《化学反应工程》第二版习题解答
cA?cA0cR?1?xA1??AxAcB?cB0?0.5cA0xA1??AxAcS0?0.5cA0xA1??AxAbcR0?0.5cA0xA1??AxAacS??1?xA??rA?k1?c?A01??x??AA???cR0?0.5cA0xA???k2??1??x?AA??
r?cB0?0.5cA0xA????1??x?AA??s
?cS0?0.5cA0xA????1??x?AA??18. 高温下二氧化氮的分解为二级不可逆反应。在平推流反应器中101.3kPa下627.2K时
等温分解。已知k=1.7m3kmol-1s-1，处理气量为120m3hr-1（标准状态），使NO2分解70%。当(1)不考虑体积变化；(2)考虑体积变化时，求反应器的体积。 解
2NO2?N2?2O22?rA?kcA,k?1.7m3kmol?1s?1,T?627.2K,V0?120Nm3hr?1 xA?0.70p?0.1013kPa,(1) 恒容过程
0.7VR?FA0?FA0?0dxA22kcA0(1?xA)120?1.488?10?3kmol?s?122.4?3600
101.3cAS??0.01943kmol?m?38.314?627.21.488?10?3xA3VR1???5.41m21.7?0.019431?xA(2) 变容过程
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《化学反应工程》第二版习题解答
VR2?FA02kcA0?0.701??AxAdxA1?xAyA0?1,2?A?VR2?2?1?2?0.5,2FA02kcA0?A?0.5?1?0.5??0.70?1?0.5xA?FA0??dx??1?x?Akc2AA0??2?0.70??0.5?0.5xA?1.5???dxA??1?xA??2
0.25FA0?2kcA0?
0.70?3?0.25FA0???1dx?2?1?x?AkcAA0???0.70??96????1?(1?x)21?x?dxAAA???0.25FA0?9xA??6ln(1?x)?xAA?2??kcA0?1?xA?x?8.382m3A?0.719. 均相气相反应A→3P，服从二级反应动力学。在0.5MPa、350℃和V0=4m3hr-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，当处理量为320m3hr-1，进料中含50%A，50%惰性物料时，在2.5MPa和350℃下反应，为获得80%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？ 解
(1) 求速率常数k
pA0500??0.0965kmol?m?3RT8.314?623.15πVR??0.0252?2?9.817?10?4m34
3?1?A??2yA0?1?A?211?xA222?rA?kcA?kcA0()1?2xAcA0? 27
《化学反应工程》第二版习题解答
2??cdxAA0?xA102??xA???1?2xA?0kc2?1?xA?kcA0?1?x??dxA?A0???1?2x?A???1?kc??4xA?12ln?1?xA??9?9??A0?1?xA??
?1?kc??4?0.6?12ln?1?0.6??9?9??A01?0.6??1kc?4.905A0V4??RV?9.817?10??2.454?10?4hr?0.8836s04k?4.905?1?4.905.8836?0.0965?57.52m3kmol?1s?1?cA00(2)求反应器体积和管数
yA0?0.5,?A?yA0?A?0.5?2?2,xA?0.8V10?320m3hr?1?0.08889m3s?FpA0V0?0.5?2500?0.08889A0?314?673.15?0.01985kmol?s?1RT8.cA0?pA0RT?0.5?25008.314?623.15?0.2334kmol?m?3VxAfdxAR?FdxAA0?0?r?FxAfdxAxAfA0?2A0kc2?FA0A?0kc2??1?xA?A0??1?x?A??2?FA0kc2A0?xAf??1?xA?0??1?x???dxAA?FA0xAf?kc2A0?0??44??1?x?2?1?x?1??dx?AA? 28
《化学反应工程》第二版习题解答
?F?4?????A0?4ln1?x?xAA?2?kcA1?x0?A?0?0.80.01985?4??4ln?1?0.8??0.8?4? 2?57.52?0.2334?1?0.8?0.06564?67?49.817?10?0.06564m3N?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。
20. 有一气相分解反应，其化学反应式为A→R+S，反应速率方程为?rA=kcA2，反应温度为
500℃。这时测得的反应速率常数为k=0.25m3kmol-1s-1。反应在内径为25mm、长为1m的管式反应器中进行，器内压强维持在101.3kPa（绝），进料中仅含组分A，当其转化率为20%，空间速度为45hr-1（反应条件下的计算值）。试求反应条件下的平均停留时间和空间时间。 解
?A?yA0cA0??A?1?2?1?11cA?cA01?xA1??AxA
pA0101.3??0.01576kmol?m?3RT8.314?(273.15?500)??VRVONT273.15??0??0.007851hr?28.26sV0SVV0SVT45??273.15?500?xAf0xAft?cA0????1kcA0dxA1?(?rA)(1??AxA)kcA0?21??????1?x?21?x?dxAA?A??xAf01?xAdxA2?1?xA??0?1?22???????ln1?x??ln1?0Af??kcA0?1?xAf1?0?
1?2??ln?1?0.2??2??0.25?0.01576?1?0.2??70.3s 29
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第三章习题
1． 有一有效容积VR=1m3，送入液体的流量为1.8m3hr-1的反应器，现用脉冲示踪法测得其
出口液体中示踪剂质量浓度变化关系为： t/min c/kg·m-3 0
0 10 3 20 6 30 5 40 4 250 3 60 2 70 1 80 0 求其停留时间分布规律，即F(t)，E(t)，t，?t 解
示踪法求停留时间分布规律
t/min 0 10 20 30 40 50 60 70 80 ∑ c/kg·m-3 0 3 6 5 4 3 2 1 0 24 ∑c 0 3 9 14 18 21 23 24 24 F(t) 0 0.125 0.3750 0.5833 0.75 0.875 0.9583 1.0 1.0 E(t) 0 0.0125 0.0250 0.0208 0.0167 0.0125 0.0083 0.0042 0 t·c 0 30 120 150 160 150 120 70 0 80 t2c 0 300 2400 4500 6400 7500 7200 4900 0 33200 tc800?t???33.33minc24?tc33200????t??33.3324?c22t2
2?272.2min2
2． 对某一反应器用阶跃法测得出口处不同时间的示踪剂质量浓度变化关系为：
t/min c/kg·m-3
0 0
2 0.05
4 0.11
6 0.2
8 0.31
210 0.43 12 0.48 14 0.50 16 0.50
求其停留时间分布规律，即F(t)，E(t)，t，?t 解: 阶跃法求停留时间分布规律c0=0.5kgm-3 t/min 0 2 4 6
c/kg·m-3 0 0.05 0.11 0.2
∑c 0 0.05 0.16 0.36
F(t) 0 0.1 0.22 0.4
E(t) 0 0.05 0.06 0.09
t?cc00 0.2 0.48 1.08
t2?c c00 0.4 1.92 6.48
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