2??15min?rA0.040.12?60?0.48m3hr?115每一股是总物料量的一半：vA?vB?5.
0.48?0.24m3hr?12?????，已知c?0.5kmol?m?3,可逆一级液相反应A?PA0cP0?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
15